CN104487498B - 生产改性聚氨酯整体泡沫体的方法，改性的聚氨酯整体泡沫体及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是生产具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体的方法，在此期间，在器具内一起混合形成聚氨酯泡沫体的各组分，并交联。该方法基于沿着至少器具的内表面的第一表面区域，确保温度，使得能形成整体表层，和沿着至少第二表面区域，确保温度，以防止形成整体表层。本发明的进一步的目的是具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体，它具有内部泡沫结构且基于在泡沫体结构的至少一个第一表面区域上生成整体表层，和至少一个第二表面区域不具有整体表层。

Description

生产改性聚氨酯整体泡沫体的方法，改性的聚氨酯整体泡沫 体及其用途

本发明的目的是生产具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体(pur integral foam)的方法，在此过程中，一起混合形成聚氨酯泡沫体的各种组分，并在器具内交联。

此外，本发明的目的是具有改性结构(它具有内部泡沫结构)的聚氨酯整体泡沫体。

本发明进一步的目的是这种整体泡沫体作为引擎盖的用途。

已知的聚氨酯整体泡沫体含有内部泡沫结构，以及包围它且具有显著较大密度的所谓的整体表层。后者因以下所述的生产技术而形成。

一般地聚氨酯泡沫体的材料由两种主要组分：多元醇和异氰酸酯组成。一般地，多元醇还含有不同的添加剂，催化剂，稳定剂和发泡剂。在生成整体泡沫体中，发泡剂扮演重要的作用：这是生成“整体壳”或“整体表皮”的物质。在该制造工序中，机械(例如，在发泡机混合头中)，或者人工(例如，采用旋转混合器)一起混合这两种组分。在混合之后，化学反应开始，这两种组分与彼此反应，和放热过程开始(交联)。在这一点处，混合物的体积因发泡剂而开始增长，且它继续增长，直到所谓的起发时间的最后。当生产聚氨酯整体泡沫体时，将混合物倾倒在密闭的腔室(器具的腔室)内，在此混合物的增长体积填充该器具。(自由地，亦即不在器具内发泡的混合物，称为自由起发的混合物，且这是如何确定自由起发密度)。通常在密闭模具内由于可获得的体积较小导致密度比自由起发物质的密度高2-7倍，但这可随泡沫体系和发泡剂的用量与质量而变化。

当注射混合物时，器具的温度在40-60℃之间回火-这取决于泡沫体系，和交联过程中，例如通过在恒定的温度下循环液体(例如，水，油)，维持这一温度。

在发泡过程中，在器具内生成过压，若由其自由起发密度得到的注射的材料的体积大于器具体积的话。在常规的整体体系情况下，这一压力为1-2bar。该压力还影响所形成的表层(壳)的密度与厚度。

器具过压和回火的结果是，在生产常规聚氨酯整体泡沫体的过程中，沿着回火器具的表面形成表层(壳)，其厚度为约1-4mm。

表层是整体泡沫体的外部层，其密度是内部泡沫结构密度的数倍。在典型的整体泡沫体情况下，外部表层的厚度为4mm，和其密度为1,000kg/m³，而内部多孔泡沫结构的密度为450kg/m³。这些数值可在任何方向上变化，这取决于泡沫体系，发泡剂，基础材料和器具温度，最终产品的密度，压缩比(自由产品密度与密闭模具内产品密度之比)和其他因素。

使用常规的聚氨酯整体泡沫体可受到在产品的整个外部表面上形成表层限制，这在每一情况下不可能是所需的，例如在其中表层对其他预期的功能，例如隔音要求具有不利的影响的地方上。

常规的聚氨酯整体泡沫体的缺点之一是，它们不适合于用作引擎盖。在上部引擎盖(引擎盖)的情况下，要求是它们应当提供合适的隔音和隔热，和在碰撞的情况下，特别是当撞击行人的情况下，应当存在减震层，从而确保在发动机盖和发动机之间充足的阻尼。此外，引擎盖的上部表面也是重要的设计要素，因此，此处目的是提供光学美观的表面。聚氨酯整体泡沫体的内部多孔结构提供充足的隔音和隔热，从行人保护的角度看，它具有充足的减震，且整体表层也优良地适合用作吸引人的盖子。再者，常规的聚氨酯整体泡沫体没有用于引擎盖，因为在发动机附近的产品侧面上的表层会反射声音，这将显著劣化隔音功能。

目前使用的上部引擎盖通常由两部分组成：通过注塑或另一技术生产的硬盖(它将确保产品的美学外观)，和在其下方的隔音与隔热材料(它可例如是采用不同方法制造的软质聚氨酯泡沫体，备用的块状泡沫体或隔音层)。

目前使用的引擎盖的缺点是它们由数个部件组成，它们的安装要求数个步骤，和随后不可能以相同的方式循环由不同材料制造的部件。进一步的缺点是外部硬质美丽的盖子可在碰撞中引起问题，特别是当撞击行人时。从构造角度来看，在硬质盖子情况下，必须在发动机盖下方留下自由的空域，以确保行人保护，但这不利于有效利用发动机舱。

本发明的目的是提供具有改进结构的聚氨酯整体泡沫体，它不具有现有技术的解决方案的缺点。本发明的目的特别是消除当用作引擎盖时的上述缺点。此外，本发明的目的是提供具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体，它兼有具有整体表层的聚氨酯整体泡沫体的优点以及不具有表层的聚氨酯泡沫体的优点。

根据本发明，采用根据权利要求1的生产方法，以及采用根据权利要求9的具有改进结构的整体泡沫体，解决了该任务。

此外，通过使用具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体作为根据本发明的引擎盖，实现了设定的目的，所述引擎盖基于在其中它面向发动机的位置内排列不具有整体表层的第一表面区域。

根据本发明的具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体的优点是内部泡沫结构具有被不那么易碎的较硬表层覆盖的部分(从而得到具有美学外观的产品)，和仅仅用膜覆盖的不具有表层的部分(它显著薄于表层)。在本发明的上下文中，薄膜是指当在生产过程中，生成的外层，在其密度和泡孔结构方面，它可区别于内部泡沫结构，但显著薄于覆盖产品其他部分的表层。典型地，这一膜的厚度为0.05-0.5mm(其厚度优选低于0.1mm，最佳地接近于0)，和就本发明来说，它成为“薄”膜。薄膜没有以与较厚的表层相同的方式反射声音，因此来自于这一方向的声音进入到内部泡沫结构内部，在此它被吸收，其结果是产品具有优良的隔音质量。

可由根据本发明的具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体制造产品，它完全满足与引擎盖有关测定的要求：不面向发动机的上表面，亦即可视的部分被充当吸引人的盖子的整体表层覆盖，从而提供光学美观的表面并提供保护防止小的机械影响，而在面向发动机的表面上，最多存在仅仅一个薄膜，这导致与用表层覆盖的常规聚氨酯整体泡沫体情况相比，较高的声音质量和更加有利的降噪效果。

由一类泡沫体，亦即由根据本发明的聚氨酯整体泡沫体制造的引擎盖的进一步的优点是，它由一种单一的材料和一个单一的小片(piece)组成，且它可提供与在现有技术的引擎盖情况下，由两种不同材料制造的部件相同的功能。在根据本发明的解决方案情况下，引擎盖由均相材料制成，其回收和选择性收集比在由数种不同材料制造的盖子的情况下显著更加简单，因为它不需要与任何其他不同材料相分离。它的进一步的优点是由根据本发明的聚氨酯整体泡沫体制成的引擎盖是基本上相对柔软的盖子，在汽车的情况下，这将改进行人的保护，导致当撞击行人时降低的受伤风险。另一方面，在比较柔软的外部盖子情况下，可更加有效地使用发动机舱，因为为了保护行人，不需要在引擎盖和发动机盖之间留下这种大的自由空域，结果在相同尺寸的发动机舱内，引擎盖可更加接近于发动机盖。

在从属权利要求中确定了本发明个别优选实施方案。

参考附图，通过实施例的实施方案解释本发明的进一步的细节。在附图中：

图1是根据本发明的聚氨酯整体泡沫体的实施例的实施方案的截面示意图，

图2是对于图1中的聚氨酯整体泡沫体的交联来说所使用的实施例器具的截面示意图，

图3a-3d是切成两半的在不同器具温度下交联的多片聚氨酯整体泡沫体获得的照片。

在图1中，存在根据本发明的具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体10的实施方案。整体泡沫体10具有内部泡沫结构12，在一侧上它的第一表面区域14被整体表层16覆盖。如上所述，表层16具有比内部泡沫结构12显著较高的密度。例如，表层16的密度可以是约600-1000kg/m³，而泡沫体结构12的密度可以是约200-550kg/m³。例如表层16的密度为1000kg/m³，而泡沫体结构12的密度为450kg/m³。在与第一表面区域14相对的侧面上，泡沫体结构12的第二表面区域18不具有整体表层16，即在第二表面区域18不存在表层16。在实践中，在不具有整体表层16的表面区域18上，用比表层16显著更薄的膜20覆盖泡沫体结构12。例如，表层16的厚度可以是约4mm，而膜20仅仅为约0.5mm，优选仅仅0.1mm。显然，取决于用途，也可实现除了以上以外的其他密度和厚度。

优选地，在第二表面区域18内部，存在较小的表面区域18a，在其上局部生成整体表层16。优选地，这些局部表层16是功能元件，例如锁定点(locking point)可以由整体泡沫体10的材料生成(例如，安装接收部件的球头螺栓)。在较小的表面区域18a上，表层16的密度与厚度可以与在第一表面区域14上表层16的参数相同，但它们也可以不同-就所需的功能来说，或者作为所使用的生产技术的结果，例如其厚度和/或密度可以更小。

在另一可能的实施方案情况下，在第一表面区域14上，整体表层16的厚度不恒定，而是变化的，例如它在1至4mm之间变化，结果例如在与第二表面区域18相邻的部分上，它的厚度为1mm，而在进一步远离它的地方，逐渐或者在不连续跳跃的情况下，它的厚度达到4mm。在进一步可能的实施方案情况下，存在被表层16覆盖的两个或更多个表面区域14，其中表层16的厚度可以不同。

例如，可在图2所示的器具30内生产图1中所示的聚氨酯整体泡沫体10。器具30含有上部器具部件32和下部器具部件34，其温度可利用流经回火孔隙33，35的回火流体来设定。当闭合器具30时，上部器具部件32和下部器具部件34包围空腔36。为了阐述的目的，在器具部件32和34之间的空腔36内，还示出了整体泡沫体10，它是采用该生产方法生成的产品。

以下描述了利用图2所示的器具30的生产方法。

首先，一起混合形成聚氨酯泡沫体的材料的各组分，所述组分可以与已知的聚氨酯整体泡沫体的那些相同(例如，含有进一步的不同添加剂，催化剂，稳定剂，和发泡剂的异氰酸酯和多元醇)。这可在这一目的所使用的混合头内，或者在任何其他容器内进行，混合物从中倾倒在器具部件32和34之间，然后闭合器具30。在混合之后，多元醇和异氰酸酯彼此反应并开始交联。

交联的时间段取决于泡沫体系，且它可在非常宽泛的边界之间变化(甚至2分钟至20分钟)。显然，这一时间段取决于基础材料和环境的温度。根据本发明的具有改性结构的整体泡沫体10在器具30内花费的时间显著不同于常见的生产方法，但如下所述，当器具30的内表面37的一部分变得温热时，反应变快，结果循环时间可以稍微较短。交联的时间段取决于整体泡沫体10产品的尺寸，结果在较大量混合物内部生成较高的温度，这将加速化学过程。在较小产品的情况下，器具30的冷却器壁可更加快速地吸收所生成的热量，这可减慢反应。在混合物内部生成的温度可以高达100-120℃，这尤其取决于产品和泡沫体系的厚度。

正如引言部分中解释的，若器具30的温度保持在40-60℃之间的一个数值下，则整体表层16将全部围绕整体泡沫体10的表面形成。通过沿着器具30的某些不同区域44,48确保不同温度，生产根据本发明的具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体10。在本发明实施例的实施方案情况下，沿着上部器具部件32的表面区域48，在整体泡沫体10上不期望表层16，因此，通过使较高温度的回火流体(典型地液体)流经回火孔33，这一器具部件32被回火到较高温度(优选80-100℃)，而下部器具部件34被设定在40-60℃的温度下，这根据现有技术是已知的，以便沿着下部器具部件34的表面区域44生成表层16。根据我们的观察，在发泡材料膨胀过程中，当泡沫体材料接触比泡沫体材料的温度冷的表面区域44时，化学反应减慢，而在器具30内部以及沿着更接近泡沫体材料内部温度条件的表面区域48，发生反应。其结果是，由膨胀衍生的内压贴着器具30的比较冷的表面区域44，挤压静止的“塑料”泡沫体。原则上，若沿着上部器具部件32的表面区域48，沿着完工的整体泡沫体10的接触第二表面区域18，温度设定在合适的数值下，则可使泡孔结构和泡孔壁厚度具有与形成整体泡沫体10内部的泡沫体结构12相同的泡孔参数，但在实践中，一般地，形成薄膜20，即显著薄于表层16，至少它的一半尺寸，但优选薄至少5倍或甚至更优选薄至少10倍的表面层。

根据我们的经验，在30-65℃的器具温度情况下形成表层16，结果下部器具部件34被回火到约30-65℃的温度，更优选40-60℃。在泡沫体生成过程中，混合产生热量并加热器具30，结果可需要冷却，以维持较冷的下部器具部件34的温度。

我们观察到在约80℃的器具温度以上，没有形成常规的整体表层16，和甚至在约70-80℃的温度之间，仅仅形成薄膜20，结果上部器具部件32被回火到约70-120℃的温度，更优选约80-100℃。

在注射混合物之前，设定所需的器具温度，且在交联过程中，它们保持在所需的数值下。显然，在泡沫体生成过程中，器具部件32和34的内表面温度可以略微变化，但基本上它没有改变所形成的泡沫体结构。在这一实施方案情况下，通过使恒定温度的流体(优选液体，例如水，油)流经回火孔33和35，确保所需的温度，结果40-60℃，例如45℃的优选温度的水流经下部器具部件34的回火孔35，而80-100℃，例如80℃的优选温度的水流经上部器具部件32的回火孔33。在较高温度情况下，在其中仅仅需要加热时，也可在器具30内使用电加热。

在另一优选实施方案的情况下，用与下部器具部件34相同温度的流体，但沿着接触泡沫体的上部器具部件32的表面区域48回火上部器具部件32，沿着其中我们打算防止形成表层16的表面区域48(用交错线标记)，放置热绝缘和/或热反射材料50(下文绝缘材料50)。由于绝缘材料50导致发泡混合物没有直接接触回火到约40-60℃温度的器具表面，结果化学反应没有减慢，但它与器具30的腔室36的中心一样类似地发生，结果沿着这一表面区域48，最多仅仅在以上所述的较薄的薄膜20处，没有形成表层16。

适合于防止形成表层16的热绝缘材料50例如是聚苯乙烯，聚乙烯泡沫体，和泡沫橡胶。这些材料可例如通过胶粘，针缝，真空吸附而固定。

为了阐述以上所述的技术，在图3a-3d中，存在在不同的器具温度下制造的产品和绝缘材料50的截面的照片。

在回火到40℃的器具30内生产图3a所示的产品，结果上部器具部件32和下部器具部件34二者被回火到40℃。可观察到在这一情况下，在产品的两面上形成厚度2-3mm的整体表层16。

在回火到80℃的器具30内生产图3b所示的产品，结果上部器具部件32和下部器具部件34二者被回火到80℃。在这一情况下，在产品的任何一面上没有形成整体表层16，与此同时，可观察到厚度为约0.5mm的薄膜20，其密度高于产品的内部结构，而与此同时，它没有达到表层16的特征性参数。

在器具30内生产在3c中所示的根据本发明的具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体10，其中下部器具部件34被回火到40℃，其结果是沿着整体泡沫体10的相邻表面区域14，形成厚度约2mm的表层，同时上部器具部件32被回火到80℃，其结果是沿着整体泡沫体10的相邻表面区域18，没有形成表层16，仅仅厚度为约0.1-0.2mm的膜。

在器具30内生产在3d中所示的根据本发明的具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体10，其中下部器具部件34和上部器具部件32均被回火到40℃，但沿着上部器具部件32的表面区域48，排列厚度3mm的聚乙烯(PE)泡沫体作为绝缘材料50。可观察到沿着接触下部器具部件34中非绝缘的表面区域44的第一表面区域14，形成厚度约2mm的整体表层16，同时沿着用绝缘材料50涂布的接触上部器具部件32中表面区域48的第二表面区域18，没有形成表层16，和在实践中，甚至几乎不可能看到膜20，与此同时沿着整体泡沫体10的这一表面区域18，产品具有用作绝缘材料50的泡沫体形状，因此它不是如此光滑(然而，典型地没有影响进一步的使用，因为表层16充当吸引人的外表面)。

除了省去表层16以外，我们观察到的现象，亦即确保沿着器具30的单独表面区域44,48的不同温度还使得可改变表层16的厚度，和任选地几乎它的形成位置。这一可能性可按照数种不同的方式使用。例如，沿着除了表面区域44和48以外的器具30的第三表面区域(未示出)，通过确保不同温度，可生成整体表层16，其厚度不同于沿着下部器具部件34中表面区域44生成的整体表层16的厚度。例如，沿着这一第三表面区域，可轻微地加热下部器具部件34(回火到例如60℃)，或者可轻微地冷却上部器具部件32(回火到例如60℃)，进一步的可能性是在下部器具部件34上，排列绝缘材料50，其厚度没有完全防止形成表层16，但降低其厚度。若还沿着上部器具部件32的内表面施加绝缘材料50，以防止形成表层16，则沿着第三表面区域，可排列较小厚度的绝缘材料50，它没有完全防止形成表层16。

沿着整体泡沫体10的第一表面区域14，也可通过回火下部器具部件34的内表面到不同温度，生成恒定的表层16或者在不连续数值下变化的表层16。它也可自动地实现，因为若回火孔35位于离器具部件32的内表面中某些部件不同的距离处，则当接触炽热的发泡混合物时，距离更远的部件冷却较少，结果沿着器具部件32的表面区域44，可生成温度梯度，其结果是沿着整体泡沫体10的第一表面区域14，形成厚度逐渐变化的表层16。在本发明情况下，可沿着下部器具部件32的垂直侧壁，生成这一温度梯度。

另一可能性是例如通过排列不同的绝缘材料50，或者通过使用不同厚度(但显然，仅仅没有完全防止形成表层16的厚度)的相同类型的材料50，在器具部件32的内表面上，生成具有不同热绝缘和/或热反射质量的部件。

在另一优选实施方案的情况下，可在被整体泡沫体10的第二表面区域18包围的表面区域18a上生成充当功能元件(例如锁定点)的表层16。通过回火上部器具部件32到较高温度(约80-100℃)，和通过适合于在器具部件32上作为表面区域18a的表面区域48a局部冷却，可实现形成局部表层16。为此，沿着上部器具部件32的表面区域48a，设定温度，所述温度导致形成表层16，结果确保此处局部温度范围为约30-65℃，优选40-60℃。这可例如通过在上部器具32内插入绝缘插件(它用单独循环的冷却液体来冷却)来进行。

也可在不具有表层16的整体泡沫体10中的表面区域18内部生成用表层16覆盖的表面区域18a，若在上部器具部件32的表面区域48上施加绝缘材料50，防止形成表层16的话。在这一情况下，沿着上部器具部件32的相应表面区域48a没有放置绝缘材料50(或者随后，它从此处除去，例如割去)，因此此处倾倒在器具30的空腔36内的混合物直接接触回火到温度约40-60℃的器具部件32的内表面，其结果是化学反应减慢，并如上所述形成表层16。

以上利用器具30，描述了本发明的方法，所述器具30由下部器具部件34和上部器具部件32组成，其中我们打算沿着下部器具部件34生成整体表层16，和我们打算沿着上部器具部件32防止形成表层。然而，本领域的技术人员发现，显然的是也可使用由数个部件组成的器具30(在这一情况下，单独的部件可优选独立地被回火或者加热)，和也可使用不同构造的器具30，例如具有侧面器具部件而不是下部和上部器具部件32,34的器具。以下不是必要的条件：或者沿着下部器具部件34生成所需的表层16并防止其在上部器具部件32上形成，显然它也可以相反的方式进行，或者可甚至在相同的器具部件内实现二者(例如通过使用绝缘材料50，或者通过局部加热/冷却)。

根据本发明的具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体10可特别优选在车辆中，特别是在汽车中用作引擎盖。可在图1所示的实施方案中观察到这种上部引擎盖(引擎盖)。在安装过程中，被表层16覆盖的整体泡沫体10的第一表面区域14置于外侧，亦即在与发动机相对的侧面上，结果这将成为整体泡沫体10的可视部分。表层16提供光学上吸引人的光滑表面，结果它优良地适合于显示被下部器具部件34传达(conveyed)的设计。定位不具有表层16的整体泡沫体10中的第二表面区域18，结果它面向发动机，因此它不可能被使用者看到。由于缺少表层16，因此，来自发动机的噪音渗透整体泡沫体10的内部泡沫结构12，其中它们(部分)被吸收，结果从阻尼的角度考虑，具有改性结构的整体泡沫体10的发动机噪音具有优良的声音质量。与此同时，内部泡沫结构12基本上形成相对柔软的盖子，在引擎盖情况下，这从行人保护的角度看是重要的，且它还导致更加有效地使用发动机舱，因为不需要在数毫米的整体表层16和发动机盖之间留下大的气隙，这与常规引擎盖中由数个部件组成的硬表面的情况一样。

从环境保护的角度来看，同样优选由根据本发明的具有改性结构的整体泡沫体10制成的引擎盖，因为它由一类材料制成(因此它是均相的)，这导致比较简单的选择性收集和回收。

对于本领域技术人员来说，对以上公开的实施方案的各种改性是显而易见的，然而，它们落在权利要求确定的保护范围内。

Claims (10)

1.生产具有改性结构的聚氨酯整体泡沫体的方法，在生产期间，在器具内一起混合形成聚氨酯泡沫体的各组分并交联，沿着至少器具的内表面的第一表面区域，确保温度能形成整体表层，和沿着至少第二表面区域，确保温度防止形成整体表层，其特征在于，器具的内表面被回火到30-65℃的温度，从而导致形成整体表层，和沿着第二表面区域，放置热绝缘或热反射材料，以防止形成整体表层。

2.权利要求1的方法，其特征在于器具的内表面被回火到40-60℃。

3.权利要求1的方法，其特征在于沿着至少器具的第二表面区域，热绝缘或热反射材料允许形成薄膜。

4.权利要求1的方法，其特征在于在被第二表面区域包围的表面区域上，通过沿着器具的相应表面区域分配所述热绝缘或热反射材料，导致形成局部整体表层，从而生成充当功能元件的局部表层。

5.权利要求1-4任何一项的方法，其特征在于，沿着至少器具的第三内表面区域，排列具有不同热绝缘和/或热反射质量的第二热绝缘或热反射材料，导致形成整体表层，其厚度不同于在第一表面区域内生成的整体表层的厚度。

6.权利要求1-4任何一项的方法，其特征在于沿着器具的第一表面区域，通过排列一个或更多个热绝缘和/或热反射材料在其上，生成具有不同热绝缘和/或热反射质量的部件，导致形成不同厚度的整体表层。

7.权利要求1-4任何一项的方法，其特征在于在交联过程中，使用由两种或更多种器具部件组成的器具，第一表面区域是第一器具部件的内表面，而第二表面区域是第二器具部件的内表面。

8.权利要求4的方法，其特征在于所述功能元件为锁定点。

9.聚氨酯整体泡沫体，其通过根据权利要求1-8中任一项的方法制造。

10.通过根据权利要求1-8中任一项的方法制造的聚氨酯整体泡沫体作为引擎盖的用途，其特征在于第一表面区域和第二表面区域位于泡沫体结构的两个相对侧面上，不具有整体表层的第二表面区域排列在面向发动机的位置。