用外層和聚氨酯夾芯材料製成的層壓零件及其生產方法
2023-04-29 08:52:21 1
專利名稱：用外層和聚氨酯夾芯材料製成的層壓零件及其生產方法
技術領域：
本發明涉及包含外層和聚氨酯夾芯材料的層壓零件，涉及其製造方法，也涉及其在汽車工業零件生產中的用途。
背景技術：
外部汽車工業中有A級表面和特殊機械功能的零件通常是用金屬製成的。使用金屬的缺點是零件沉重的重量。A級表面零件的主要表面質量基準是表面短波長和長波長數值低的已知波掃描工藝。
在採用聚氨酯模塑品的情況下，一般使用有增強物質的較緻密材料，以期改善專門的機械性能，例如撓曲強度。這樣的增強聚氨酯已經在外部汽車工業中用來作為裙板、底板、輪緣或門覆蓋物和擋泥板。相對顯著的膨脹行為是所使用材料的特徵，就是說，非常不同於通常所來用的金屬的高度線性熱膨脹係數(α值)，和較高的密度。這些物品的主要目標是用已知波掃描法測定的、短波長和長波長數值低的表面質量。
為了在這種情況下得到具有低的長波長值和短波長值的優異表面質量，這些物品可能不得不遭遇表面後處理。
為了避免以上所有缺點，現已開發了有整體A級外層的層壓PUR(聚氨酯)零件。這些層壓PUR零件顯示出非常高的撓曲強度水平、低的膨脹行為(α值在1～15×10-6m·K-1·m-1範圍內)、低的密度、和高的表面質量。類似的層壓零件已有描述，可參閱拜耳公司題為「Structhan，一種有前景的複合纖維材料「的現狀報告，訂貨號PU52231，和拜耳公司題為「車輛內壁輕質建造用複合纖維PUR材料」的重印本，訂貨號PU52248。
已經發現，這些PUR粘結的複合材料在低於所使用外層的密度時有較大的撓曲強度。
發明內容
本發明涉及一種層壓零件，包含
A)一個芯，B)排列在該芯兩側並浸漬了一種聚氨酯樹脂(P)的纖維層，C)在該纖維層之一上一個有A級表面質量的外層，和，任選地D)在第二纖維層上一個裝飾層。
本發明也涉及一種有一個按照本發明的層壓零件用外部可裝飾層的層壓零件的一步法生產工藝。可用於生產有以上所述增強物質的物品的加工方法是NafpurTec工藝、LFI-/FipurTec或Interwet工藝和層壓工藝。該複合材料是在60～140℃的模塑溫度生產的。
更具體地說，如上所述層壓零件的本發明製作方法包含(I)把一種浸漬了聚氨酯樹脂(P)的組分的纖維層B)施用到一種芯A)的兩側，(II)把一種外層C)和任選地一種裝飾層D)定位在一種開放式模型的內表面上，(III)把在(I)中形成的複合材料放進含有該外層C)和任選地該裝飾層D)的開放式模型中，(IV)將該模型閉合，和(V)通過使該聚氨酯樹脂(P)成分的各組分完全反應，使該外層和存在時的裝飾層粘結到該複合材料上。
適用於浸漬按照本發明的層壓零件的纖維層的聚氨酯樹脂(P)可以通過使下列物料反應得到(1)至少一種多異氰酸酯；(2)至少一種平均OH值300～700、含有至少一條短鏈和一條長鏈多元醇的多元醇組分，該初始多元醇有2～6的官能度；(3)水；(4)活化劑；(5)穩定劑；和任選地(6)其它輔助材料、脫模劑和添加劑。
適用的多元醇組分是有至少兩個能與異氰酸酯基團反應的氫原子的多元醇。較好使用聚酯多元醇和聚醚多元醇。
按照本發明，較好使用二苯甲烷二異氰酸酯系列(pMDI型)的聚合物異氰酸酯、其預聚物、或粗MDI。
水是以該多元醇配方每100份對0.1～3.0、較好0.3～2.0份的數量採用的。
通常的發泡和交聯反應用活化劑例如胺或金屬鹽用於催化。
適用的泡沫穩定劑主要是聚醚矽氧烷、尤其是水溶性的。這些化合物一般有與聚二甲基矽氧烷殘基結合的環氧乙烷和環氧丙烷的共聚物。這種類型的泡沫穩定劑在諸如美國專利2,834,748，2,917,480和3,629,308中有描述，其公開內容列為本文參考文獻。往往具有特殊意義的是按照據信對應於美國專利4,096,162和4,163,830的DE-OS2558523用脲基甲酸根基團支化的聚矽氧烷-聚氧化烯共聚物，這些專利的公開內容列為本文參考文獻。其它有機聚矽氧烷、氧乙基化烷基苯酚、氧乙基化脂肪醇、石蠟油、蓖麻油或蓖麻酸的酯、土耳其紅油和花生油以及泡孔調節劑例如石蠟、脂肪醇和二甲基聚矽氧烷也是適用的。有聚氧化烯和氟烷殘基作為側基的低聚物聚丙烯酸酯進一步適用於改善和/或穩定乳化作用、填料分散、和泡孔結構。表面活性劑通常以每100重量份多元醇對0.01～5重量份的數量採用。
其它輔助材料、脫模劑和添加劑可以任選地摻入該聚氨酯樹脂製備用反應混合物中。例如，該反應混合物可以包括表面活性添加劑如乳化劑、阻燃劑、核化劑、阻氧化劑、潤滑劑和脫模劑、染料、分散助劑和顏料。
各組分以如此數量反應，使得多異氰酸酯組分(1)中的NCO基團與組分(2)和(3)以及可能(5)中能與異氰酸酯基團反應的氫的總和的當量比是0.8∶1～1.4∶1、較好0.9∶1～1.3∶1。
可熱成形的PUR泡沫體、或紙、金屬或塑料蜂窩體可以用來作為按照本發明的層壓零件的芯A)用材料。
玻璃纖維墊、短玻璃纖維股墊、無規玻璃纖維層、玻璃纖維織物、切斷或研磨的玻璃或礦物纖維、天然纖維墊和針織織物、切斷的天然纖維和纖維墊，基於聚合物纖維、碳纖維或芳族聚醯胺纖維及其混合物的非織造織物和針織織物，可以採用來作為纖維材料B)。這些纖維層被排列在或施用到該芯的兩側，並浸漬聚氨酯樹脂。適用的聚氨酯樹脂如以上所述。
本發明的一些適用外層C)包括，例如，金屬箔或片材，以及諸如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、ASA(丙烯酸酯改性苯乙烯-丙烯腈三元共聚物)、PC(聚碳酸酯)、PA(聚醯胺)、PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)和/或PPO(聚苯醚)製成、供外部施用的緻密熱塑性複合材料。該外層可以塗漆、使之可塗漆或著色。
有TPU(熱塑性聚氨酯)片材阻透層以防止泡沫體通過的紡織品材料，緻密或發泡的塑料片材和噴射或RIM(反應注塑)聚氨酯皮層可以用來作為裝飾層D)。
纖維層B)的纖維組分可以作為一種織物置於芯A)上，或者，在切斷或磨碎纖維的情況下，可以與該聚氨酯組分一起導入或噴射，或噴射到聚氨酯組分(P)上。
按照本發明的層壓零件的生產工藝最初包含把一種纖維層B)施用到芯A)的兩側，和把初始聚氨酯組分施用到層B)上。在一種替代實施方案中，可以使用一種適用混合頭技術，經由原聚氨酯材料流，把增強物質(即纖維組分)導入到芯A)上。該聚氨酯樹脂可以用文獻上所述工藝例如一步法或預聚物法，藉助於業內人士基本上都知道的加工裝置生產。它們較好是用一步法生產的。
把這樣生產的毛坯(即層壓芯)轉移到一種含有外層C)和任選地一個裝飾層D)的模型中。通過該模型的閉合併使該原PUR材料組分反應，使這種毛坯粘結或結合到該外層C)和該裝飾層D)(當存在時)上。該毛坯同樣可以用適用方法以實際模型生產。
按照本發明的層壓材料的特徵在於在約400～700kg/m3範圍內的低密度，在約0.5～5.2×107N·mm2範圍內的高撓曲強度，和優異表面質量(即一面上一個A級表面)。具體地說，當本發明的層壓材料與在外部應用範圍內使用的傳統塑料和金屬例如PC/ABS(聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、聚丙烯、Noryl(聚苯醚和降醯胺的共混物，商標，GE公司)、SMC(片狀模塑料)或者鋁或鋼片材比較時，它們有頗低的GSM(克/平方米)和可比的撓曲強度。
按照本發明的層壓材料在汽車工業內的一些適當應用包括，例如，車頂、引擎頂蓋、後擋泥板、門板或底板組件。
以下實施例進一步說明本發明工藝的細節。以上公開文書中提出的本發明，在精神或範圍上不會受這些實施例限制。業內人士將會容易地理解，以下程序的條件的已知變化均可使用。除非另有說明，否則所有溫度都是攝氏度，所有百分率都是重量百分率。
具體實施例方式
在以下工作實施例中使用了下列起始原料。多元醇1 一種三(羥甲基)丙烷引發的環氧丙烷聚醚多元醇，其OH值約865，其官能度約3多元醇2 一種三(羥甲基)丙烷引發的環氧丙烷聚醚多元醇，其OH值約1000，其官能度約3多元醇3 一種丙二醇引發的環氧丙烷/環氧乙烷(PO∶PE＝86wt％∶14wt％)聚醚多元醇，其OH值約42，其官能度約2多異氰酸酯 一種多亞甲基多(苯基異氰酸酯)，其異氰酸酯含量為31.5wt％(由拜耳公司以商品名Desmodur44V20L銷售)穩定劑 一種矽穩定劑，由Osi Crompton WitcoSpecialities公司(D-60318 Frankfrut，Humboldtstr、12)以商品名PolyuraxSR242銷售催化劑 一種氨基催化劑，由Air Products公司(D-45527Hattingen)以商品名Thancat銷售染料 Baydur黑色糊狀物DN，拜耳公司聚氨酯配方1多元醇1 30重量份多元醇2 20重量份多元醇3 33重量份催化劑 2.8重量份穩定劑 1.3重量份乙酸0.3重量份水 1.4重量份染料3.3重量份多異氰酸酯 140重量份以上包含多元醇1～3的多元醇混合物的平均OH值為568mgKOH/g。
實施例1把GSM(克/平方米)為450的短玻璃纖維股墊B)放在一種芯(A)的兩側上，該芯包含一種5/5瓦楞紙板型、厚度12mm、GSM為960的紙蜂窩，在常溫下把總共1150g聚氨酯配方1(P)噴到其上。把這種夾芯結構插入一個模型中，其中在下部預先放置了一種塗布了標準底漆、厚度0.85mm、密度2,640kg/m3、初始撓曲強度為2.18×105N·mm2的鋁片材作為外層C)，並在上部預先放置一種用PUR片材形成一種泡沫體滲透阻擋層的裝飾性紡織品作為一個GSM約180的裝飾層D)。然後，這種粘結的織物在該模型中壓成11.7mm的壁厚並加熱到110℃。在240秒的加壓時間之後，將模型打開，取出成品層壓零件。該層壓零件有444kg/m3的密度和5.20×107N·mm2的撓曲強度。
與作為外層C)使用的材料相比，本發明的層壓零件顯示出撓曲強度增加200多倍，且平均密度從2640kg/m3降低到444kg/m3。
實施例2所使用的生產方法類似於以上實施例1中所述的那種。在本實施例中，使用一種有5mm厚度、GSM(克/平方米)為395、5/5瓦楞紙板型的紙蜂窩作為芯A)，並將1000g聚氨酯配方1(P)施用到置於該芯A)兩側的短玻璃纖維股墊B)上。作為外層C)使用的鋁片材的厚度是0.35mm、密度是2540kg/m3、初始撓曲強度是1.5×104N·mm2。使用一種GSM為180並有一個能防止泡沫體滲透的阻擋層的紡織品作為裝飾材料D)。在110℃加壓後得到的4.9mm厚層壓零件有654kg/m3的密度和8.56×106N·mm2的撓曲強度。外層C)的初始撓曲強度提高了560倍。
實施例3所使用的生產方法類似於以上實施例1中所述的那種。在本實施例中，使用一種厚度為7mm、GSM(克/平方米)為560、5/5瓦楞紙板型的紙蜂窩作為芯A)，並施用900g聚氨酯配方1(P)到置於該芯A)兩側的短玻璃股墊上。使用一種ASA(丙烯酸酯改性苯乙烯-丙烯腈三元共聚物)與PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯的共混物的、厚度為1.40mm、初始撓曲強度為3.43×104N·mm2的緻密熱成形多層熱塑性薄膜作為外層C)。使用一種GSM為180並有一個能防止泡沫體滲透的阻擋層的紡織品作為裝飾材料D)。加壓操作期間的模具溫度是外層側約60℃、裝飾層側約90℃。所得到的7.2mm厚的層壓零件有517kg/m3的密度和5.71×106N·mm2撓曲強度。
作為有PUR粘結的複合材料結構的結果，外層C)的撓曲強度可觀地提高了，即使之提高了166倍。
儘管為了說明之目的，已經在上述詳細描述了本發明，但要理解的是，這樣的細節僅僅是為了該目的，而且業內人士只要不背離本發明的精神和範圍就可以對此加以改變，除了它可能受到權利要求的限制外。
權利要求
1.一種層壓零件，包含A)一個芯，B)排列在該芯兩側並浸漬了一種聚氨酯樹脂(P)的纖維層，C)在該纖維層之一上一個有A級表面質量的外層，和，任選地D)在所述第二纖維層上一個裝飾層。
2.權利要求1的層壓零件，其中，所述聚氨酯樹脂包含(1)至少一種多異氰酸酯成分；(2)至少一種平均OH值300～700、含有至少一條短鏈和一條長鏈多元醇的多元醇組分，該初始多元醇有2～6的官能度；(3)水；(4)活化劑；(5)穩定劑；和任選地(6)其它輔助材料、脫模劑和添加劑。
3.權利要求1的層壓零件，其中，A)所述芯包含一種選自下列組成的一組的材料可熱成形PUR泡沫體、紙蜂窩、金屬蜂窩、和塑料蜂窩。
4.權利要求1的層壓零件，其中，B)所述纖維選自下列組成的一組中一種或多種玻璃纖維墊，短玻璃纖維股墊，無規玻璃纖維層，玻璃纖維織物，切斷玻璃纖維，研磨玻璃纖維，礦物纖維，天然纖維墊，天然針織織物，切段天然纖維，切段天然纖維墊，基於聚合物纖維、碳纖維或芳族聚醯胺纖維的非織造織物，和基於聚合物纖維、碳纖維或芳族聚醯胺纖維的針織織物。
5.權利要求1的層壓零件，其中，C)所述外層包含一種選自下列組成的一組的材料金屬箔，金屬片材，和緻密熱塑性複合材料。
6.權利要求1的層壓零件，其中，D)所述裝飾層包含一種選自下列組成的一組的材料有一個熱塑性聚氨酯片材阻擋層的紡織品材料，緻密片材，泡沫化塑料片材，噴射聚氨酯皮層，和RIM(反應注塑)聚氨酯皮層。
7.按照權利要求1的層壓零件的製造方法，包含(I)把一種浸漬了聚氨酯樹脂(P)的組分的纖維層B)施用到一種芯A)的兩側，(II)把一種外層C)和任選地一種裝飾層D)定位在一種開放式模型的內表面上，(III)把在(I)中形成的複合材料放進含有該外層C)和任選地該裝飾層D)的開放式模型中，(IV)將該模型閉合，和(V)通過使該聚氨酯樹脂(P)成分的各組分完全反應，使該外層和存在時的裝飾層粘結到該複合材料上。
8.權利要求7的方法，其中，所述聚氨酯樹脂包含(1)至少一種多異氰酸酯成分；(2)至少一種平均OH值300～700、含有至少一條短鏈和一條長鏈多元醇的多元醇組分，該初始多元醇有2～6的官能度；(3)水；(4)活化劑；(5)穩定劑；和任選地(6)其它輔助材料、脫模劑和添加劑。
9.權利要求7的方法，其中，A)所述芯包含一種選自下列組成的一組的材料可熱成形PUR泡沫體、紙蜂窩、金屬蜂窩、和塑料蜂窩。
10.權利要求7的方法，其中，B)所述纖維選自下列組成的一組中一種或多種玻璃纖維墊，短玻璃纖維股墊，無規玻璃纖維層，玻璃纖維織物，切斷玻璃纖維，研磨玻璃纖維，礦物纖維，天然纖維墊，天然針織織物，切段天然纖維，切段天然纖維墊，基於聚合物纖維、碳纖維或芳族聚醯胺纖維的非織造織物，和基於聚合物纖維、碳纖維或芳族聚醯胺纖維的針織織物。
11.權利要求7的方法，其中，C)所述外層包含一種選自下列組成的一組的材料金屬箔，金屬片材，和緻密熱塑性複合材料。
12.權利要求7的方法，其中，D)所述裝飾層包含一種選自下列組成的一組的材料有一個熱塑性聚氨酯片材阻擋層的紡織品材料，緻密片材，泡沫化塑料片材，噴射聚氨酯皮層，和RIM(反應注塑)聚氨酯皮層。
13.按照權利要求1的層壓零件的製造方法，包含(I)把還包含纖維組分的一種聚氨酯樹脂(P)的組分施用到一種芯A)的兩側，(II)把一種外層C)和任選地一種裝飾層D)定位在一種開放式模型的內表面上，(III)把在(I)中形成的複合材料放進含有該外層C)和任選地該裝飾層D)的開放式模型中，(IV)將該模型閉合，和(V)通過使該聚氨酯樹脂(P)成分的各組分完全反應，使該外層和存在時的裝飾層粘結到該複合材料上。
14.權利要求13的方法，其中，所述聚氨酯樹脂包含(1)至少一種多異氰酸酯成分；(2)至少一種平均OH值300～700、含有至少一條短鏈和一條長鏈多元醇的多元醇組分，該初始多元醇有2～6的官能度；(3)水；(4)活化劑；(5)穩定劑；和任選地(6)其它輔助材料、脫模劑和添加劑。
15.權利要求13的方法，其中，A)所述芯包含一種選自下列組成的一組的材料可熱成形PUR泡沫體、紙蜂窩、金屬蜂窩、和塑料蜂窩。
16.權利要求13的方法，其中，B)所述纖維選自下列組成的一組中一種或多種玻璃纖維墊，短玻璃纖維股墊，無規玻璃纖維層，玻璃纖維織物，切斷玻璃纖維，研磨玻璃纖維，礦物纖維，天然纖維墊，天然針織織物，切段天然纖維，切段天然纖維墊，基於聚合物纖維、碳纖維或芳族聚醯胺纖維的非織造織物，和基於聚合物纖維、碳纖維或芳族聚醯胺纖維的針織織物。
17.權利要求13的方法，其中，C)所述外層包含一種選自下列組成的一組的材料金屬箔，金屬片材，和緻密熱塑性複合材料。
18.權利要求13的方法，其中，D)所述裝飾層包含一種選自下列組成的一組的材料有一個熱塑性聚氨酯片材阻擋層的紡織品材料，緻密片材，泡沫化塑料片材，噴射聚氨酯皮層，和RIM(反應注塑)聚氨酯皮層。
全文摘要
本發明涉及包含外層和聚氨酯夾芯材料的層壓零件，也涉及這些層壓零件的生產方法，還涉及它們在汽車工業中的用途。
文檔編號B32B27/04GK1426891SQ0215639
公開日2003年7月2日 申請日期2002年12月17日 優先權日2001年12月17日
發明者P·哈爾斯, R·保羅, W·古爾尼裡, A·拉姆梅克 申請人:拜爾公司