CN114007905A - 通用的可高膨胀的填充构件 - Google Patents

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Abstract

本发明总体上涉及一种空腔填充系统，例如用于降噪、密封和/或加固。空腔是机动车辆结构的一部分。本发明还涉及一种具有多个空腔和填充系统的机动车辆结构。

Description

通用的可高膨胀的填充构件
技术领域
本发明总体上涉及一种空腔填充系统，例如用于降噪、密封和/或加固。空腔是机动车辆结构的一部分。本发明还涉及一种具有大量空腔和填充系统的机动车辆结构。
背景技术
用设置在载体上的可膨胀材料填充空腔在本领域现有技术中是已知的。这种填充系统有许多示例，它们是为特定应用量身定制的。然而，一直需要可以普遍用于机动车辆结构的许多甚至所有空腔中的更简单的设计。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种空腔填充系统，其设计简单并且可以普遍用于机动车辆结构的许多甚至所有空腔中。
该目的通过一种空腔填充系统得以实现，其包括
具有机动车辆空腔和填充构件的结构，
填充构件包含：
i.包括第一和第二表面的载体构件，
ii.定位在载体构件的表面上的可膨胀材料的块，
iii.附接到载体构件、可膨胀材料或两者以及将填充构件相对于机动车辆空腔的一个侧壁定位的附件；
其中在膨胀时，可膨胀材料的块形成泡沫，该泡沫占据的体积是可膨胀材料的初始未膨胀的块占据的体积的至少500％，并且该块从表面膨胀到空腔中，并且其中载体构件能够弹性地和/或塑性地变形以适应空腔的形状、优选空腔的一个侧壁的形状。
本发明基于提供一种填充构件，该填充构件适用于对包括空腔的结构提供密封、降噪和/或结构改进。填充构件至少部分地填充空腔、尤其是其截面，从而提供密封、降低噪音和/或改进结构的刚度和/或碰撞期间的能量吸收。
可考虑的是，填充构件与各种交通工具的各种结构结合使用，各种交通工具例如是船、火车、卡车、公共汽车、汽车和/或飞机。然而，已经发现，该构件尤其适合应用于例如机动车辆的运输交通工具的结构或组件。通常，可考虑的是，该构件被应用于各种结构，例如机动车辆的车身、框架、发动机、机罩(hood)、行李箱、保险杠、支柱、车门或其组合等的部件。
根据本发明，填充系统包括承载可膨胀材料的载体构件。该载体构件可以例如由塑料材料、金属材料或其组合等制成。优选地，载体是条形材料片，其优选地包括比其厚度大得多的长度和宽度。甚至更优选地，材料的长度大于、优选地显著大于宽度。优选地，载体是直尺形的。载体优选地设置在空腔的表面之一处并且更优选地至少基本上平行于该表面延伸。由于塑性和/或弹性变形能力，载体优选地适合于空腔的形状、优选空腔的一个侧壁的形状。变形可以在可膨胀材料膨胀之前和/或期间发生。
此外，填充构件包括可膨胀材料的块。在膨胀时，如果需要，可膨胀材料可以构造成基本上完全填充已放置该构件的空腔的一部分。在这样的实施例中，可膨胀材料通常膨胀以形成跨越空腔的截面的泡沫，用于抑制或禁止块状物(例如，灰尘和碎屑)和/或声音(例如，噪音)通过空腔的通道。
可膨胀材料的块可以成形为各种不同的构造，并且可以存在多个不同的可膨胀材料的块，它们彼此间隔开，优选等间距地间隔开。优选地，可膨胀材料、即膨胀前的材料，也是条形的；即，它优选地包括比其厚度大得多的长度和宽度。优选地，可膨胀材料设置在载体的一个表面上，优选地是由载体的长度和宽度限定的表面。优选地，该表面远离载体附接到的空腔的表面延伸。
可考虑的是，可膨胀材料的块形成为多种形状和构造。块的壁可以是平面的或有轮廓的，并且块可以是几何形的或非几何形的或它们的组合。可膨胀材料的块通常可以成形为具有分别为正方形和/或矩形的侧壁的多面体。
可膨胀材料的块的体积在其膨胀之前可以是相对较大的或相对较小的。因此，除非另有具体说明，否则不应限制块的尺寸或体积。然而，一般而言，本发明的优选实施例具有大于约0.5cm3、更通常大于约1.0cm3、以及甚至更通常大于约1.5cm3的体积和小于约10cm3、更通常小于约4.0cm3，以及甚至更通常小于约2.0cm3的体积的可膨胀材料的块。
多种可膨胀材料可以用于本发明的可膨胀材料的块。在一个实施例中，该材料可以由热活化材料形成并且在暴露于热时可以流动、固化(例如是热固性的)、发泡或进行其的组合。可膨胀材料通常摸起来是干燥的并且基本上不粘或可以是发粘的，并且在任一情况下，可以成形为任何形状或期望的图案、布置或厚度，但优选地具有基本上统一的厚度。示例性的可膨胀材料是L-7102、L-2806、L-2810、L-2811、L-2820、L-2821和L-7220泡沫，其可通过密歇根州罗密欧的L&L产品有限公司获得。另外的示例性的可膨胀材料在美国专利申请第10/867,835号中公开，出于所有目的通过引用并入本文。
尽管其他热活化材料也是可能的，但优选的热活化材料是可膨胀的聚合物或塑料，并且优选是可发泡的。尤其优选的材料是环氧基的、丙烯酸酯基的或醋酸酯基的泡沫，其可以是具有结构功能的、密封的、消音的、吸音的、减音的或其组合。例如但不限于，泡沫可以是环氧基的材料，包括可能具有α-烯烃的乙烯共聚物或三元共聚物。作为共聚物或三元共聚物，聚合物由两种或三种不同的单体(即具有高化学反应性的小分子，其能够与类似的分子链接)组成。
许多环氧基或其他基的密封、隔声或声学泡沫是本领域已知的并且可以用于本发明。典型的泡沫包含聚合体基材料，例如环氧树脂或乙烯基的聚合物，当与适当的成分(通常是发泡剂和固化剂)混合时，其在应用热或特定环境条件发生时以可靠和可预测的方式膨胀和固化。从热活化材料的化学角度来看，结构泡沫通常在固化之前作为可流动的热塑性材料进行初始加工。它会在固化时交联，这通常会使材料不能进一步流动(例如，热固性)。
优选的泡沫材料优于现有技术材料的优点在于优选的材料可以以多种方式被加工。优选的材料可以通过注射成型、挤出、压缩成型或使用小型涂布机进行加工。这能够形成和创建超过大多数现有技术材料能力的零件设计。
虽然已经公开了优选的材料，但也可以使用其他材料，尤其是在所选应用的适当的条件下，以可预测和可靠的方式，热活化或被环境条件(例如湿气、压力、时间、化学反应等)以其它方式活化以及固化的材料。当然，该材料也可以由不可活化的材料、不可膨胀的材料或其他材料形成。因此，在活化时，材料可以软化、固化和膨胀；仅软化和固化；仅固化；仅软化；或者可能是不可活化的。
可膨胀材料的一个示例是美国专利第6,131,897号中公开的环氧基树脂，该专利的教导以引用方式并入本文。一些其他可能的材料包含但不限于聚烯烃材料、具有至少一种α-烯烃类型的单体的共聚物和三元共聚物、苯酚/甲醛材料、苯氧基材料和具有高玻璃化转变温度的聚氨酯材料。另见美国专利第5,766,719号；第5,755,486号；第5,575,526号；和第5,932,680号(通过引用并入)。通常，材料的期望特性可以包含粘附耐久性特性等，尽管这些特性不是必需的。通常期望的是，该材料通常不干扰汽车制造商或其他制造商使用的材料系统。
其他示例性的可膨胀材料可以包含以下两种或更多种的组合：环氧树脂、聚苯乙烯、苯乙烯丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚物、丁二烯丙烯腈橡胶、无定形氧化硅、玻璃微球、偶氮二甲酰胺、尿素、双氰胺。这种材料的示例以商品名SIKAELASTOMER、SIKAREINFORCER和SIKABAFFLE出售并且可从Sika Corporation，Madison Heights，MI商购。
在材料是热活化、热膨胀和/或发泡材料的应用中，与形成泡沫的材料的选择和配方有关的重要考虑因素是材料将发生反应或膨胀以及可能的固化时的温度。当材料与汽车部件一起在升高的温度或较高的施加能量水平下被加工和/或活化时，例如在油漆或电子涂层烘烤或固化步骤期间，某些可膨胀材料成分通常在较高的加工温度下、例如在汽车装配厂中遇到的温度下开始反应。虽然在汽车装配操作中遇到的温度可能在大约148.89℃到204.44°C(大约300°F到400°F)的范围内，但车身和喷漆车间的应用通常是大约93.33℃(大约200°F)或稍高一些。如有必要，可以将各种不同的发泡剂或发泡剂活化剂引入组合物中以在上述范围之外的不同温度下引起膨胀。通常，合适的可膨胀材料具有从大约0％到超过1000％的体积膨胀范围。例如，可膨胀材料的块可以膨胀以形成泡沫，该泡沫占据的体积是(例如，至少部分地位于下述数值之内)可膨胀材料的初始未膨胀的块所占据体积的至少150％、200％、500％、1000％、1500％、2000％或3000％。
通过使用挡板技术；根据本领域公知的教示的压铸施加；可以包括挡板和气囊系统的使用的可泵送施加系统，和可喷涂施加，材料或介质可以至少部分地涂覆有沿着模具放置的具有阻尼特性的活性聚合物或其他热活化聚合物，(例如，基于可成型热熔胶的聚合物或可膨胀的结构泡沫，其示例包括烯烃聚合物、乙烯基聚合物、含热塑性橡胶的聚合物、环氧树脂、尿烷等)。
此外，填充构件包括附接到载体构件、可膨胀材料或两者以及将填充构件相对于机动车辆空腔的一个侧壁定位的附件。因此，附件可以由相同的材料形成、模制或成形，并且更优选地作为载体构件和/或可膨胀材料的一部分，或者，替选地可以是附接或连接到可膨胀材料和载体构件中的一者或两者的单独的构件。附件也可以是诸如粘合剂或磁性介质之类的附接介质。优选地，附件是可弹性变形的，从而该附件在将填充构件安装在空腔中时可以被压缩，然后当填充构件已经到达其在结构的空腔中的最终位置时至少部分地再次扩张。
载体构件具有纵向延伸并且附件优选地设置在纵向延伸的中间。附件优选地是紧固件，其延伸到结构的开口中以用于至少部分地将填充构件附接至交通工具的结构。
载体构件可以包括在安装期间弹性变形的预张紧件。预张紧件可以与载体是一体的并且可以是例如从载体延伸的一个或多个翼。
优选地，可膨胀材料的块以更优选等间距地间隔开的段设置。这些段优选地具有相同的形状，但是尺寸可能不同，尤其是它们的纵向延伸。
该问题还通过一种系统解决，其中填充构件被设为多个相同填充构件(1)的套件，该填充构件的不同之处仅在于它们的纵向延伸。
关于每种填充元件的描述都是本发明的主题。
根据该实施例，填充元件被设为套件，除了它们的纵向延伸和设置在相应的载体上的可膨胀的块的量之外，它们基本上是相同的。该套件可以涵盖交通工具中的所有空腔填充用途。不需要为某个特定应用定制复杂的填充元件。技术人员从套件的构件中选择最合适的一个并将其应用于相应的空腔。优选地，该套件包括2-4个构件，它们的纵向延伸和可膨胀的块的量都不同。这2-4个、优选地3个构件足以填充交通工具、优选地机动车辆的结构中的所有空腔。
优选地，填充构件的以公斤计的块和填充构件的以米计的长度比为5-10、优选地6-9.5、优选地6.25-8.33。
填充元件被插入到待填充的空腔中并且在插入之前和/或期间，柔性载体构件塑性和/或弹性变形。可以是手动插入或自动插入、例如通过机器人进行插入。
该问题还通过一种生产本发明套件的方法得以解决，其中，对套件的所有构件使用单一的模塑机，并且其中模塑机设有腔室，并且其中根据期望的载体构件的纵向延伸和/或期望的可膨胀的块的量来打开或关闭腔室。
附图说明
现在根据附图进一步解释本发明。这些解释适用于本发明的所有实施例。这些解释不限制本发明的范围。
图1a-1c各自描绘了填充构件，其中描绘的三个填充元件是套件。
图2示出了填充构件和附接件的截面。
图3示出了空腔中的填充元件。
图4示出了用于交通工具的所有空腔的标准化的孔。
具体实施方式
图1a-c各自描绘了填充构件1的一个实施例。三个实施例1a-c是套件的三个构件。每个填充元件包括载体构件，该载体构件是条形或直尺形载体构件1，其在当前情况下具有110mm的纵向延伸10。载体构件1可以由塑料材料制成，例如通过挤压或模制制成。载体元件也可以由金属材料制成，优选钢。载体元件具有第一表面3和相反的第二表面4。在第一表面3上，并且仅在此处，设有可膨胀的块5，在此为五段，它们彼此分开并且沿着第一表面3等间距地设置。此处设置的段是条形的。段优选地具有全部相同的宽度和长度。在当前情况下，设有8g可膨胀材料。相对于纵向延伸10在中间地设有附接件6，其尤其是在可膨胀材料膨胀之前将填充元件1固定到空腔的侧壁。如前所述，填充元件1是柔性的并且可以弹性和/或塑性变形，从而其形状可以适应空腔的形状，尤其是填充元件所附接到的空腔的侧壁的形状。
根据图1a-c的三个实施例均设计相同，但它们的长度和可膨胀材料的量不同。这三个实施例是套件的示例，其足以满足交通工具结构的所有填充目的。由于这种相同且简单的设计，可以显著降低设置填充元件及其库存的成本。
图2示出了填充构件1和附件6的截面。可以看出，载体元件在两侧包括此处为弹性翼的形式的预张紧件8。附接件6在此包括钩子11，其插入到交通工具结构中的孔14中。在插入期间，钩子首先被弹性压缩，一旦它们通过了孔，就会再次扩张。预张紧件迫使钩子抵靠交通工具结构。
图3示出了交通工具结构的空腔7中的填充元件1。可以看出，填充元件经由附接件6附接到空腔的一个侧壁12的表面。从套件的几个不同实施例中，选择的填充元件略小于空腔的纵向延伸。可膨胀材料的膨胀极限由附图标记13表示并且优选地为4-30mm。对于高于此值的空腔，必须选择不同的填充元件。
图4描绘了标准化的孔，其对于交通工具结构中的所有的空腔而言都是相同的。孔的截面优选地为正方形或矩形。
附图标记说明
1 填充构件
2 载体构件
3 第一表面
4 第二表面
5 可膨胀材料的块
6 附件、附接件
7 空腔
8 预张紧件
9 空腔7的侧壁
10 纵向延伸
11 钩子
12 填充构件1附接到的空腔的侧壁
13 膨胀极限
14 结构中的用于固定填充构件1的孔

Claims (16)

1.空腔(7)填充系统，包括具有机动车辆空腔和填充构件的结构，
所述填充构件(1)包含：
i.包括第一和第二表面(3、4)的载体构件(2)，
ii.定位在所述载体构件的所述表面(3、4)上的可膨胀材料的块(5)，
iv.附接到所述载体构件(2)、所述可膨胀材料或两者以及将所述填充构件相对于所述机动车辆空腔的一个侧壁(9)定位的附件(6)；
其中在膨胀时，所述可膨胀材料的块(5)形成泡沫，所述泡沫占据的体积是所述可膨胀材料的初始未膨胀的块占据的体积的至少500％，并且所述块从所述表面(3、4)膨胀到所述空腔(7)中，并且其中所述载体构件(2)能够弹性地和/或塑性地变形以适应所述空腔的形状、优选所述空腔的一个侧壁的形状。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述载体构件和/或所述附接件(6)包括预张紧件(8)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述可膨胀材料的块(5)以间隔开的段设置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述载体构件具有纵向延伸并且所述附件设置在所述纵向延伸的中间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述块(5)仅设置在与所述空腔(7)的所述侧壁(9)相反的所述表面(3)上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述可膨胀材料的块膨胀以形成泡沫，所述泡沫占据的体积是所述可膨胀材料的初始未膨胀的块所占据体积的至少1500。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述可膨胀材料的块的每段的体积大于1cm3但小于2cm3。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述可膨胀材料是热活化热固性材料，其在暴露于电子涂层或烘烤炉中的温度下时发泡、膨胀和固化。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述附件是紧固件，其延伸到所述结构的开口中以用于至少部分地将所述填充构件附接至所述结构。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，其特征在于，所述填充构件(1)被设为多个相同填充构件(1)的套件，所述填充构件的不同之处仅在于它们的纵向延伸。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述填充构件(1)的以公斤计的所述块(5)和所述填充构件的以米计的长度比为5-10、优选地6-9.5、优选地6.25-8.33。
12.一种机动车辆结构，所述机动车辆结构具有多个空腔和在所述空腔的至少一些中的根据权利要求1-11中任一项所述的填充系统，其中被填充的每个空腔(7)包括用于所述附件(6)的多个孔(10)，所述多个孔都被标准化。
13.一种机动车辆结构，所述机动车辆结构具有多个空腔和在所述空腔的至少一些中的填充系统，其中所述填充构件被设为多个相同填充构件(1)的套件，所述填充构件的不同之处至少部分地仅在于它们的纵向延伸。
14.根据权利要求12或13所述的机动车辆，其特征在于，所述套件的所有填充构件(1)的以公斤计的所述块(5)和所述填充构件的以米计的长度比为5-10、优选地6-9.5、优选地6.25-8.33。
15.根据权利要求12-14所述的机动车辆，其特征在于，所述填充构件的所述纵向延伸是0.3-1.1米。
16.生产根据权利要求10所述的套件的方法，其特征在于，对所述套件的所有构件使用一个单一的模塑机，并且其中所述模塑机设有腔室，并且其中根据期望的所述载体构件的所述纵向延伸和/或期望的所述可膨胀的块的量来打开或关闭腔室。
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