DE102013212030A1

DE102013212030A1 - Verbundmaterialien

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Publication number: DE102013212030A1
Application number: DE201310212030
Authority: DE
Inventors: Lorin A. Mazur; Alex M. Kluge
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2014-01-09
Also published as: CN103522692A; US20140004292A1; CN103522692B

Abstract

Ein Verbundmaterial umfasst eine erste Schicht, die aus einem thermoformbaren, verstärkten, thermoplastischen Verbundstoff gebildet ist, welcher aus einem anfänglichen, bauschigen Zustand mit einer anfänglichen Dicke in einen im Wesentlichen verdichteten Zustand mit einer Enddicke verdichtbar ist, die kleiner ist als die anfängliche Dicke. Das Material umfasst eine zweite Schicht, die an die erste Schicht geschmolzen und aus einem expandierten Polyolefinschaum gebildet ist. Der Schaum ist aus einer ursprünglichen Form mit einer ursprünglichen durchschnittlichen Dicke in eine komprimierte Form mit einer durchschnittlichen Enddicke komprimierbar, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke. Die zweite Schicht weist in der komprimierten Form einen ersten und einen zweiten Bereich auf. Der erste Bereich weist eine erste Dicke auf, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke. Der zweite Bereich weist eine zweite Dicke auf, die größer als die erste Dicke und kleiner als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke ist. Das Material ist im Wesentlichen frei von einem zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordneten Kleber.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenlegung betrifft allgemein Verbundmaterialien.
HINTERGRUND
Materialien für Fahrzeugkomponenten werden im Allgemeinen entsprechend den physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Materialien ausgewählt. Das heißt, das Material kann entsprechend dem Gewicht, der Steifigkeit, der Dichte und/oder der Festigkeit des Materials ausgewählt werden. Um z. B. eine Fahrzeug-Kraftstoffökonomie zu maximieren, kann das Gewicht eines Materials berücksichtigt werden. Ebenso kann/können, um eine Komponentenfestigkeit zu maximieren, die Dichte und/oder Steifigkeit eines Materials berücksichtigt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verbundmaterial umfasst eine erste Schicht und eine zweite Schicht, die an die erste Schicht geschmolzen ist. Die erste Schicht ist aus einem thermoformbaren, verstärkten, thermoplastischen Verbundstoff gebildet, welcher ein thermoplastisches Harz und eine Vielzahl von Fasern umfasst, die innerhalb des thermoplastischen Harzes verteilt sind. Der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff ist aus einem anfänglichen, bauschigen Zustand mit einer anfänglichen Dicke in einen im Wesentlichen verdichteten Zustand mit einer Enddicke verdichtbar, die kleiner ist als die anfängliche Dicke. Die zweite Schicht ist aus einem expandierten Polyolefinschaum gebildet. Der expandierte Polyolefinschaum ist aus einer ursprünglichen Form mit einer ursprünglichen durchschnittlichen Dicke in eine komprimierte Form mit einer durchschnittlichen Enddicke komprimierbar, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke. Ferner weist die zweite Schicht einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, wenn der expandierte Polyolefinschaum in der komprimierten Form angeordnet ist. Der erste Bereich weist eine erste Dicke auf, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke, und der zweite Bereich weist eine zweite Dicke auf, die größer als die erste Dicke und kleiner als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke ist. Außerdem ist das Verbundmaterial im Wesentlichen frei von einem zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordneten Kleber.
In einer Ausführungsform umfasst der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff ein Polypropylen und eine Vielzahl von Glasfasern, die innerhalb des Polypropylens verteilt sind. Ferner ist die zweite Schicht aus einem expandierten Polypropylenschaum gebildet und der expandierte Polypropylenschaum ist aus einer ursprünglichen Form mit einer ursprünglichen durchschnittlichen Dicke in eine komprimierte Form mit einer durchschnittlichen Enddicke komprimierbar, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke. Die zweite Schicht weist einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, wenn der expandierte Polypropylenschaum in der komprimierten Form angeordnet ist. Der erste Bereich weist eine erste Dicke auf, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke, und der zweite Bereich weist eine zweite Dicke auf, die größer als die erste Dicke und kleiner als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke ist. Ferner weist die erste Schicht ein Flächengewicht von weniger als oder gleich etwa 550 g/m² auf, wenn sie in dem im Wesentlichen verdichteten Zustand angeordnet ist, und die zweite Schicht weist ein Flächengewicht von weniger als oder gleich etwa 550 g/m² auf, wenn sie in der komprimierten Form angeordnet ist. Außerdem beträgt eine Summe aus der Enddicke und der durchschnittlichen Enddicke zwischen etwa 5 mm und etwa 10 mm. Das Verbundmaterial umfasst auch eine Befestigungskomponente, die aus einem Polyolefin gebildet und an die erste Schicht geklebt ist.
Ein Fahrzeug umfasst ein Karosserieblech und ein Verbundmaterial, welches an dem Karosserieblech befestigt ist. Das Karosserieblech weist eine Außenfläche und einer Innenfläche auf, die zu der Außenfläche entgegengesetzt beabstandet ist. Das Verbundmaterial umfasst eine erste Schicht und eine zweite Schicht, die an die erste Schicht geschmolzen ist. Die erste Schicht ist aus einem thermoformbaren, verstärkten, thermoplastischen Verbundstoff gebildet, welcher ein thermoplastisches Harz und eine Vielzahl von Fasern umfasst, die innerhalb des thermoplastischen Harzes verteilt sind. Der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff ist aus einem anfänglichen, bauschigen Zustand mit einer anfänglichen Dicke in einen im Wesentlichen verdichteten Zustand mit einer Enddicke verdichtbar, die kleiner ist als die anfängliche Dicke. Die zweite Schicht ist aus einem expandierten Polyolefinschaum gebildet. Der expandierte Polyolefinschaum ist aus einer ursprünglichen Form mit einer ursprünglichen durchschnittlichen Dicke in eine komprimierte Form mit einer durchschnittlichen Enddicke komprimierbar, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke. Ferner weist die zweite Schicht einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, wenn der expandierte Polyolefinschaum in der komprimierten Form angeordnet ist. Der erste Bereich weist eine erste Dicke auf, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke, und der zweite Bereich weist eine zweite Dicke auf, die größer als die erste Dicke und kleiner als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke ist. Außerdem ist das Verbundmaterial im Wesentlichen frei von einem zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordneten Kleber.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Fig. stützen und beschreiben die Offenlegung, aber der Schutzumfang der Offenlegung ist allein durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Arten und andere Ausführungsformen, um die Ansprüche auszuführen, im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen, um die in den beigefügten Ansprüchen definierte Offenlegung praktisch anzuwenden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Verbundmaterials;
2 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer sekundären Fläche des Verbundmaterials von 1;
3 ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht des Verbundmaterials von 1;
4A ist eine schematische perspektivische fragmentarische Darstellung einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht des Verbundmaterials von 1, wobei die erste Schicht in einem anfänglichen, bauschigen Zustand angeordnet ist und die zweite Schicht in einer ursprünglichen Form angeordnet ist;
4B ist eine schematische perspektivische fragmentarische Darstellung der ersten Schicht und der zweiten Schicht des Verbundmaterials von 1, wobei die erste Schicht in einem im Wesentlichen verdichteten Zustand angeordnet ist und die zweite Schicht in einer komprimierten Form angeordnet ist; und
5 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Fahrzeuges, welches das Verbundmaterial von 1 umfasst.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Fig., in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Elemente beziehen, ist ein Verbundmaterial allgemein bei 10 in 1 gezeigt. Das Verbundmaterial 10 kann zweckdienlich für Automobilanwendungen sein, die ein leichtgewichtiges, starkes Material erfordern. Das Verbundmaterial 10 kann z. B. als eine Isolierung oder als ein strukturelles Material zweckdienlich sein und kann an einem Karosserieblech 12 (5) eines Fahrzeuges 14 (5) befestigt sein. In anderen, nicht einschränkenden Beispielen kann das Verbundmaterial 10 zweckdienlich zum Bilden eines Dachhimmels (nicht gezeigt), von Bodentäfelungen (nicht gezeigt), Sitzauflagen (nicht gezeigt) und dergleichen für Kraftfahrzeuge sein. Das Verbundmaterial 10 kann jedoch auch für Nicht-Automobilanwendungen einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Bau-, Flug- und Schiffsanwendungen zweckdienlich sein.
Nunmehr Bezug nehmend auf die 1 und 2 umfasst das Verbundmaterial 10 eine erste Schicht 16, die aus einem thermoformbaren, verstärkten, thermoplastischen Verbundstoff 18 gebildet ist. Die erste Schicht 16 kann als ein Substrat für das Verbundmaterial 10 dienen und kann an einen anderen Abschnitt des Verbundmaterials 10, d. h. eine zweite Schicht 20, geschmolzen sein, wie unten stehend in größerem Detail dargelegt. Ferner kann die erste Schicht 16 das Verbundmaterial 10 mit einer ausgezeichneten Festigkeit und einem minimalen Gewicht versehen. In einer Ausführungsform kann der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff 18 als ein thermoplastischer Glasmatten-Verbundstoff (GMT, vom engl. glass mat thermoplastic composite) oder als leichtgewichtiger verstärkter thermoplastischer Verbundstoff (LRT, vom eng. lightweight reinforced thermoplastic composite) bezeichnet werden und kann im Handel von AZDEL, Inc. of Fenton, Michigan, unter der Handelsbezeichnung SUPERLITE^® bezogen werden.
Wie mit Bezugnahme auf 1 beschrieben, umfasst der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff 18 ein thermoplastisches Harz 22 und ein Vielzahl von Fasern 24, die innerhalb des thermoplastischen Harzes 22 verteilt sind. Das heißt, das thermoplastische Harz 22 kann eine Matrix bilden und die Vielzahl von Fasern 24 kann in der Matrix eingebettet sein und darin durchgehend verteilt sein. Nicht einschränkende Beispiele solcher thermoplastischer Harze 22 umfassen Polyolefine und thermoplastische Polyolefinmischungen. Das thermoplastische Harz 22 kann z. B. aus der Gruppe Polypropylen, Polyethylen, Polymethylpenten, Polybuten-1 und Kombinationen davon ausgewählt sein. In einer Ausführungsform ist das thermoplastische Harz 22 Polypropylen. Im Spezielleren kann das Polypropylen ein Homopolymer, ein Random-Polymer, ein Block-Copolymer oder Kombinationen davon sein.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 kann die Vielzahl von Fasern 24 für eine Kombination mit dem thermoplastischen Harz 22 geeignet sein. Jede der Vielzahl von Fasern 24 kann z. B. aus der Gruppe gewählt sein, die aus Naturfasern, Glasfasern, Mineralfasern, Kohlefasern, Metallfasern, Keramikfasern und Kombinationen davon besteht. Nicht einschränkende Beispiele von Naturfasern umfassen Fasern die von Pflanzen oder Tieren, Holz, Baumwolle, Hanf, Sisal, Jute, Flachs, Kokos, Kenaf, Cellulosefasern und dergleichen abgeleitet sind. Ebenso umfassen nicht einschränkende Beispiele von Glasfasern Kieselglas, E-Glas, A-Glas, ECR-Glas, C-Glas, D-Glas, R-Glas, S-Glas und dergleichen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck E-Glas auf ein Korrosionsklasse-Aluminium-Borosilikat-Glas mit einer ausgezeichneten Widerstandsfähigkeit. Ferner bezieht sich der Ausdruck A-Glas, wie hierin verwendet, auf ein Alkalikalkglas, welches im Wesentlichen frei von Boroxid ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck ECR-Glas auf ein Aluminokalk-Silikatglas mit einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit z. B. gegenüber Säuren und Alkalien. Ferner bezieht sich der Ausdruck C-Glas, wie hierin verwendet, auf ein Alkaliglas mit einer ausgezeichneten chemischen Beständigkeit. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck D-Glas auf ein Borosilikatglas mit einer vergleichsweise hohen Dielektrizitätskonstante. Ferner bezieht sich der Ausdruck R-Glas, wie hierin verwendet, auf ein Aluminosilikatglas, das im Wesentlichen frei von Magnesiumoxid und Calciumoxid ist und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften zeigt. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck S-Glas auf ein Aluminosilikatglas, das im Wesentlichen frei von Calciumoxid ist, Magnesiumoxid umfasst und eine ausgezeichnete Zugfestigkeit und Temperaturbeständigkeit aufweist. Ferner umfassen nicht einschränkende Beispiele von Mineralfasern Basalt, Mineralwolle, Wollastonit, Aluminiumoxid und dergleichen. Nicht einschränkende Beispiele von Metallfasern umfassen Gold, Silber, Aluminium, metallisierte Naturfasern, metallisierte synthetische Fasern und dergleichen. Nicht einschränkende Beispiele von Keramikfasern können eine polykristalline Struktur aufweisen und können aus Aluminiumoxid, Mullit, Siliciumcarbid, Zirconiumoxid, Kohlenstoff und Kombinationen davon gebildet sein. Nicht einschränkende Beispiele von Kohlefasern umfassen Kohlegraphit, Graphit und dergleichen. In einer Ausführungsform kann die Vielzahl von Fasern 24 aus Glasfasern bestehen.
Nunmehr Bezug nehmend auf die 4A und 4B ist der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff 18 aus einem anfänglichen bauschigen Zustand 26 (4A) mit einer anfänglichen Dicke 28 (4A) in einen im Wesentlichen verdichteten Zustand 30 (4B) mit einer Enddicke 32 (4B) verdichtbar, die kleiner ist als die anfängliche Dicke 28. Der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff 18 kann mithilfe eines Nasslege-Papierherstellungsverfahrens hergestellt werden. Im Speziellen kann der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff 18 aus einem faserigen, nassen Gewebe (nicht gezeigt) gebildet und getrocknet werden, um den in dem anfänglichen, bauschigen Zustand 26 angeordneten thermoformbaren, verstärkten, thermoplastischen Verbundstoff 18 zu bilden. Beim Komprimieren, wie nachstehend in größerem Detail dargelegt, kann sich der anfängliche, bauschige Zustand 26 in den im Wesentlichen verdichteten Zustand 30 verdichten, sodass die Enddicke 32 kleiner ist als die anfängliche Dicke 28. Die anfängliche Dicke 28 kann z. B. zwischen etwa 2 mm und etwa 4 mm betragen, und die Enddicke 32 kann z. B. zwischen etwa 1 mm und etwa 3 mm betragen. Außerdem kann beim Komprimieren die Dichte des thermoformbaren, verstärkten, thermoplastischen Verbundstoffes 18 um etwa 10% bis etwa 30%, z. B. um etwa 20%, zunehmen. Das heißt, die Enddichte des thermoformbaren, verstärkten, thermoplastischen Verbundstoffes 18 kann um etwa 10% bis etwa 30% größer sein als die ursprüngliche Dichte des thermoformbaren, verstärkten, thermoplastischen Verbundstoffes 18. Die aus dem thermoformbaren, verstärkten, thermoplastischen Verbundstoff 18 gebildete erste Schicht 16 kann als solche verglichen mit der Anfangsdichte, wenn der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff 18 in dem anfänglichen, bauschigen Zustand 26 angeordnet ist, eine größere Enddichte aufweisen, wenn der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff 18 in dem im Wesentlichen verdichteten Zustand 30 angeordnet ist. Somit versieht die erste Schicht 16 das Verbundmaterial 10 mit einer ausgezeichneten Steifigkeit.
Wie mit Bezugnahme auf 4B beschrieben, kann die erste Schicht 16 ein Flächengewicht von weniger als etwa 550 g/m² aufweisen, wenn die erste Schicht 16 in dem im Wesentlichen verdichteten Zustand 30 angeordnet ist. Die erste Schicht 16 kann z. B. ein Flächengewicht zwischen etwa 350 g/m² und etwa 500 g/m² aufweisen, wenn die erste Schicht 16 in dem im Wesentlichen verdichteten Zustand 30 angeordnet ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Flächengewicht” auf eine Papierdichte oder eine Flächendichte eines Materials und wird in Einheiten von Gewicht pro Fläche ausgedrückt.
Neuerlich Bezug nehmend auf 1 umfasst das Verbundmaterial 10 auch die zweite Schicht 20, die an die erste Schicht 16 geschmolzen und aus einem expandierten Polyolefinschaum 34 gebildet ist. Die zweite Schicht 20 kann zu einer gewünschten Form, z. B. der Form des Karosserieblechs 12 (5) ausgestaltet werden und kann das Verbundmaterial 10 mit einem ausgezeichneten Isolier- und/oder Geräusche-, Schwingungen- und Härte-Verhalten versehen. Ferner kann die zweite Schicht 20 mit der ersten Schicht 16 verschmelzen, d. h. nicht klebend verbunden sein, wie nachfolgend in größerem Detail erläutert, um so ein Ablösen der ersten Schicht 16 von der zweiten Schicht 20 zu minimieren. Ferner kann die zweite Schicht 20 das Verbundmaterial 10 auch mit einer ausgezeichneten Festigkeit bei minimalem Gewicht versehen.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 kann der expandierte Polyolefinschaum 34 auf der Basis der Kompatibilität mit dem zuvor erwähnten thermoplastischen Harz 22 ausgewählt werden. Geeignete Beispiele von expandierten Polyolefinschäumen 34 als solche können einen expandierten Polypropylenschaum, einen expandierten Polyethylenschaum oder Kombinationen davon umfassen. In einer Ausführungsform ist der expandierte Polyolefinschaum 34 ein expandierter Polypropylenschaum. Das heißt, für die Ausführungsform, in welcher das thermoplastische Harz 22 Polypropylen ist, ist der expandierte Polyolefinschaum 34 ein expandierter Polyolefinschaum. Ebenso ist für eine Ausführungsform, in welcher das thermoplastische Harz 22 Polyethylen ist, der expandierte Polyolefinschaum 34 ein expandierter Polyethylenschaum. Solch eine Kompatibilität zwischen dem thermoplastischen Harz 22 und dem expandierten Polyolefinschaum 34 trägt zu dem ausgezeichneten Schmelzen der zweiten Schicht 20 an die erste Schicht 16 bei.
Erneut Bezug nehmend auf die 4A und 4B ist der expandierte Polyolefinschaum 34 von einer ursprünglichen Form 36 (4A) mit einer ursprünglichen durchschnittlichen Dicke 38 (4A) in eine komprimierte Form 40 (4B) mit einer durchschnittlichen Enddicke 42 (4B) komprimierbar, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke 38. Das heißt, der expandierte Polyolefinschaum 34 ist z. B. unter Hitze und Druck komprimierbar, wie nachfolgend in größerem Detail dargelegt. Die ursprüngliche durchschnittliche Dicke 38 kann z. B. zwischen etwa 5 mm und etwa 15 mm betragen und die durchschnittliche Enddicke 42 kann zwischen etwa 3 mm und etwa 8 mm betragen. In einer spezifischen Ausführungsform kann die ursprüngliche durchschnittliche Dicke 38 etwa 10 mm betragen und die durchschnittliche Enddicke 42 kann etwa 5 mm betragen. Das heißt, die komprimierte Form 40 kann eine kleinere durchschnittliche Enddicke 42 aufweisen als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke 38 des expandierten Polyolefinschaumes 34. Ferner kann ein Verhältnis zwischen der ursprünglichen durchschnittlichen Dicke 38 und der durchschnittlichen Enddicke 42 zwischen etwa 3:1 und etwa 1,25:1, z. B. etwa 2:1, betragen. Außerdem kann beim Komprimieren die Dichte des expandierten Polyolefinschaumes 34 um etwa 50% bis etwa 70%, z. B. etwa 60% zunehmen. Das heißt, die Enddichte des expandierten Polyolefinschaumes 34 kann um etwa 50% bis etwa 70% größer sein als die ursprüngliche Dichte des expandierten Polyolefinschaumes 34. Die aus dem expandierten Polyolefinschaum 34 gebildete zweite Schicht 20 kann als solche verglichen mit der Anfangsdichte, wenn der expandierte Polyolefinschaum 34 in der ursprünglichen Form 36 angeordnet ist, eine größere Enddichte aufweisen, wenn der expandierte Polyolefinschaum 34 in der komprimierten Form 30 angeordnet ist. Somit versieht die zweite Schicht 20 das Verbundmaterial 10 auch mit einer ausgezeichneten Steifigkeit.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 kann die zweite Schicht 20 in einer beliebigen geeigneten Weise an die erste Schicht 16 geschmolzen sein, um das Verbundmaterial 10 zu bilden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die erste Schicht 16 neben der zweiten Schicht 20 angeordnet werden, und die erste und die zweite Schicht 16, 20 können unter Druck z. B. auf eine Temperatur von etwa 100°C bis etwa 200°C erhitzt und anschließend abgekühlt werden, um dadurch die zweite Schicht 20 an die erste Schicht 16 zu schmelzen. Im Spezielleren kann solch ein Erhitzen unter Druck das thermoplastische Harz 22 und den expandierten Polyolefinschaum 34 schmelzen, d. h. es kann das kompatible Polyolefin des thermoplastischen Harzes 22 und den expandierten Polyolefinschaum 34 schmelzen, sodass die erste Schicht 16 an die zweite Schicht 20 geschmolzen wird, um dadurch das Verbundmaterial 10 zu bilden.
Wie am besten in 3 gezeigt, weist die zweite Schicht 20 einen ersten Bereich 44 und einen zweiten Bereich 46 auf, wenn der expandierte Polyolefinschaum 34 in der komprimierten Form 40 angeordnet ist. Der erste Bereich 44 weist eine erste Dicke 48 auf, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke 38 (4A), und der zweite Bereich 46 weist eine zweite Dicke 50 auf, die größer als die erste Dicke 48 und kleiner als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke 38 ist. Das heißt, die zweite Schicht 20 kann eine Vielzahl von Bereichen 44, 46 umfassen, von denen jeder eine reduzierte Dicke 48, 50 verglichen mit der ursprünglichen durchschnittlichen Dicke 38 der zweiten Schicht 20 vor der Komprimierung aufweist.
Nunmehr Bezug nehmend auf die 4A und 4B kann der erste Bereich 44 eine erste ursprüngliche Dicke 52 (4A) aufweisen, wenn der expandierte Polyolefinschaum 34 in der ursprünglichen Form 36 angeordnet ist (4A). In ähnlicher Weise kann der zweite Bereich 46 eine zweite ursprüngliche Dicke 54 (4A) aufweisen, die größer ist als die erste ursprüngliche Dicke 52. Ebenso kann, wenn der expandierte Polyolefinschaum 34 in der ursprünglichen Form 36 angeordnet ist, der zweite Bereich 46 eine zweite ursprüngliche Dicke 54 (4A) aufweisen, die größer ist als die erste ursprüngliche Dicke 52. In dieser Ausführungsform entspricht daher die ursprüngliche durchschnittliche Dicke 38 der zweiten Schicht 20 einem Durchschnitt der ersten ursprünglichen Dicke 52 und der zweiten ursprünglichen Dicke 54.
In ähnlicher Weise, wie am besten in 3 gezeigt, kann, wenn der expandierte Polyolefinschaum 34 in der komprimierten Form 40 angeordnet ist, die durchschnittliche Enddicke 42 einem Durchschnitt der ersten Dicke 48 und der zweiten Dicke 50 entsprechen. Anders ausgedrückt kann die zweite Schicht 20 Bereiche 44, 46 mit verschiedenen Dicken 48, 50 aufweisen, wenn der expandierte Polyolefinschaum 34 in der komprimierten Form 40 angeordnet ist. Diese Bereiche 44, 46 können daher in Übereinstimmung mit der gewünschten Anwendung des Verbundmaterials 10 maßgeschneidert werden. Beispielsweise kann der zweite Bereich 46 dem Verbundmaterial 10 in einem eigenen oder vorher bestimmten Gebiet des Verbundmaterials 10 eine vergrößerte Struktur und/oder Festigkeit verglichen mit dem ersten Bereich 44 verleihen.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 3 kann die erste Dicke 48 zwischen etwa 1 mm und etwa 5 mm, z. B. etwa 3 mm, betragen. Ferner kann die zweite Dicke 50 zwischen etwa 5 mm und etwa 10 mm, z. B. etwa 7 mm, betragen. Außerdem kann die zweite Schicht 20 ein Flächengewicht von weniger als etwa 500 g/m² aufweisen, wenn die zweite Schicht 20 in der komprimierten Form 40 angeordnet ist. Die zweite Schicht 20 kann z. B. ein Flächengewicht zwischen etwa 300 g/m² und etwa 450 g/m² aufweisen, wenn die zweite Schicht 20 in der komprimierten Form 40 angeordnet ist.
Erneut Bezug nehmend auf 3 ist einzusehen, dass für die Ausführungsform mit dem expandierten Polypropylenschaum 34 die zweite Schicht 20 ferner einen dritten Bereich 56 umfassen kann, wenn der expandierte Polypropylenschaum 34 in der komprimierten Form 40 angeordnet ist. Für diese Ausführungsform weist der dritte Bereich 56 eine dritte Dicke 58 auf, die größer als die erste Dicke 48 und kleiner als die zweite Dicke 50 ist. Das heißt, die zweite Schicht 20 kann mehr als zwei Bereiche 44, 46, z. B. drei oder mehr Bereiche 44, 46, 56 mit verschiedenen jeweiligen Dicken 48, 50, 58 aufweisen. Es ist daher, wenngleich nicht gezeigt, einzusehen, dass für diese Ausführungsform die durchschnittliche Enddicke 42 einem Durchschnitt der ersten Dicke 48, der zweiten Dicke 50 und der dritten Dicke 58 entspricht. Wiederum können solche Bereiche 44, 46, 56 das Verbundmaterial 10 mit einer ausgezeichneten Festigkeit und/oder Steifigkeit an spezifischen ausgewählten Stellen des Verbundmaterials 10 versehen.
Nunmehr Bezug nehmend auf die 1 und 2 kann die zweite Schicht 20 eine primäre Fläche 60, die benachbart zu der ersten Schicht 16 angeordnet ist, und eine sekundäre Fläche 62 aufweisen, welche der primären Fläche 60 entgegengesetzt beabstandet ist. Das heißt, die zweite Fläche 62 kann eine äußere Fläche des Verbundmaterials 10 bilden. Wie am besten in 2 gezeigt, kann die zweite Schicht 20 zumindest eine Bohrung 64 definieren, welche sich durch die primäre Fläche 60 und die sekundäre Fläche 62 hindurch erstreckt. Das heißt, die zumindest eine Bohrung 64 kann sich durch die zweite Schicht 20 hindurch in einer Richtung im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Ebene der primären Fläche 60 erstrecken. Ferner kann es sein, dass sich die zumindest eine Bohrung 64 nicht in die erste Schicht 16 hinein erstreckt. Das heißt, die erste Schicht 16 kann die zumindest eine Bohrung 64 nicht definieren. Für Automobilanwendungen kann die zumindest eine Bohrung 64, welche durch die zweite Schicht 20 definiert ist, als solche ausgestaltet sein, um zusätzliche Komponenten (nicht gezeigt) des Fahrzeuges 14 (5) wie z. B., aber nicht beschränkt auf, Kabelstränge, Konstruktionsstahl, Elektronik und dergleichen zu beherbergen und/oder damit in Kontakt zu stehen.
Ferner, wie am besten in 3 gezeigt, ist das Verbundmaterial 10 im Wesentlichen frei von einem Kleber (nicht gezeigt), der zwischen der ersten Schicht 16 und der zweiten Schicht 20 angeordnet ist. Das heißt, wie oben stehend dargelegt, die zweite Schicht 20 ist an die erste Schicht 16 geschmolzen, d. h. nicht klebend damit verbunden. Als solches benötigt oder umfasst das Verbundmaterial 10 keinen Kleber (nicht gezeigt), um die erste und die zweite Schicht 16, 20 miteinander zu verbinden. Damit minimier das Verbundmaterial 10 Materialkosten, minimiert die Komplexität der Produktion und erhöht die Produktionseffizienz.
Erneut Bezug nehmend auf 4B weist das Verbundmaterial 10 ein Flächengewicht von weniger als etwa 1000 g/m² auf, wenn die erste Schicht 16 in dem im Wesentlichen verdichteten Zustand 30 angeordnet ist und die zweite Schicht 20 in der komprimierten Form 40 angeordnet ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Verbundmaterial 10 ein Flächengewicht zwischen etwa 750 g/m² und etwa 900 g/m² aufweisen. Als solches ist das Verbundmaterial 10 leichtgewichtig und für Anwendungen geeignet, die Festigkeit und eine verringerte Masse erfordern.
Außerdem kann das Verbundmaterial 10, unter erneuter Bezugnahme auf 3, eine durchschnittliche Gesamtdicke 66 aufweisen, die einer Summe aus der Enddicke 32 (4B) und der durchschnittlichen Enddicke 42 (4B) entspricht. Die durchschnittliche Gesamtdicke 66 kann zwischen etwa 5 mm und etwa 15 mm, z. B. zwischen etwa 6 mm und etwa 9 mm, betragen. Als solches ist das Verbundmaterial 10 für Anwendungen geeignet, welche Festigkeit und eine verringerte Dicke erfordern.
Erneut Bezug nehmend auf die 1 und 3 umfasst das Verbundmaterial 10 in einer Ausführungsform eine Befestigungskomponente 68, die aus einem Polyolefin gebildet und mit der ersten Schicht 16 verbunden ist. Das Polyolefin kann aus der Gruppe gewählt sein, die aus Polypropylen, Polyethylen, Polymethylpenten, Polybuten-1 und Kombinationen davon besteht. Des Weiteren kann das Polyolefin in Übereinstimmung mit der Auswahl des thermoplastischen Harzes 22 und/oder dem expandierten Polyolefinschaum 34 gewählt sein. Das heißt, die Befestigungskomponente 68, das thermoplastische Harz 22 und der expandierte Polyolefinschaum 34 können aus dem gleichen Polyolefin gebildet sein. Solch eine Auswahl erleichtert das Verbinden der Befestigungskomponente 68 mit der ersten Schicht 16. Die Befestigungskomponente 68 kann z. B. an die erste Schicht 16 geschmolzen, d. h. nicht klebend damit verbunden sein. Das heißt, das Polyolefin der Befestigungskomponente 68 kann erhitzt und auf die ersten Schicht 16 gepresst werden, um das kompatible Polyolefin sowohl der Befestigungskomponente 68 als auch der ersten Schicht 16 aneinder zu schmelzen oder zu verschmelzen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Befestigungskomponente 68 zum Befestigen an dem Fahrzeug 14 (5) ausgestaltet sein und sie kann aus Polypropylen gebildet sein. Das heißt, die Befestigungskomponente 68 kann von der ersten Schicht 16 als z. B. ein Stecker oder eine Klemme zum Befestigen an dem Fahrzeug 14 vorstehen. Ferner, wenngleich nicht illustriert, kann die Befestigungskomponente 68 mit der ersten Schicht 16 an einer Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 16 und der zweiten Schicht 20 verbunden sein. Das heißt, wenngleich nicht gezeigt, kann die Befestigungskomponente 68 mit der ersten Schicht 16 verbunden sein, sich durch die zumindest eine Bohrung 64 hindurch erstrecken, welche durch die zweite Schicht 20 definiert ist, und dabei von der ersten Schicht 16 durch die zweite Schicht 20 hindurch zum Befestigen an dem Fahrzeug 14 vorstehen.
Nunmehr Bezug nehmend auf 5 umfasst das Fahrzeug 14 das Karosserieblech 12 mit einer Außenfläche 70, die eine Außenseite 72 des Fahrzeuges 14 bilden kann, und einer Innenfläche 74, die zu der Außenfläche 70 entgegengesetzt beabstandet ist. Die Außenfläche 70 kann als eine „Klasse A”-Oberfläche bezeichnet werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Klasse A” auf eine wahrnehmbare Oberflächengüte, die für einen Fahrzeugbenutzer während einer üblichen Fahrzeugbenutzung sichtbar ist. Daher weist eine Komponente mit einer „Klasse A”-Oberflächengüte verglichen mit Komponenten zum Bilden oder Befestigen an der Innenfläche 74 des Fahrzeuges 14 allgemein eine/n vergleichsweise höhere/n Brillanz und Glanz (engl. distinctness of image and gloss) auf. Als solche sind „Klasse A”-Oberflächen allgemein einem Betrachter des Fahrzeuges 14 zugewandt, der außerhalb des Fahrzeuges 14 positioniert ist. Hingegen kann die Innenfläche 74 mit einer isolierenden und/oder strukturellen Komponente wie z. B. dem Verbundmaterial 10 abgedeckt sein.
Ferner umfasst das Fahrzeug 14 mit fortgesetzter Bezugnahme auf 5 das an dem Karosserieblech 12 befestigte Verbundmaterial 10. Das Verbundmaterial 10 kann an dem Karosserieblech 12 mithilfe einer/s beliebigen geeigneten Befestigungsvorrichtung und/oder -verfahrens befestigt werden. Das Verbundmaterial 10 kann z. B. mittels der Befestigungskomponente 68 (1) an dem Karosserieblech 12 befestigt werden. Das heißt, wie oben stehend dargelegt, das Verbundmaterial 10 kann ferner die Befestigungskomponente 68 umfassen, die ausgestaltet ist, um das Verbundmaterial 10 an dem Karosserieblech 12 zu befestigen, und aus einem Polyolefin gebildet ist.
Das Verbundmaterial 10 weist ein ausgezeichnetes Flächengewicht und eine minimierte durchschnittliche Gesamtdicke 66 (3) auf und sorgt für ein leichtgewichtiges, starkes Material für isolierende oder strukturelle Komponenten des Fahrzeuges 14 (5). Insbesondere weist die erste Schicht 16 (1) eine reduzierte Enddicke 32 (4B) auf, wenn sie in dem im Wesentlichen verdichteten Zustand 30 (4B) angeordnet ist, und sie kann als solche zweckdienlich für Fahrzeugkomponenten, z. B. das Karosserieblech 12 (5) sein, die Stoßfestigkeit oder eine Energieabsorption während der Verwendung des Fahrzeuges 14 erfordern. Die erste Schicht 16 ist auch mit der Befestigungskomponente 68 (1) verbindbar, um die Ausbildungsschritte des Verbundmaterials 10 zu minimieren. Ferner weist die zweite Schicht 20 (1) auch ein ausgezeichnetes Flächengewicht auf und verleiht dem Verbundmaterial 10 Struktur. Das heißt, die zweite Schicht 20 kann zusätzliche Festigkeit in spezifischen Bereichen 44, 46 bereitstellen, sodass das Verbundmaterial 10 für viele Fahrzeugkomponenten individuell anpassbar ist. Somit können die Festigkeit und die Struktur der zweiten Schicht 20 maßgeschneidert werden. Die zweite Schicht 20 kann auch dem Verbundmaterial Torsionsunterstützung verleihen und kann bei der Herabsetzung von Lärm, Schwingungen und Rauigkeit für das Fahrzeug 14 hilfreich sein.
Während die besten Arten, die Offenlegung auszuführen, im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich diese Offenlegung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Offenlegung innerhalb des Schutzumfanges der beiliegenden Ansprüche praktisch umzusetzen.

Claims

Verbundmaterial, umfassend: eine erste Schicht, die aus einem thermoformbaren, verstärkten, thermoplastischen Verbundstoff gebildet ist, welcher ein thermoplastisches Harz und eine Vielzahl von Fasern umfasst, die innerhalb des thermoplastischen Harzes verteilt sind; wobei der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff aus einem anfänglichen, bauschigen Zustand mit einer anfänglichen Dicke in einen im Wesentlichen verdichteten Zustand mit einer Enddicke verdichtbar ist, die kleiner ist als die anfängliche Dicke; und eine zweite Schicht, die an die erste Schicht geschmolzen und aus einem expandierten Polyolefinschaum gebildet ist; wobei der expandierte Polyolefinschaum aus einer ursprünglichen Form mit einer ursprünglichen durchschnittlichen Dicke in eine komprimierte Form mit einer durchschnittlichen Enddicke komprimierbar ist, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke; wobei die zweite Schicht einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wenn der expandierte Polyolefinschaum in der komprimierten Form angeordnet ist; wobei der erste Bereich eine erste Dicke aufweist, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke, und der zweite Bereich eine zweite Dicke aufweist, die größer als die erste Dicke und kleiner als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke ist; wobei das Verbundmaterial im Wesentlichen frei von einem zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordneten Kleber ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei der expandierte Polyolefinschaum ein expandierter Polypropylenschaum ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 2, wobei das thermoplastische Harz Polypropylen ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht in dem im Wesentlichen verdichteten Zustand angeordnet ist und ein Flächengewicht von weniger als etwa 550 g/m² aufweist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht in der komprimierten Form angeordnet ist und ein Flächengewicht von weniger als etwa 550 g/m² aufweist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei das Verbundmaterial ein Flächengewicht von weniger als etwa 1000 g/m² aufweist, wenn die erste Schicht in dem im Wesentlichen verdichteten Zustand angeordnet ist und die zweite Schicht in der komprimierten Form angeordnet ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei die durchschnittliche Enddicke einem Durchschnitt der ersten Dicke und der zweiten Dicke entspricht, wobei das Verbundmaterial eine durchschnittliche Gesamtdicke aufweist, die der Summe aus der Enddicke und der durchschnittlichen Enddicke entspricht, und wobei ferner die durchschnittliche Gesamtdicke zwischen etwa 5 mm und etwa 15 mm beträgt.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei die ursprüngliche durchschnittliche Dicke zwischen etwa 5 mm und etwa 15 mm beträgt.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis zwischen der ursprünglichen durchschnittlichen Dicke und der durchschnittlichen Enddicke zwischen etwa 3:1 und etwa 1,25:1 beträgt.
Fahrzeug, umfassend: ein Karosserieblech mit einer Außenfläche und einer Innenfläche, die zu der Außenfläche entgegengesetzt beabstandet ist; und ein Verbundmaterial, welches an dem Karosserieblech befestigt ist und umfasst: eine erste Schicht, die aus einem thermoformbaren, verstärkten, thermoplastischen Verbundstoff gebildet ist, welcher ein thermoplastisches Harz und eine Vielzahl von Fasern umfasst, die innerhalb des thermoplastischen Harzes verteilt sind; wobei der thermoformbare, verstärkte, thermoplastische Verbundstoff aus einem anfänglichen, bauschigen Zustand mit einer anfänglichen Dicke in einen im Wesentlichen verdichteten Zustand mit einer Enddicke verdichtbar ist, die kleiner ist als die anfängliche Dicke; und eine zweite Schicht, die an die erste Schicht geschmolzen und aus einem expandierten Polyolefinschaum gebildet ist; wobei der expandierte Polyolefinschaum aus einer ursprünglichen Form mit einer ursprünglichen durchschnittlichen Dicke in eine komprimierte Form mit einer durchschnittlichen Enddicke komprimierbar ist, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke; wobei die zweite Schicht einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wenn der expandierte Polyolefinschaum in der komprimierten Form angeordnet ist; wobei der erste Bereich eine erste Dicke aufweist, die kleiner ist als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke, und der zweite Bereich eine zweite Dicke aufweist, die größer als die erste Dicke und kleiner als die ursprüngliche durchschnittliche Dicke ist; wobei das Verbundmaterial im Wesentlichen frei von einem zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordneten Kleber ist.