CN101835677B - 可膨胀的填料嵌入物和该可膨胀的填料嵌入物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于填充或密封中空的空间或空腔的无载体的可膨胀的填料嵌入物。该嵌入物包括自支撑的连续结构，该自支撑的连续结构可以通过异型挤出成型或注射成型聚合物基体制得，该聚合物基体包含聚合物和/或聚合物前体和潜发泡剂。可膨胀的填料嵌入物例如利用固定元件固定到车辆支柱内表面上，该固定元件可以与自支撑的连续结构构成整体，聚合物基体此后通过加热而激活和膨胀。

Description

可膨胀的填料嵌入物和该可膨胀的填料嵌入物的制备方法

技术领域

本发明涉及包括聚合物基体的可膨胀的填料嵌入物，该可膨胀的填料嵌入物的制备方法，及该可膨胀的填料嵌入物用来填充或密封空腔如车辆的中空结构件的用途。

背景技术

普遍使用通常借助于载体的可发泡的材料来填充和/或密封中空结构或空腔如车辆的支柱。这种材料在电沉积或烤漆喷涂过程中向车体施加约120摄氏度至约210到220摄氏度(℃)的外部热时发泡和膨胀，由此通过在驾驶期间阻挡道路和风噪音的传输提供隔音、防音和振动抑制并改进车辆内的寂静。另外，可发泡的材料一般用来通过提供中空结构的结构性加强而加强或加固车辆空腔。

通常，可膨胀的(也称为可发泡的)材料被支撑和固定到中空结构的空腔中的预定位置，直到其通过外部热而发泡和膨胀。可膨胀的材料的支撑/固定一般是必需的，因为否则在可膨胀的材料的激活之前或期间可膨胀的材料易于被从空腔内的所需位置上移动。结果，未固定的可膨胀的材料不可能必然或重复地阻塞或密封空腔至可接受的程度。

研制了固定夹具(也称为载体或支撑体)来把可发泡的材料固定在适当位置，直到完成外部加热，使得所需的空间或空腔得到填充或密封。这些载体由具有与可发泡的材料完全不同的性质的材料如金属或耐热的硬合成树脂制成。这种载体的使用带来了某些问题，即在可发泡的材料的激活之前和/或之后，可发泡的材料不可能牢固地附着到载体上。可发泡的/发泡的材料因而可能会与载体分离，由此干扰空腔的一致的、均匀的和耐久的填充或密封。另外，由于组件使用不同的材料，包括载体和可发泡的材料的部件的组装或制造可能相对复杂并从而是昂贵的。

WO 01/054936A1描述了一种自支撑体形式的加强部件，其在加热至膨胀温度时膨胀。该自支撑体包含彼此间隔一定距离设置的第一和第二组肋条。在热激活期间，热空气能够流经以一定距离设置的肋条，使得加强材料的较大表面积暴露于热下。

US 2005/0249916描述了用于填充结构的中空的空间或空腔的另一种嵌入物，其为可发泡的片材，该可发泡的片材利用连续的成型工艺制造为连续形成的片材。然后将片材加工成条，并把条的末端重叠且利用连接装置结合在一起。这些可发泡的或可膨胀的材料能够有可能当充分加热时均匀地膨胀以填充中空的空间或空腔。然而，对于这种片材的厚度有实际限制。这可以使得难于将一些足以完全密封或填充空腔的量的可发泡的材料引入到空腔中，特别当空腔形状不规则或具有锐角的拐角时。

EP 383498描述了用于嵌入到车辆空腔中并随后的发泡的无载体的、可发泡的成形零件。该成形零件能够通过挤出制造，它们的截面调整为适合于待填充的空腔的截面。

通过结合两个或更多的侧面金属片材构建许多中空结构，如车辆的支柱，并且其空腔的横截面形状具有侧面片材在此连接的拐角。这些拐角通常狭窄和复杂，并且在空腔的中心区域的简单地发泡和膨胀的可发泡的材料或定向膨胀的可发泡的材料不足以充分填充整个空腔或拐角。

相应地，本领域中仍然需要适合用于中空结构或空腔如汽车的支柱等的可热膨胀的组件，其能够容易设计和控制，制造便宜，及解决一个或更多现有技术设计的问题，如上述的那些问题。

发明内容

本发明提供了一种用于填充或密封中空的空间或空腔(例如，车辆支柱)而不使用载体或支撑体组件的可膨胀的填料嵌入物。在本发明的一个实施方案中，嵌入物包括具有内部空间和外表面的自支撑的连续结构，该外表面基本上平行于空腔的截面形状而不(在其未激活状态)接触空腔的内表面。自支撑的连续结构由包含至少一种聚合物或聚合物前体和至少一种潜发泡剂的聚合物基体制备。至少一个固定元件从自支撑的连续结构突出，并且与自支撑的连续结构构成整体，以把嵌入物固定到空腔的至少一个内表面上。可膨胀的填料嵌入物能够具有一个以上延伸到自支撑的连续结构的内部空间中的突起，提供另外的聚合物基体来保证空腔的完全密封或填充。嵌入物还可以具有一个或数个从自支撑的连续结构的外周在具有锐角的空腔拐角的方向延伸的突起，由此协助这种拐角的完全密封或填充。本发明的可膨胀的填料嵌入物令人惊讶地有效实现了空腔的完全阻塞或密封，尽管它们缺乏载体或固定夹具。同时，这种嵌入物相对简单且制造便宜。

在又一个方面，提供了这种可膨胀的填料嵌入物的制备方法，其中把该聚合物基体异型挤出成挤出股，在特别的实施方案中挤出成挤出闭合管，该挤出闭合管具有的截面形状对应于所需的自支撑的连续结构的尺寸，然后把挤出股或管切割成所需的厚度。

附图说明

图1显示了包含空腔的车辆支柱。

图2显示了适合于嵌入到图1的车辆支柱的空腔内的根据本发明的可膨胀的填料嵌入物。

图3显示了固定在图1的车辆支柱的空腔内的适当位置的图2的可膨胀的填料嵌入物。

图4显示了位于具有狭窄的不规则拐角的支柱内的根据本发明的可膨胀的填料嵌入物，嵌入物具有向狭窄的不规则拐角延伸的突起。

图5显示了根据本发明的具有凸出到自支撑的连续结构的内部空间中的突起的可膨胀的填料嵌入物。

图6显示了根据本发明的可膨胀的填料嵌入物的另一种实施方案，该成形零件具有主体1a和包括底切挂钩(undercut latching hook)3a的固定元件2a。在纵轴，即垂直于两个平行划界表面的方向观察成形零件。主要部件和固定元件是紧凑的并且由相同的反应性材料制成。

图7显示了对应于图6的成形零件，其在这里包括延伸到固定元件2a中的内部空腔4a。该成形零件包括由反应性材料制成的壁5a并且当在垂直于纵轴的不同方向观察时具有不同的厚度。

图8显示了根据本发明的成形零件，其具有隔离物6a、内空腔4a、由反应性材料(还由其制成隔离物6a)制成的壁5a及由粘性物质制成的条7a。如图8至10所示，沿其纵轴，即垂直于两个平行划界表面观察该成形零件。

具体实施方式

本发明提供了用于填充或密封中空的空间或空腔的可膨胀的填料嵌入物。另外，本发明提供了用于填充或密封车辆支柱的中空的空间或空腔的可膨胀的填料嵌入物。本发明还提供了通过异型挤出成型(也称为型材成型(profile molding))或注射成型制备可膨胀的填料嵌入物的方法。

在本发明的实施方案中，提供了可膨胀的填料嵌入物，其例如用于填充和/或密封空腔如车辆如汽车的支柱的空腔或中空结构。可膨胀的填料嵌入物包括具有内部空间的自支撑的连续结构，该结构由包含a)至少一种聚合物和/或聚合物前体和b)至少一种潜发泡剂的聚合物基体组成。

连续结构是制造为任选地具有内部空间(即开口，从垂直于由自支撑的连续结构限定的平面的方向观察，其在某些实施方案中表示可膨胀的填料嵌入物的总面积的至少约50％或至少约60％或至少约70％或至少约80％)的单一连续件的结构。在这种情况下的连续结构具有内表面(其面向内部空间)和外表面(其面向嵌入物将放入其中的中空构件的内表面)并且是自支撑的(即，除了在本发明一个实施方案中的固定元件之外，可膨胀的填料嵌入物不包含聚合物基体连在其上的单独的载体、固定夹具或其它支撑体)。结构的外表面具有这样的形状，即轮廓上对应于并且通常遵照或平行于待填充的空腔的截面形状。在一个实施方案中，连续结构是有弹性的。就有弹性而言，它是指连续结构(在室温下，例如，15～30℃)当经受外力如扭转或挤压时，能够暂时弯曲、变形或翘曲至至少某种程度而不断裂或裂纹，但是当释放这种外力时回复到其原始形状。该特性使可膨胀的填料嵌入物在结构件如车辆支柱等的空腔内的处理和放置容易。连续结构优选由足够硬的聚合物基体制成，以便使得连续结构尺寸稳定和自支撑。

在本发明的某些实施方案中，自支撑的连续结构呈环状。认为截面(即，在垂直于由自支撑的连续结构限定的平面的平面中的截面)中环的尺寸和形状不是特别关键性的，但是通常应当这样选择，以便提供充足的聚合物基体，使得当包含在其中的潜发泡剂通过加热而激活时，获得了空腔的完全或基本上完全的密封。另外，截面中环的尺寸和形状应当这样选择，以便使得连续结构自支撑。在横截面中，环可以例如为圆形、椭圆形、正方形、长方形、多边形、三角形、叉形、“U”、“V”、“D”、“T”、“X”、“C”等的形状或者可以为不规则的形状。典型地，相对于自支撑的连续结构的平均总体半径，环的平均厚度(从垂直于由自支撑的连续结构限定的平面的方向观察)低于50％或低于40％或低于30％或甚至低于20％。

可膨胀的填料嵌入物可以通过固定元件固定在例如车辆支柱的中空的空间或空腔内，该固定元件从连续结构的外表面突出并且与连续结构的外表面构成整体。在本文中所使用的“与......构成整体”，是指固定元件是连续结构的一部分并且不能在不损伤可膨胀的填料嵌入物的连续结构的条件下从其中除去或与其分离。在下面进一步描述的另一个实施方案中，可膨胀的填料嵌入物通过一片粘性物质固定到内空腔壁上。

在本发明一个实施方案中，可膨胀的填料嵌入物完全由聚合物基体形成。固定元件可以采取能够经过空腔壁中的开口嵌入啮合凸出(engaging projection)等的形状，但是设计成耐经过这种开口的取出(例如，通过凸出上的挂钩或脊与开口附近的结构构件壁的外表面的啮合)，由此把可膨胀的填料嵌入物固定在适当位置。固定元件由聚合物基体组成，使得在通过加热激活时固定元件膨胀并且有助于填充和密封其中已经嵌入了嵌入物的空腔壁中的开口。

本领域中已知的能够把带载体的可膨胀的材料固定到结构构件空腔的内壁上的任何装置还可以使其适合于用作本发明的可膨胀的填料嵌入物中的固定元件。例如，固定元件可以包括两个或多个可弹性偏转的倒钩，该倒钩配置用于在结构构件的开口中的固定接收。每个倒钩可以包括带柄的闭锁件，该闭锁件相对于柄成角度突出以便形成挂钩。这种固定元件在施加较小的力的条件下嵌入到壁开口，引起倒钩可逆地彼此相向弯曲在一起并朝向彼此。在倒钩经过开口之后，它们回复到它们的正常位置，彼此分离。这使得闭锁件可环绕开口周围与结构构件壁的外表面啮合，。以这样的方式固定嵌入物从而防止其容易移位是非常可取的，因为否则，通常车辆组装期间，在加热和激活聚合物基体之前的结构构件的处理将遭遇这样的问题，即很可能引起嵌入的可膨胀填料物不再适当地位于空腔内所需的位置。作为选择，固定元件可以由杆部分和一对有弹性的闭锁腿构件组成，各自以锐角偏离杆部分的各侧并从杆部分的末端向自支撑的连续结构延伸。当嵌入到支柱或其它中空结构构件内壁中的开口时，开始压缩腿构件，并且在完全嵌入时，延伸出开口之外，并从而啮合支柱或其它中空结构构件的外表面。其它类型的固定元件也可以用于该目的，包括例如具有延长部分及多个有角度的凸缘的“圣诞树”型紧固件。可膨胀的填料嵌入物可以具有一个固定元件或者相同类型或不同类型的多个固定元件。

典型地，固定元件放射状地从自支撑的连续结构凸出。例如，固定元件可以从自支撑的连续结构的外表面凸出。

当可膨胀的填料嵌入物待被连在结构构件的壁上时，例如，固定元件的至少一部分嵌入到壁的开口中，该开口具有基本上匹配固定元件的所述部分的尺寸。开口的形状不是特别关键性的，只要它能够接收固定元件并且与固定元件相互作用以便把可膨胀的填料嵌入物固定在所需的位置即可。典型地，将可膨胀的填料嵌入物安装在空腔内，使得由自支撑的连续结构限定的平面基本上垂直于车辆支柱或其它中空结构构件的纵轴。

当制造可膨胀的填料嵌入物时，固定元件具有与聚合物基体相同的组成并且由聚合物基体形成。在利用固定元件连在车辆空腔内之后，通过加热长达足以发泡和膨胀聚合物基体的时间段而激活可膨胀的填料嵌入物，从而阻挡或密封空腔以便在其中不留空间或孔。

用于本发明的可膨胀的填料嵌入物的聚合物基体可以选自本领域中已知的任何材料，该材料包含一种或更多聚合物和/或聚合物前体和一种以上潜发泡剂，并且在环境温度下具有足够的尺寸稳定性以便允许由其制得的连续结构自支撑。还非常希望聚合物基体(或者至少其外表面)在环境温度下基本上是非粘性的，并且仍然能够在高温下软化或熔化，使得其能够通过异型挤出成型成形或形成为所需的构造，而不激活潜发泡剂。在本发明的理想的实施方案中，聚合物基体有弹性。选择潜发泡剂来提供通过应用外部加热(例如，约120℃至约220℃的温度，当在车体上焙烘面漆涂层时车体通常使用的温度范围)约10分钟至约150分钟而使聚合物基体发泡和膨胀的性质。聚合物可以为热塑性聚合物、橡胶(弹性体，包括可交联的或可固化的弹性体)和/或热塑性弹性体。适当的热塑性聚合物包括，例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯和(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚酯。适当的橡胶和热塑性弹性体包括，例如苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM)、聚丁二烯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丙烯嵌段共聚物、腈橡胶、氯化的聚乙烯橡胶等。还可以单独以及与一种或多种聚合物组合使用特征为在加热时能够固化、交联和/或扩链的聚合物前体，即包括为单体或低聚体的预聚物、树脂等的材料或物质。适当的聚合物前体的实例包括但不限于环氧树脂、聚氨酯预聚物等。因而聚合物基体可以为热塑性材料、热固性材料，或者在一个特别理想的实施方案中，热塑性材料和热固性材料两者(即，能够在适度的高温下成形或模制，但是也能够在更高的温度下固化或交联)。

当加热至高温时，存在于聚合物基体中的一种或多种潜发泡剂引起聚合物基体的膨胀或发泡。潜发泡剂能够为本领域中已知的任何已知的发泡剂，例如在加热时通过分解释放气体的“化学发泡剂”和/或“物理发泡剂”，即在加热时体积膨胀的膨胀中空珠(也称为可膨胀的微球)。可以使用不同发泡剂的组合，例如，具有较低激活温度(例如，约100℃)的发泡剂可以与具有较高激活温度(例如，约180℃)的发泡剂一起使用。选择潜发泡剂的量，使得当加热至有效激活发泡剂的温度时，可赋予聚合物基体所需的体积膨胀。通常潜发泡剂的量为总聚合物基体的约5重量百分数至约20重量百分数。

认为是“化学发泡剂”的潜发泡剂的实例例如能够包括但不限于偶氮、酰肼、亚硝基和卡巴肼材料如偶氮二异丁腈、改性的或未改性的偶氮二碳酰胺(ADCA)、二-亚硝基-五亚甲基四胺、4，4′-氧二(苯磺酸酰肼)(OBSH)、偶氮环己腈、偶氮二氨基苯、苯磺酰肼、钙氮化物、4，4′-二苯基二磺酰基氮化物、二苯基-砜-3，3′-二磺酰肼、苯-1，3-二磺酰肼、三肼基三嗪、对甲苯磺酰肼和对甲苯磺酰氨基脲。

“化学发泡剂”可以与另外的活化剂或促进剂如锌材料(例如，氧化锌、硬脂酸锌、二甲苯亚磺酸锌)，氧化镁，(改性的)脲等组合使用。还可以使用不同的酸/碳酸(氢)盐混合物作为潜发泡剂。

认为是“物理发泡剂”的潜发泡剂的实例包括但不限于可膨胀的中空微球，其中该中空微球基于聚偏二氯乙烯共聚物或丙烯腈/(甲基)丙烯酸酯共聚物并且例如包含包封的挥发性物质如轻烃或卤代烃。

依据用于聚合物基体的发泡剂的量和类型以及其它因素(例如，发泡促进剂/活化剂的存在、一种或多种聚合物/一种或多种聚合物前体的性质)，聚合物基体能够配制为，与聚合物基体的初始体积相比，当加热时膨胀至少约500体积％，或者至少约1000体积％，或者至少约1500体积％，或者至少约2000％体积。

另外，例如可以把本领域中已知的添加剂如交联剂、固化剂等添加到聚合物基体中以促进聚合物或聚合物前体的固化和/或交联。这种交联剂和固化剂基于用于聚合物基体中的聚合物或聚合物前体的类型选择。在本发明的优选的实施方案中，所述交联剂和/或固化剂在环境温度下是潜在的，即稳定的/非反应性的，但是当把聚合物基体加热至高温时被激活。在这样的实施方案中，作为这种加热的结果，聚合物基体既膨胀又交联/固化。通常这样选择所采用的交联剂/固化剂的类型，以便与聚合物基体的其它成分，特别是聚合物和聚合物前体相容。

例如，还可以向聚合物基体中添加本领域中已知的添加剂，如稳定剂、硬化剂、填料、软化剂、增塑剂、蜡、防老化剂、抗氧化剂、颜料、着色剂、杀菌剂、增粘剂、蜡和/或阻燃剂。

适当的蜡包括熔化温度为约45℃至约70℃的石蜡，熔化温度为约60℃至约95℃的微晶蜡，熔化温度为约100℃至约115℃的合成的费-托蜡，及熔化温度为约85℃至约140℃的聚乙烯蜡。

能够向聚合物基体中添加本领域中已知的任何抗氧化剂和稳定剂如空间位阻的酚和/或硫醚和/或空间位阻芳香族胺。

在聚合物基体中能够存在本领域中已知的任何填料如滑石，碳酸钙，粘土，二氧化硅，氧化铝，玻璃珠，玻璃纤维，聚合物纤维，硫酸钡，云母，炭黑，碳酸钙-镁，重晶石和硅酸盐填料，硅酸钾铝，偏硅酸钙，浮石，及有机填料。填料的量例如可以为聚合物基体的约1重量％至约20重量％。

可以适用于制造本发明的自支撑的连续结构的配方例如包括例如描述在下列不同的专利和公布的专利申请中的配方：如US2005-0096401；US 6830799；US 6281260；US 2004-0221953；US5266133；US 5373027；US 7084210；US 5160465；US 5212208；US6573309；US 2004-0266898；US 6150428；US 5708042；US 5631304；US 5160465；US 2004-0266899；US 2006-0188726和US 5385951，上述每一个整体并入本文中作为参考。

图1以截面图解说明了车辆支柱(1)，在车辆支柱(1)内有空腔(2)。车辆支柱(1)包括利用固定手段如金属螺栓、焊接、粘合剂等在固定点(22)和(23)固定到外支柱部件(20)上的内支柱部件(24)。内支柱部件(24)包含开口(15)，其中将把可膨胀的填料嵌入物(10)的固定元件(12)嵌入所述开口中。内支柱部件(24)和外支柱部件(20)例如可以利用本领域中众所周知的形成方法由金属薄板制造。

图2显示了根据本发明的可膨胀的填料嵌入物(10)，其适于放置在图1所示的车辆支柱(1)的空腔内(2)，应当理解这种放置可以便利地在内支柱部件(24)和外支柱部件(20)组装形成车辆支柱(1)之前进行。嵌入物(10)包括具有预定形状和尺寸的自支撑的连续结构(11)，该形状和尺寸对应于待填充/密封的空腔(2)的形状和尺寸，但是提供了自支撑的连续结构的外表面和优选基本上均匀的空腔(2)的内表面之间的间隙(13)(如图3所示)。可膨胀的填料嵌入物(10)的固定元件(12)是连接夹(attachment clip)，该夹包括杆部分(14)和易弯曲的夹部分(16)，其中该夹部分(16)嵌入到内支柱部件(24)的开口(15)中或穿过内支柱部件(24)的开口(15)。固定元件(12)的杆部分(14)具有肩(18)，该肩(18)比内支柱部件(24)的开口(15)大，使得其压在内支柱部件(24)的内表面上，并且与夹部分(16)组合把嵌入物(10)固定在适当位置。夹部分(16)可以具有两个倒钩(4)和(5)，这两个倒钩(4)和(5)可以相对彼此弹性偏转以便于将夹部分(16)嵌入到开口(15)中。每个倒钩(4、5)可以包含凹口(6、7)，该凹口(6、7)进一步帮助把可膨胀的填料嵌入物(10)固定在空腔(2)内所需的位置和取向。固定元件(12)与自支撑的连续结构(11)构成整体并且包括与自支撑的连续结构(11)相同的聚合物基体，由此简化了可膨胀的填料嵌入物(10)的制造并且还协助确保开口(15)被在聚合物基体的激活时产生的泡沫状物填充。如图2和3所示的固定元件(12)允许可膨胀的填料嵌入物(10)保持在适当位置，肩部分(18)防止自支撑的连续结构(11)的外表面与待填充/密封的空腔内表面接触(除了在连接点)，由此在自支撑的连续结构(11)和支柱(1)的内壁周围之间建立间隙(13)。该间隙(13)允许液体如清洁剂、预处理剂(pretreatments)、转化涂料、底漆、油漆等在可膨胀的填料嵌入物嵌入之后引入到空腔中，基本上与空腔的整个内表面接触，然后除去。作为替代，嵌入物(10)能够利用固定元件(12)以与内支柱部件(24)几乎一样的方式固定到外支柱部件(20)上，和/或可以固定到内支柱部件(24)和外支柱部件(20)两者上。如果需要的话，可以采用与车辆支柱壁中的多个开口组合的多个固定元件。

使示于图3中的车辆支柱(1)和可膨胀的填料嵌入物(10)的组装体经受外部加热(例如，约120℃至约210℃的温度)，其加热时间的量达到足以引起形成自支撑的连续结构(11)的聚合物基体发泡和封闭车辆支柱(1)的空腔(2)。特别地，在自支撑的连续结构的外表面和支柱的内表面之间的间隙(13)以及初始可膨胀的填料嵌入物(10)的内部空间(9)变得填充有由聚合物基体产生的泡沫状物。内支柱部件(24)中的开口(15)还被膨胀的聚合物基体封闭和密封。

图4显示了在具有狭窄的不规则拐角(26、28)的组装的车辆支柱内的可膨胀的填料嵌入物(10)。自支撑的连续结构(11)的外表面包含向支柱(1)的狭窄的不规则拐角(26、28)延伸的突起(14、16)，因而一旦聚合物基体通过加热而激活，则允许拐角(26、28)以及空腔内部被密封。符合本发明的狭窄的不规则拐角为任何具有锐角的拐角。

图5显示了本发明的实施方案，其中该可膨胀的填料嵌入物(10)具有凸出到自支撑的连续结构的内部空间(9)中的突起(18)。当可膨胀的填料嵌入物(10)通过加热激活而发泡和膨胀聚合物基体时，突起(25)有助于完全密封空腔。

本发明的可膨胀的填料嵌入物还可以通过异型挤出成型过程制得。挤出机器(挤出机)经过模具组装体挤出熔化或软化形式的聚合物基体。在需要具有内部空间的可膨胀的填料嵌入物的情况下，模具组装体包括端板通过紧固件固定到其上的构件。将具有所需的截面形状的型材板设置在构件和端板之间。型材板中开口的形状限定将被挤出的聚合物基体的闭合管的截面。例如，可以利用具有环形出口截面的模具来使挤出聚合物基体成形为所需的中空形状。中空管、导管和其它这种形状的挤出成型领域中已知的任何技术和设备可以适用于本发明。例如，模具组装体可以包括中心进料的芯轴-支撑模具(有时也称为多角架支撑的芯轴模具或支撑环模具)，其中该熔化聚合物基体在芯轴支撑区域中分成分离流。熔化聚合物基体环绕多角架腿流动。还可以使用过滤网组模具(也称为多孔板模具)，其中该芯轴由管状穿孔体过滤网组固定。能够使用的模具组装体的又一种类型为侧面进料的芯轴模具(也称为十字头模具)。当采用侧面进料的芯轴模具时，熔化聚合物基体经由歧管经过芯轴周围。还可以利用螺旋形芯轴模具，其中螺旋形-成形芯轴以多线的形式环绕芯轴缠绕。可以与挤出机结合使用冷却设备以降低聚合物基体的热挤出闭合管的温度，直到其充分固化以保持所需的形状。把挤出闭合管切割成所需的长度/厚度，以提供可膨胀的填料嵌入物的自支撑的连续结构。通常来讲，挤出闭合管可以利用任何适当的方法如热刀、锯或其它这种装置，在基本上垂直于挤出闭合管的纵轴的方向切割。此外，可以改变型材板来制造不同直径或截面形状的管。在本发明一个实施方案中，例如，截面形状包括一个或多个具有固定元件的所需截面形状的突起，使得当切割挤出闭合管时，提供了一个或多个与自支撑的连续结构构成整体的固定元件作为中空管的替换物，可以异型挤出大股可膨胀的材料，然后将其切割成所需的支柱填料嵌入物。

本发明的其它实施方案可以描述如下。在这些实施方案中，与前文中使用的术语“可膨胀的填料嵌入物”同义地使用术语“成形零件”。

因而，在进一步的实施方案中，本发明涉及具有由如上述反应性交联材料制成的主体的成形零件，该主体包括分别具有前侧和后侧的至少一个固定元件，前侧和后侧定义如下：包括一个或多个固定元件的整个成形零件由两个平行平面划界，每个固定元件的前侧位于平行表面的一个中，而后侧位于平行表面的另一个中。

根据本发明的该实施方案规定，包括所有固定元件的整个成形零件被两个平行平面划界。然而，出于制备原因，会存在对两个表面平行的微小偏离。然而，两个表面意在至少以近似地平行方式放置至它们彼此形成至多10°、优选至多5°的角度的程度。这两个(近似地)平行表面因此不但划界成形零件的主体，而且划界存在的所有固定元件。换言之：在平行于两个平行划界表面的方向观察，包括固定元件的整个成形零件相对于两个平行划界表面既未展示出凸出又未展示出缩进。

垂直于两个平行表面延伸的方向将在下文中称为纵向，相应的轴称为纵轴。这独立于成形体在所述纵轴的方向所具有的延伸。

在垂直于纵轴的方向，成形零件能够被任意成形的表面划界，限制在于除了垂直于纵轴设置的两个划界表面的所有表面均平行于纵轴。再一次，由于制备原因，可能会存在对平行的小偏离，尽管这些偏离不大于10°，优选不大于5°。作为选择，包括固定元件的根据本发明的成形零件能够以这样的方式描述，即其基本上包括两个平行划界表面，及所有其它划界表面能够任意成形，但是基本上垂直(最大偏离为10°，优选为5°)于上述的平行表面。这进一步包括这样的事实，即除了两个上述的平行表面的划界表面在纵轴方向以平坦的方式延伸，即在那个方向未展示出升起或凹陷。这还能够由这样的言语表示，即位于除了上述的两个平行表面的划界表面上并且在纵轴方向延伸的任何线为直线。由垂直于两个上述的平行表面延伸的划界表面形成的所有边缘相应地作为平行于纵轴的直线延伸。

在低于70℃的温度下，根据本发明的成形零件为固体并且是自支撑的，即其形状在其自身重量的影响下不改变。成形零件不包括反应性材料邻接在其上的支撑元件。选自纤维、织物或网状物的加强元件仍然能够埋置到反应性材料中。这些加强元件能够例如由玻璃、塑料、金属、石棉或碳纤维制成。出于制备原因，把织物或网状物埋置到成形零件中，使得它们在很大程度上平行于成形体的纵轴布置。纤维还能够相对于纵轴偏斜地排放，但是在纵轴方向展示出明确优选的取向。

当在平面图中即在纵轴方向观察两个平行划界表面时，成形零件的主体通常展示出不规则的截面，这是由这样的事实导致的，即截面适合于待绝缘或加强的组件空腔的截面。成形零件因此在垂直于纵轴的不同的方向通常具有不同延伸。在本文中可以限定垂直于纵轴的轴和在成形体的最大延伸的方向上的轴。该轴在下文中也称为水平轴，相应的方向称为水平方向。垂直于纵轴和水平轴两者的那个轴也称为垂直轴。平行于垂直轴的方向也称为垂直方向。通过限定，非膨胀的成形零件具有在垂直方向比在水平方向小的延伸。在纵轴方向观察，成形体能够比水平或垂直方向更厚或更薄。特别地，成形零件在纵向能够相对平坦并且为盘形。例如，成形零件在水平方向的宽度能够为在纵轴方向的厚度的至少三倍。

然而，还能够存在这样的几何极限情形，其中水平方向不能与垂直方向相区别，因为存在两个彼此垂直的最大延伸方向。然而，该几何极限情形实际上应当很少出现。图8显示了在纵轴方向观察根据本发明的一个实施方案的成形零件1a的实施方案。观察者因此垂直地在两个平行划界表面的一个上观察。在该示例性实施方案中，成形零件由主体1a和包括底切挂钩3a的固定元件2a构成。如上面限定的水平和垂直轴用短划线绘制，并且分别用字母h和v标记。该实施方案中的固定元件2a平行于垂直轴排放的事实是偶然的。固定元件2a事实上能够指向任何任意方向并且能够在任何任意点从主体上突出。

如图6所示，成形零件能够以这样的方式配置，即其平行于纵向延伸的划界表面仅极微小地平行或者根本不平行于水平轴或垂直轴延伸。成形零件能够相对于水平轴或垂直轴成任意角度，并且能够如图6所示以楔形状逐渐变细。以楔形方式逐渐变细的成形体的区域能够相应地延伸到待加强或绝缘的空腔的尖锐的拐角，并且能够在热膨胀(“发泡”)之后特别好地充满所述拐角。

如前文中所解释的，根据本发明的填料嵌入物或成形零件能够以特别有利的方式通过如下步骤制造：经过相应地成形模具挤出反应性材料以产生股，及垂直于挤出方向把所述股切片，以近似平行的切割面的方式制备。该挤出操作赋予反应性材料的链形分子以在成形体纵轴方向的统计学优选的方向。作为填充由此制得的链形的分子的结果，根据本发明的一个实施方案的成形零件当加热至在70至100℃范围内的温度时在水平方向和垂直方向的收缩不超过10％。该收缩优选低于5％，特别地低于3％，在每个情况下都基于在从20℃加热至70～100℃之前在相应的方向的延伸。该性能是想得到的，因为结果在更高温度下开始发泡和交联之前，成形体在加热时在很大程度上保持几何稳定。

链形的分子在挤出方向的优选取向的相同机理进一步引起根据本发明的成形零件在加热至120至220℃时以这样的方式膨胀，即在垂直方向的膨胀比在纵轴方向的膨胀更大，在每个情况下膨胀都认为相对于在相应方向的材料厚度。这还适用于在与水平方向相比的垂直方向的膨胀，使得根据本发明的成形零件在加热至120至220℃时以这样的方式膨胀，即在垂直方向的膨胀比在水平方向的膨胀更大，再一次在每个情况下膨胀都认为相对于在相应方向的材料厚度。

在垂直于纵轴的方向相对更大的膨胀是特别想得到的，因为在垂直于纵轴的方向膨胀在朝向待加强或绝缘的空腔的壁的方向延伸。

使成形零件形成所需的尺寸，使得在非膨胀状态下，其不完全充满空腔截面。在成形零件必须与空腔壁有接触以固定的那些位置旁边，仍然在成形零件的外表面和空腔的内划界壁之间，保留宽约1至约10mm的流动间隙。只要成形零件不膨胀，处理和涂布流体就能够自由地流经该流动间隙。只有作为热膨胀的结果，成形零件的体积才以这样的方式增加，即成形零件处处邻接空腔的内壁，因而完全密封空腔或使空腔壁变硬。该膨胀通过在10～150分钟范围内的时间段内加热至120至220℃范围内的温度来完成。

如图6所示，包括固定元件的整个成形零件能够为紧凑的，即能够展示出没有通过肉眼可察看的内部空间(“空腔”)。然而，主体和/或固定元件还能够包括内部空腔，其允许节省材料。在一个实施方式中(在图中未示出)，主体是紧凑的，即不包含空腔，而固定元件2a包括内部空腔4a。在本发明的该实施方案中，至少一个固定元件包括空腔，该空腔平行于纵轴从平行表面的一个表面向另一个表面延伸，并且通到所述表面。所述空腔的划界表面能够平行于固定元件的外表面延伸。然而，空腔还能够具有独立于固定元件的外部轮廓的形状。在进一步的实施方案中，主体本身能够包括内部空间或一个或多个空腔，其平行于纵轴从平行表面的一个表面向另一个表面延伸，并且通到所述表面。该实施方案借助于图7中的实施例描述，其中主体包括延伸到固定元件2a中的空腔4a。然而，所述空腔能够被限定于主体内并且未延伸到固定元件。在这种情况下，固定元件是紧凑的，而主体包括空腔。

在该实施方案中，反应性材料被限定于壁5a内，该壁5a被空腔4a的划界表面内部划界并且被成形体的外部划界表面外部划界。该壁能够在垂直于纵轴的每个方向具有相同的厚度。在这种情况下，壁5a的部和外部划界表面以平行方式延伸。然而，图7描述了一般化的实施方案，根据该实施方案，空腔壁5a在垂直于纵轴的不同方向具有不同厚度。壁5a的空腔侧划界表面然后未平行于成形体的外部划界表面延伸。该实施方案具有这样的优点，即反应性材料的量能够不同地分布在待加强或绝缘的组件空腔的截面上。例如，在图7的具体实施例中，特别大量的反应性材料位于在以楔形方式逐渐变细的区域附近。这使得可用的充足的可膨胀的和反应性材料完全充满逐渐变细成点的待加强或绝缘的组件空腔的区域。图7借助于实施例描述了其中主体仅包括单个空腔4a的实施方案。然而，在此处未描述的其他的实施方案中，所述空腔能够被分隔物分成都平行于成形体的纵轴延伸的多个空腔。

在优选的实施方案中，根据本发明的成形零件的可膨胀的材料在非膨胀状态下，在10至约40℃范围内的温度下不是粘性的。这促进了成形零件的运送和处理。然而，还能够提供在上述的温度范围内为粘性的成形零件的表面部分，使得成形零件能够由所述粘性表面片段粘合固定到待加强或绝缘的空腔的内壁上。那么机械固定元件如夹就不是必需的。该实施方案因此特征在于另外非粘性的成形零件包括至少一个外表面，该外表面从平行表面的一个表面向另一个表面延伸并至少在所述外表面的选定区域被在10至40℃是粘性的材料覆盖，该选定区域在两侧被两个平行表面划界。该实施方案示意性地描述于图8中。该图显示了成形零件，其具有紧凑的隔离物6a、内部空腔4a、由反应性可膨胀的材料制成的壁5a及在10至40℃下是粘性材料的条7a。平行于纵轴再一次观察成形零件。观察者因此看到粘性材料的条7a的端面。

前文中已经描述可膨胀的材料的可能的组成(包括至少一种聚合物或聚合物前体和至少一种潜发泡剂)。为了建立用于挤出工艺所需的粘度，反应性材料能够包含反应性稀释剂。用于本发明目的的反应性稀释剂为包含环氧基和具有脂肪族或芳香族结构的低粘度物质(缩水甘油醚或缩水甘油酯)。这些反应性稀释剂一方面用来在软化点以上降低粘合剂体系的粘度，另一方面它们在注射成型中控制预凝胶过程。根据本发明采用的反应性稀释剂的典型实例为C6至C14一元醇或烷基酚的一、二或三缩水甘油醚，以及腰果壳油的一缩水甘油醚，乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇及环己烷二甲醇的二缩水甘油醚，三羟甲基丙烷的三缩水甘油醚，及C6至C24羧酸的缩水甘油醚，或者其混合物。

如可热膨胀的、可热固化的成形体将用来制造特有的轻质结构，则除了上述的“一般”填料之外，它们优选包含所谓的轻质填料，轻质填料例如选自金属中空球如中空钢球，中空玻璃球，粉煤灰(fillite)，基于苯酚树脂、环氧树脂或聚酯的中空塑料球，具有由(甲基)丙烯酸酯共聚物、聚苯乙烯、苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物制成、及特别地由聚偏二氯乙烯以及偏二氯乙烯与丙烯腈和/或(甲基)丙烯酸酯的共聚物制成的壁材料的膨胀中空微球，中空陶瓷球，或者天然来源的有机轻质填料如磨碎的坚果壳，例如腰果壳、椰果壳或花生壳，以及软木粉或煤焦粉末。基于中空微球的那些轻质填料是特别优选的；在固化成形体基体中，它们保证了成形体的压缩强度的高水平。

本发明进一步涉及具有上述的特征和性质的成形零件的制备方法，预混合的可膨胀的材料优选在室温以上的温度下挤出成股，及把该股切片，使得上述的平行表面作为切割面产生。在经过模具挤出期间可膨胀的材料的温度优选在约70至约110℃范围内。可膨胀的材料能够在1至15m/分钟范围内的速率下挤出。反应性可膨胀的材料经过其开口成形的模具挤出，使得一部分挤出股的材料展示出固定元件和，若存在的隔离物，的截面。在把该股切片成根据本发明的成形零件时，则一部分挤出材料分别具有固定元件和，若存在的隔离物，的形状。

如果需要根据本发明的成形零件包括选自纤维、织物或网状物的前述的加强元件，则优选进行如下：如上所述把可膨胀的材料挤出成股，及在把该股切片之前把选自纤维、织物或网状物的加强元件压到所述股中；然后以这样的方式把该股切片，即平行表面作为切割面产生。例如能够使用滚筒把加强元件压到挤出股中。

作为根据本发明的成形零件的进一步实施方案，前面描述了其中其表面的选定区域覆盖有在10至40℃下是粘性的材料的成形零件，所述选定区域在两侧被两个平行表面划界。具有这些特征的成形体的制备方法优选以这样的方式进行，即粘性材料与反应性材料以这样的方式共挤出，即一条粘性材料形成在挤出股的外表面上。在以产生平行切割面的方式把该股切片时，获得了相应实施的成形体。然而，作为其选择，可以仅把反应性材料挤出成股，并且在挤出成股之后但是在把它切片之前，把一条粘性材料施加到该股上。这能够通过一种层压方法利用滚筒完成。

本发明此外包括加强、绝缘、阻尼和/或密封中空组件的方法，其中在中空组件完成之前，把根据本发明的成形零件或可膨胀的填料嵌入物固定到中空组件的内壁上，及把中空组件封闭并优选在10至150分钟范围内的时间段内加热至在120至220℃范围内的温度。

车辆结构中的延长的中空结构，例如包围乘客间的框架的通常生产方法用于该方法。这些中空结构通常通过如下制得：由金属制备两个相应地成形的半壳(half-shell)，及把这些半壳连接到一起而得到中空框架结构或其部分。这种中空结构或中空支撑体例如为支撑车顶结构或车顶框架的车体的A-、B-或C-支柱，底梁，及车轮架或发动机支撑体的部件。如在这种中空结构中使用所谓的“支柱填料”或“隔板”在现有技术中是平常的一样，在把所述半壳连接到另一个半壳上构成中空结构之前，根据本发明的成形零件能够在固定元件或粘性表面部分的帮助下固定到后面将变成空腔内壁的一个半壳的表面上。成形零件优选以这样的方式成形，即其截面(垂直于纵轴观察)对应于空腔的截面形状。然而，使成形零件形成所需的尺寸，使得在发泡之前，它仅在一个或很少几个点与中空部件的内壁接触。除了这些点以外，宽度为约1至约10mm、优选为约2至约4mm的流动间隙保持在平行于成形零件和中空部件的内壁的纵轴设置的划界表面之间。该流动间隙保证了利用其处理基本车体的不同的过程流体能够润湿空腔壁内侧的每个部件。流动间隙仅在成形体热膨胀时封闭，结果后者实现了其加强、绝缘、阻尼和/或密封中空部件的目的。成形零件上的隔离物能够确保该流动间隙在成形体发泡之前可靠地产生，并且得以保持直到发泡。

最后，在其他的方面，本发明涉及具有中空框架结构的车辆，该中空框架结构包括在其膨胀和硬化之后的上述的填料嵌入物或成形零件。

本文中描述的本发明的可膨胀的填料嵌入物(或者“成形零件”)能够用于在机动车框架内的任何位置。例如，这类位置包括但不限于支柱(包括A、B、C和D支柱)，横档，门区域的支柱，支柱区域的车顶，中间支柱区域，车顶横档，风挡或其它窗框，行李箱盖，窗口(hatches)，车顶位置的可移动顶部，其它车辆开缝线位置，发动机(引擎)横档，较低的底梁，摇板横档，支撑横梁，横向构件，较低的横档等。一般而言，可膨胀的填料嵌入物将放到具有纵轴的中空结构构件中，使得由自支撑的连续结构限定的平面基本上垂直于中空结构构件的纵轴。

尽管本发明的可膨胀的填料嵌入物已经描述用于车辆的中空的空间或空腔如汽车支柱中，但是也应当理解可膨胀的填料嵌入物在其中需要密封或填充中空的空间或空腔(特别是其中在至少一个组装步骤期间使制品经受加热步骤)的任何其它应用中显现优点。例如，可膨胀的填料嵌入物能够用于除了车辆之外的具有中空结构构件的产品，这些产品没有限制地包括飞行器、家用电器、家具、建筑物、壁和分隔物，及船舶应用(船)。

Claims (15)

1.一种用于填充具有内表面的空腔的可膨胀的填料嵌入物，所述嵌入物包括自支撑的连续结构和固定元件，所述自支撑的连续结构由包含至少一种聚合物或聚合物前体和至少一种潜发泡剂的聚合物基体组成，并且具有基本上平行于所述空腔的内部形状而与所述空腔的内表面间隔开的外表面以及两个平行的表面和与所述两个平行的表面垂直的纵轴，所述固定元件是连续结构整体的一部分，并从所述自支撑的连续结构凸出，采取能够经过空腔壁中的开口被嵌入的啮合凸出的形式，所述固定元件用于将所述嵌入物固定到所述空腔的内表面，

其中所述固定元件包括平行于纵轴从平行表面中的一个表面向另一个表面延伸并且通向所述表面的空腔，并且

其中所述聚合物基质在热活化之后膨胀至少500%。

2.权利要求1所述的可膨胀的填料嵌入物，其中所述嵌入物具有内部空间。

3.根据权利要求2所述的可膨胀的填料嵌入物，其中所述内部空间通过作为环的所述自支撑连续结构实现。

4.权利要求1或权利要求2所述的可膨胀的填料嵌入物，其具有由反应性交联材料制成的主体，所述反应性交联材料包括所述包含至少一种聚合物或聚合物前体和至少一种潜发泡剂的聚合物基体，所述反应性交联材料在120至220℃范围内的温度下可膨胀至少20%，该主体包括至少一个分别具有前侧和后侧的固定元件，所述前侧和后侧限定如下：包括一个或多个固定元件的整个可膨胀的填料嵌入物被两个平行的平坦表面划定界限，各固定元件的前侧位于所述平行的表面的一个中，而后侧位于所述平行的表面的另一个中。

5.根据权利要求1所述的可膨胀的填料嵌入物，其中在非膨胀状态下，其在与垂直于平行表面的纵轴垂直的第一方向比在垂直于纵轴且垂直于第一方向的第二方向延伸得更远，第一方向为最远延伸的方向并且称为水平方向，而分别垂直于纵轴和垂直于水平方向的第二方向称为垂直方向。

6.根据权利要求5所述的可膨胀的填料嵌入物，其中在加热至120至220℃时，其以这样的方式膨胀，即在垂直方向的膨胀比在纵轴方向的膨胀相对更大。

7.根据权利要求5和6中任一项所述的可膨胀的填料嵌入物，其中在加热至120至220℃时，其以这样的方式膨胀，即在垂直方向的膨胀比在水平方向的膨胀相对更大。

8.根据权利要求1所述的可膨胀的填料嵌入物，其中该可膨胀的材料在10至40℃范围内的温度下不是粘性的，且其中所述的可膨胀的填料嵌入物包括至少一个外表面，该外表面从平行表面的一个表面向另一个表面延伸并且至少在所述外表面的选定区域被在10至40℃下是粘性的材料覆盖，该选定区域在两侧被所述两个平行表面划定界限。

9.权利要求1或权利要求2所述的可膨胀的填料嵌入物，其中使所述自支撑的连续结构的所述外表面形成所需的尺寸，以便形成1至10mm的环绕所述自支撑的连续结构的外周的在所述自支撑的连续结构的所述外表面和所述空腔的内表面之间的基本上均匀的间隙。

10.权利要求1或权利要求2所述的可膨胀的填料嵌入物，其中该聚合物基体在热活化之后膨胀至少约1000%。

11.权利要求1或权利要求2所述的可膨胀的填料嵌入物，其中所述聚合物基体由至少一种热塑性材料和至少一种化学发泡剂组成。

12.权利要求1或权利要求2所述的可膨胀的填料嵌入物，其用于填充具有包括至少一个锐角的截面形状并具有内表面的空腔，所述嵌入物包括具有内部空间和外表面的自支撑的连续结构，该外表面基本上平行于空腔的截面形状而不接触空腔的内表面，其中该自支撑的连续结构的外表面具有至少一个向空腔的至少一个锐角延伸的突起，固定元件从自支撑的连续结构突出以把嵌入物固定到空腔的内表面上，及所述聚合物基体包含至少一种聚合物或聚合物前体和至少一种潜发泡剂。

13.权利要求12所述的可膨胀的填料嵌入物，所述嵌入物进一步包括突起，该突起包括延伸到自支撑的连续结构的内部空间中的聚合物基体。

14.制备根据权利要求1至7中任一项所述的可膨胀的填料嵌入物的方法，其中该可膨胀的材料经过模具挤出成股，及把该股切片，使得产生作为切割表面的上述平行表面。

15.用于填充或密封具有内表面的空腔的方法，所述方法包括把根据权利要求1-13中任一项所述的可膨胀的填料嵌入物连至所述内表面上，及把所述可膨胀的填料嵌入物加热至有效地活化所述至少一种潜发泡剂的温度。