DE102018129444B4

DE102018129444B4 - Komplexes Strukturmaterial, Harzbauteil, Verfahren zur Herstellung eines Harzbauteils

Info

Publication number: DE102018129444B4
Application number: DE102018129444.1A
Authority: DE
Inventors: Atsuhiro HATTORI
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2023-08-31
Anticipated expiration: 2038-11-23
Also published as: JP2019094439A; US11827764B2; CN109836609A; CN109836609B; DE102018129444A1; JP6977506B2; US20210047491A1; US20190161593A1

Abstract

Komplexes Strukturmaterial (20) mit:
einem Schaum (21), der aus duroplastischem Harz besteht und eine Matrix (22) und Poren (23) aufweist, wobei zumindest einige der Poren (23) miteinander kommunizieren und der Schaum (21) eine durchgehende poröse Struktur hat, die durch die Matrix (22) und die Poren (23) ausgebildet wird; und
Belägen (25), die aus thermoplastischem Harz bestehen und Innenwände der Poren (23) in dem Schaum (21) bedecken, dadurch gekennzeichnet, dass
das thermoplastische Harz ein Gemisch aus einem Styrol-Butadien-Kautschuk, der eine relativ geringe Glasübergangstemperatur Tg und Flexibilität hat, und einem Acrylnitril-Styrol-Copolymer ist, das eine relativ hohe Glasübergangstemperatur Tg und Härte hat.

Description

Technisches Gebiet
Die hier beschriebene Technologie betrifft ein komplexes Strukturmaterial, ein Harzbauteil und ein Verfahren zur Herstellung des Harzbauteils.
Hintergrund
Ein Verfahren zum effizienten und gleichmäßigen Imprägnieren eines Schaums mit einem Imprägnierungsmittel, das ein duroplastisches Harzmittel oder ein beruhend auf einem vordefinierten Zweck gewähltes Imprägnierungsmittel sein kann, umfasst: Halten eines Maschenbretts in das Imprägnierungsmittel; Anordnen zumindest eines Abschnitts eines Schaums, der eine Imprägnierungsoberfläche aufweist, in dem Imprägnierungsmittel; Pressen des Schaums gegen das Maschenbrett; und Freigeben des Schaums, derart dass der Schaum in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Gemäß diesem Verfahren absorbiert der Schaum das Imprägnierungsmittel gleichmäßig. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist in der JP H07 - 144 333 A offenbart.
Technologien, um Schäume aus duroplastichem Harz wie Urethanschäumen und in vordefinierten Formen anzufertigen, schließen Injektionsschäumen, Schneiden und Heißpressen ein. Das Injektionsschäumen umfasst Einspritzen eines Urethanmaterials in eine Form und Schäumen des Urethanmaterials. Das Schneiden umfasst Schneiden einer geschäumten Urethanplatte, die vorab in eine vordefinierte Form geschäumt wird. Das Heißpressen umfasst Komprimieren einer geschäumten Urethanplatte, die im Voraus geschäumt wird, und Duroplastformen der geschäumten Urethanplatte, während die geschäumte Urethanplatte komprimiert bleibt.
Beim Injektionsschäumen kann es eine Weile dauern, bis der Schaum geschäumt und ausgehärtet ist. Darüber hinaus kann das Injektionsschäumen Großgerät erforderlich machen. Beim Schneiden kann das Schneiden des Schaums in eine komplizierte Form schwierig sein. Beim Heißpressen kann die Anfertigung eines Hartschaums schwierig sein. Darüber hinaus sind beim Formen eines Weichschaums die Formen begrenzt, die sich durch das Heißpressen ausbilden lassen. Darüber hinaus kann es auch eine Weile brauchen, die Temperatur des Schaums zu erhöhen, und das Heißpressen kann Großgerät erforderlich machen.
Aus der US 3 306 967 A sind ein komplexes Strukturmaterial mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Harzbauteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 5 bekannt. Weitere alternative Strukturmaterialien und Verfahren zur Herstellung eines Harzbauteils sind aus der DE 10 2016 111 284 A1 , der DE 697 23 943 T2 , der US 4 239 571 A , der US 3 867 221 A , der JP S61 - 4 741 A und der US 2012 / 0 276 339 A1 bekannt.
Kurzdarstellung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Technologie zur Verfügung zu stellen, um ein Harzbauteil, das Luftdurchlässigkeit und Schallabsorptionsfähigkeit hat, mit höherer Produktivität und höherer Flexibilität bei der Formgebung des Harzbauteils herzustellen.
Ein komplexes Strukturmaterial gemäß der oben beschriebenen Technologie ist im Patentanspruch 1 definiert. Ein Harzbauteil gemäß der hier beschriebenen Technologie umfasst das komplexe Strukturmaterial.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Harzbauteils gemäß der hier beschriebenen Technologie ist im Patentanspruch 5 definiert.
Weit verbreitete Verfahren zum Anfertigen von Schäumen aus duroplastischem Harz schließen Injektionsschäumen, Schneiden und Heißpressen ein. Gemäß der hier beschriebenen Technologie wird das komplexe Strukturmaterial durch Kaltpressen geformt. Das Harzbauteil gemäß der hier beschriebenen Technologie kann in einer vordefinierten Form angefertigt worden, indem die Eigenschaften des thermoplastischen Harzes genutzt werden und ohne die oben beschriebenen Verfahren zu verwenden. Im Vergleich zum Anfertigen eines Schaums aus duroplastischem Harz verbessern sich gemäß der hier beschriebenen Technologie die Produktivität und die Flexibilität bei der Formgebung des Harzbauteils. Das Harzbauteil, das den aus duroplastischem Harz bestehenden Schaum umfasst, bewahrt nach einem Heißverformen und -pressen unter bestimmten Bedingungen eher die durchgehende poröse Struktur. Das Harzbauteil hat Luftdurchlässigkeit und Schallabsorptionsfähigkeit. Es wird also eine Technologie zur Verfügung gestellt, um ein Harzbauteil, das Luftdurchlässigkeit und Schallabsorptionsfähigkeit hat, mit höherer Produktivität und höherer Flexibilität bei der Formgebung des Harzbauteils auszubilden.
Das komplexe Strukturmaterial hat vorzugsweise eine Wiederherstellungsrate von 30% oder weniger. Die Wiederherstellungsrate wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt: $Wiederherstellungsrate (%) = (B - A / 4) / (A - A / 4) \times 100$
wobei A eine Dicke des komplexen Strukturmaterials in einem natürlichen Zustand ist und B eine Dicke des komplexen Strukturmaterials in einem Zustand ist, nachdem das komplexe Strukturmaterial auf eine Temperatur, bei der das thermoplastische Harz erweicht ist, oder höher erhitzt wurde, komprimiert wurde, bis die Dicke A ein Viertel betrug, und, nachdem das thermoplastische Harz festgeworden ist, entlastet wurde.
Das komplexe Strukturmaterial, das die Wiederherstellungsrate von 30% oder weniger hat, kann durch das Kaltpressen ordnungsgemäß geformt werden. Gemäß dieser Gestaltung verbessert sich die Flexibilität bei der Formgebung des Harzbauteils weiter.
Der Schaum schließt vorzugsweise einen weichen Polyurethanschaum ein. Durch die Weichheit und Elastizität des weichen Polyurethanschaums kann das komplexe Strukturmaterial in eine komplexe Form des Harzbauteils geformt werden, während die durchgehende poröse Struktur beibehalten wird. Gemäß dieser Gestaltung verbessert sich die Flexibilität bei der Formgebung des Harzbauteils weiter.
Das Verfahren gemäß der hier beschriebenen Technologie umfasst zudem vorzugsweise Folgendes: Emulgieren und Dispergieren des thermoplastischen Harzes, um eine Emulsionsdispersion anzufertigen; Tränken des Schaums in der Emulsionsdispersion, bis der Schaum mit der Emulsionsdispersion imprägniert ist; und Trocknen des Schaums, der mit der Emulsionsdispersion imprägniert ist. Gemäß diesem Verfahren werden die Innenwände der Poren ordnungsgemäß mit dem thermoplastischen Harz bedeckt, während das komplexe Strukturmaterial die durchgehende poröse Struktur bewahrt. Es kann ein Harzbauteil mit höherer Luftdurchlässigkeit und Schallabsorptionsfähigkeit angefertigt werden. Darüber hinaus verbessern sich die Produktivität und die Flexibilität bei der Formgebung des Harzbauteils weiter.
Gemäß der hier beschriebenen Technologie wird eine Technologie zur Verfügung gestellt, um ein Harzbauteil, das Luftdurchlässigkeit und Schallabsorptionsfähigkeit hat, mit höherer Produktivität und höherer Flexibilität bei der Formgebung des Harzbauteils herzustellen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die eine poröse Struktur eines komplexen Strukturmaterials gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
2 ist eine Seitenansicht eines Harzbauteils.
3 ist eine Ansicht, die einen Formvorgang für ein komplexes Strukturmaterial darstellt.
4A bis 4D sind Ansichten, die Schritte des Formvorgangs für das komplexe Strukturmaterial darstellen.
5 ist eine Tabelle, die Mikrofotografien eines praktischen Beispiels und eines Vergleichsbeispiels enthält.

Ausführliche Beschreibung
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben. In diesem Abschnitt wird ein komplexes Strukturmaterial 20 beschrieben, aus dem ein Harzbauteil 10 angefertigt wird. Anwendungen des Harzbauteils 10 schließen Schalldämpfer in Fahrzeugen ein.
Wie in 1 dargestellt ist, umfasst das komplexe Strukturmaterial 20 einen Schaum 21, der aus duroplastischem Harz besteht, und Beläge 25, die aus thermoplastischem Harz bestehen. Der Schaum 21 weist eine Matrix 22 und Poren 23 auf, die als Zellen bezeichnet werden können. Die Matrix 22 hat eine dreidimensionale Matrixstruktur, die Abschnitte aufweist, die die Poren 23 definieren. Zumindest einige der Poren 23 kommunizieren miteinander, sodass sie kommunizierende Löcher bilden. In dieser Beschreibung wird eine Struktur, die die Matrix 22 und die Poren 23 aufweist, von denen zumindest einige miteinander kommunizieren, als eine durchgehende poröse Struktur bezeichnet. Die Beläge 25 bedecken Innenwände der Poren 23.
Das komplexe Strukturmaterial 20 hat eine Wiederherstellungsrate von 30% oder weniger. Die Wiederherstellungsrate wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: $Wiederherstellungsrate (%) = (B - A / 4) / (A - A / 4) \times 100,$
wobei A eine Dicke des komplexen Strukturmaterials 20 in einem natürlichen Zustand ist und B eine Dicke des komplexen Strukturmaterials 20 in einem Zustand ist, nachdem es auf eine Temperatur, bei der das thermoplastische Harz erweicht ist, oder höher erhitzt wurde, auf ein Viertel von A (A/4) komprimiert wurde und, nachdem das thermoplastische Harz festgeworden ist, entlastet wurde.
Das komplexe Strukturmaterial 20 ist derart gestaltet, dass bei gewöhnlichen Kaltpressbedingungen eine Differenz (B - A/4) zwischen der Dicke B des komplexen Strukturmaterials 20, nachdem es sich von der Kompression erholt hat, und 1/4 der Dicke A des komplexen Strukturmaterials 20 30% einer Differenz (A - A/4) zwischen der Dicke A und 1/4 der Dicke A oder weniger beträgt. Wenn A zum Beispiel 20 mm beträgt, beträgt B 9,5 mm oder weniger.
In dieser Beschreibung bezeichnet das Kaltpressen einen Vorgang, der in 4 dargestellt ist, d. h. Formmatrizen 41 in einem Formgerät 40 werden nicht erhitzt und mit den Formmatrizen 41 wird ein Objekt bei Normaltemperatur gepresst. Die Wiederherstellungsrate, die durch die obige Gleichung ausgedrückt wird, kann als eine Wiederherstellungsrate beim Kaltpressen (75% Kompression) bezeichnet werden.
Der Schaum 21 ist ein duroplastischer Harzschaum wie ein Polyurethanschaum und ein Melaminschaum. Ein Polyurethanschaum ist für den Schaum 21 vorzuziehen. Ein weicher Urethanschaum ist im Hinblick auf Flexibilität und Wiederherstellbarkeit noch mehr vorzuziehen. Ein weicher Urethanschaum kann angefertigt werden, indem ein Formungsmaterial stimuliert und ausgebildet wird, das Polyole, Polyisocyanate, ein Formungsmittel und ein katalytisches Mittel umfasst. Der Schaum 21 wird angefertigt, indem ein Formungsmaterial durch ein übliches Verfahren ausgebildet und aus einer ausgebildeten Platte mit vordefinierten Abmessungen ausgeschnitten wird.
Wie in 1 dargestellt ist, sind die Beläge 25 thermoplastische Harzschichten, die auf Innenwänden der Poren 23 ausgebildet sind, um die durchgehende poröse Struktur des Schaums 21 aufrechtzuerhalten und zumindest Abschnitte der Innenwände der Poren 23 zu bedecken. Wenn die durchgehende poröse Struktur aufrechterhalten wird, sind die Poren 23 nicht mit dem thermoplastischen Harz gefüllt und die Poren 23 kommunizieren weiter miteinander. Die Beläge 25 sind dünne Filme, die aus einer wasserbasierten Emulsionsdispersion ausgebildet sind, um die Innenwände der Poren 23 zu bedecken. In 1 sind die Beläge 25 aus Darstellungsgründen durch kleine Kreise angegeben.
Das thermoplastische Harz kann Kautschuke in der Synthesekautschuk-Latex-Kategorie wie Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) und Methylmethacrylat-Butadien-Kautschuk (MBR) und/oder Copolymere in der Kunstharzemulsion-Kategorie wie Acrylnitril-Styrol-Copolymer (AS), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Ethylen-Vinyl-Acetat-Copolymer (EVA) einschließen. Erfindungsgemäß wird ein komplexes thermoplastisches Harz vorgezogen, welches ein Gemisch des Styrol-Butadien-Kautschuks, der eine relativ geringe Glasübergangstemperatur Tg und Flexibilität hat, und des Acrylnitril-Styrol-Copolymers ist, das eine relativ hohe Glasübergangstemperatur Tg und Härte hat.
Ein Gehalt des thermoplastischen Harzes wird beruhend auf der Klebrigkeit des thermoplastischen Harzes und der Elastizität des Schaumes 21 so definiert, dass die Wiederherstellungsrate des komplexen Strukturmaterials 20 beim Kaltpressen (75% Kompression) 30% oder weniger beträgt. Die Wiederherstellungsrate des komplexen Strukturmaterials 20 kann leichter reduziert werden, wenn der Gehalt des thermoplastischen Harzes größer ist, d. h. das Harzbauteil 10 hat einen Vorteil bei der Formbarkeit. Eine scheinbare Dichte des komplexen Strukturmaterials 20 oder eine Masse des Harzbauteils 10 nimmt zu, wenn der Gehalt des thermoplastischen Harzes zunimmt. Wenn das Harzbauteil 10 aus einer geschäumten Platte angefertigt wird, die eine scheinbare Dichte hat, die geringer als die eines Formschaums ist, hat das Harzbauteil 10, das eine ausreichende Menge des thermoplastischen Harzes enthält, um die Wiederherstellungsrate von 30% oder weniger zu erzielen, weniger Gewicht als auf gewöhnliche Weise ausgebildete Schalldämpfer, die aus Formschäumen oder Vlies angefertigt werden.
Das Harzbauteil 10 wird aus dem komplexen Strukturmaterial 20 angefertigt. Das Harzbauteil 10 weist in zumindest einigen Abschnitten Kommunikationslöcher auf. Wie in 2 dargestellt ist, weist das Harzbauteil 10 einen ersten Abschnitt höheren Hohlraumanteils 11A und einen zweiten Abschnitt höheren Hohlraumanteils 12A, die verhältnismäßig hohe Hohlraumanteile haben, und einen ersten Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 11B und einen zweiten Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 12B auf, die verhältnismäßig geringe Hohlraumanteile haben. Der erste Abschnitt höheren Hohlraumanteils 11A und der erste Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 11B sind entlang einer Oberfläche des Harzbauteils 10 angeordnet. Die Kompressionsverhältnisse des ersten Abschnitts höheren Hohlraumanteils 11A und des ersten Abschnitts geringeren Hohlraumanteils 11B sind in der Dickenrichtung des komplexen Strukturmaterials 20 (in einer Richtung, in der die Formmatrizen 41 geschlossen werden) voneinander verschieden. Der zweite Abschnitt höheren Hohlraumanteils 12A und der zweite Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 12B sind eine äußere Ecke und eine innere Ecke eines gekrümmten Abschnitts des Harzbauteils 10. Der zweite Abschnitt höheren Hohlraumanteils 12A und der zweite Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 12B sind in der Dickenrichtung des komplexen Strukturmaterials 20 voneinander getrennt. Aufgrund einer Längendifferenz zwischen den äußeren und inneren Ecken wird zwischen dem zweiten Abschnitt höheren Hohlraumanteils 12A und dem zweiten Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 12B eine Differenz bei den Kompressionsverhältnissen erzeugt. In dem ersten Abschnitt höheren Hohlraumanteils 11A und dem zweiten Abschnitt höheren Hohlraumanteils 12A werden die kommunizierenden Löcher in dem Schaum 21 im Vergleich zu den kommunizierenden Löchern in dem ersten Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 11B und dem zweiten Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 12B eher beibehalten. Und zwar tragen der erste Abschnitt höheren Hohlraumanteils 11A und der zweite Abschnitt höheren Hohlraumanteils 12A zur Verbesserung der Luftdurchlässigkeit und Schallabsorptionsfähigkeit bei. Bei dem ersten Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 11B und dem zweiten Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 12B haften die Innenwände der Poren 23 im Vergleich zu dem ersten Abschnitt höheren Hohlraumanteils 11A und dem zweiten Abschnitt höheren Hohlraumanteils 12A eher aneinander an. Durch den ersten Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 11B und dem zweiten Abschnitt geringeren Hohlraumanteils 12B bewahrt das Harzbauteil 10 seine Form.
Das Harzbauteil 10 ist in einem Fahrzeug zwischen einem Karosserieblech und einem Innenraumbauteil anzuordnen. Wie in 2 dargestellt ist, ist das Harzbauteil 10 in einer vordefinierten Form entlang Formen des Karosseriebleches und des Innenraumbauteils ausgebildet, um in einen Raum zwischen dem Karosserieblech und dem Innenraumbauteil zu passen. Der Raum wird mit dem Harzbauteil 10 lückenlos gefüllt, sodass das Harzbauteil 10 ordnungsgemäß Geräusche absorbiert. Da das Harzbauteil 10 in der vordefinierten Form ausgebildet ist, bringt das Harzbauteil 10 darüber hinaus weniger wahrscheinlich Spannung auf andere Bauteile auf. Daher ist die Montagearbeit leichter.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Harzbauteils 10 beschrieben. Das Verfahren zum Herstellen des Harzbauteils 10 umfasst einen Bildungsvorgang für das komplexe Strukturmaterial, einen Heizvorgang und einen Formvorgang für das komplexe Strukturmaterial. Der Bildungsvorgang für das komplexe Strukturmaterial dient zum Ausbilden des komplexen Strukturmaterials 20. Der Heizvorgang dient zum Erhitzen des komplexen Strukturmaterials 20 auf eine Temperatur, bei der das thermoplastische Harz erweicht ist, oder höher. Der Formvorgang für das komplexe Strukturmaterial dient zum Formen des komplexen Strukturmaterials 20 durch Kaltpressen, um das Harzbauteil 10 zu erzielen.
In dem Bildungsvorgang für das komplexe Strukturmaterial werden Innenwände der Poren 23 (oder Oberflächen der Matrix 22 in den Poren 23) mit dem thermoplastischen Harz bedeckt. Der Bildungsvorgang für das komplexe Strukturmaterial umfasst einen Imprägnierschritt, einen Auspressschritt und einen Trocknungsschritt. Der Imprägnierschritt beinhaltet ein Imprägnieren des Schaums 21 mit einer Emulsionsdispersion 37, die angefertigt wird, indem das thermoplastische Harz emulgiert und dispergiert wird. Der Trocknungsschritt beinhaltet ein Trocknen des Schaums 21, der mit der Emulsionsdispersion 37 imprägniert ist. Die Emulsionsdispersion 37 ist eine wasserbasierte Emulsionsdispersion, die angefertigt wird, indem das thermoplastische Harz in Wasser emulgiert und dispergiert wird.
Wie in 3 dargestellt ist, sind in Reihe ein Tank 30, eine Kompressionswalze 31, Auspresswalzen 33 und eine Heizung 35 angeordnet, um den Schaum 21, der eine längliche Form hat, in dem Bildungsvorgang des komplexen Strukturmaterials weiterzuleiten. Der Tank 30 weist einen Vorsprung 30A auf, der von einer Bodenfläche des Tanks 30 vorsteht. Der Tank 30 hält darin die Emulsionsdispersion 37. Zumindest ein Teil der Kompressionswalze 31 ist so in der Emulsionsdispersion 37 in dem Tank 30 angeordnet, dass er dem Vorsprung 30A gegenüberliegt und den Schaum 21 zwischen dem Vorsprung 30A und der Kompressionswalze 31 einzwängt. Die Kompressionswalze 31 komprimiert den Schaum 21 in einer Dickenrichtung des Schaums 21 in Richtung des Vorsprungs 30A. Die Auspresswalzen 33 sind zwischen der Kompressionswalze 31 und der Heizung 35 angeordnet. Die Auspresswalzen 33 liegen einander mit einem Spalt gegenüber, der geringer als die Dicke des Schaums 21 ist. Die Heizung 35 weist eine Kammer mit einem näher an den Auspresswalzen 33 liegenden Eingang und einem Ausgang auf einer entgegengesetzten Seite vom Eingang auf. Die Heizung 35 ist so gestaltet, dass sie Ober- und Unterseite des Schaums 21 erhitzt, der durch die Kammer weitergeleitet wird.
In dem Imprägnierschritt wird der Schaum 21 mit der sich drehenden Kompressionswalze 31 in einer Richtung entlang der Längsrichtung des Schaums 21 weitergeleitet. Der Schaum 21 wird in der Emulsionsdispersion 37 in dem Tank 30 getränkt und komprimiert. Wenn der Schaum 21 in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt, wird die Emulsionsdispersion 37 mit dem Unterdruck in die Poren 23 eingesaugt und die Poren 23 in dem Schaum 21 werden mit der Emulsionsdispersion 37 gefüllt. In den kommunizierenden Löchern, die aus den Poren 23 aufgebaut werden, fließt die Emulsionsdispersion 37 von den näher an den Außenflächen des Schaums 21 liegenden Poren 23 zu den Poren 23 auf der Innenseite, und die Emulsionsdispersion 37 durchdringt somit tiefere Abschnitte des Schaums 21.
In dem Auspressschritt wird der Schaum 21 zwischen den Auspresswalzen 33 ausgepresst, um aus dem Schaum 21 eine Zusatzmenge der Emulsionsdispersion 37 zu entfernen, damit eine Menge der Emulsionsdispersion 37 in dem Schaum 21 so eingestellt wird, dass der Schaum 21 eine vordefinierte Menge des thermoplastischen Harzes enthält. In dem Auspressschritt wird die Emulsionsdispersion 37 gleichmäßig über die Oberflächen der Matrix 22 verteilt. Der Schaum 21, der die vordefinierte Menge der Emulsionsdispersion 37 enthält, wird zur Heizung 35 weitergeleitet.
In dem Trocknungsschritt wird der Schaum 21, der die vordefinierte Menge der Emulsionsdispersion 37 enthält, bei einer vordefinierten Temperatur für eine vordefinierte Dauer erhitzt, während er durch die Kammer der Heizung 35 hindurchgeht. In dem Schaum 21 verdampft Feuchtigkeit aus der Emulsionsdispersion 37 und das thermoplastische Harz wird getrocknet und fest. Dadurch werden die Beläge 25 ausgebildet. Mittels des Bildungsvorgangs für das komplexe Strukturmaterial wird das komplexe Strukturmaterial 20 angefertigt, das den Schaum 21 und die Beläge 25 umfasst. Das komplexe Strukturmaterial 20, das mittels des Bildungsvorgangs für das komplexe Strukturmaterial angefertigt wurde, kann in eine passende Form geschnitten werden, um das komplexe Strukturmaterial zu formen (z. B. in eine Brettform, eine Blockform).
Der Formvorgang für das komplexe Strukturmaterial umfasst einen Heizschritt und einen Kaltpressschritt. Wie in den 4A bis 4D dargestellt ist, wird für den Formvorgang für das komplexe Strukturmaterial ein Formgerät 40 verwendet. Das Formgerät 40 weist eine Heizung 45 und Formmatrizen 41 auf. Wie in 4A dargestellt ist, wird das komplexe Strukturmaterial 20 in einer Kammer der Heizung 45 auf eine Temperatur, bei der das thermoplastische Harz erweicht ist, oder höher erhitzt. Wie in 4B dargestellt ist, wird das komplexe Strukturmaterial 20, das erhitzt ist, zwischen diesen Formmatrizen 41 platziert. Dann werden die Formmatrizen 41, wie in 4C dargestellt ist, geschlossen. Das komplexe Strukturmaterial 20 wird durch die Formmatrizen 41 gepresst und entlang eines Hohlraums, der durch die Formmatrizen 41 definiert wird, geformt. Die Formmatrizen 41 bleiben geschlossen, bis das komplexe Strukturmaterial 20 abgekühlt und festgeworden ist. In dem Schaum 21 sind einige Abschnitte der Matrix 22 miteinander mit dem thermoplastischen Harz verbunden, sodass die Poren 23 geschlossen sind. Die Formmatrizen 41 werden, wie in 4D dargestellt ist, geöffnet. Mittels des Formvorgangs für das komplexe Strukturmaterial wird das Harzbauteil 10 angefertigt.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Harzbauteils 10 in diesem Ausführungsbeispiel wird das Harzbauteil 10, das die vordefinierte Form hat, unter Nutzung der Eigenschaften des thermoplastischen Harzes mittels des Kaltpressens, aber nicht mittels des Injektionsschäumens, des Schneidens oder des Heißpressens angefertigt, die ein gewöhnliches Verfahren sind, um aus dem duroplastischen Harz den Schaum 21 auszubilden. Im Vergleich zur Ausbildung des Schaums 21 aus dem duroplastischen Harz verbessert sich die Produktivität oder Flexibilität bei der Formgebung des Harzbauteils 10. Da der Schaum 21 aus dem duroplastischen Harz besteht, kann das Harzbauteil 10 zudem nach dem Heißformen abhängig von den Pressbedingungen die durchgehende poröse Struktur bewahren. Durch die durchgehende poröse Struktur hat das Harzbauteil 10 Luftdurchlässigkeit und Schallabsorptionsfähigkeit. Gemäß diesem Verfahren wird das Harzbauteil 10 angefertigt, das die Luftdurchlässigkeit und die Schallabsorptionsfähigkeit hat, und es wird eine Technologie zur Verfügung gestellt, um die Produktivität und Flexibilität bei der Formgebung des Harzbauteils 10 zu verbessern.
Das Verfahren, bei dem das Harzbauteil unter Nutzung der Eigenschaften des thermoplastischen Harzes hergestellt wird, wird nun beschrieben, indem das Kaltpressen mit anderen herkömmlichen Verfahren verglichen wird. Das Injektionsschäumen hat eine höhere Flexibilität bei der Formgebung, erfordert aber mehr Zeit zum Aushärten des Schaumes und höhere Kosten für Formmatrizen und Einrichtungen. Im Vergleich zum Injektionsschäumen hat das Kaltpressen bei der Herstellung des Harzbauteils 10 eine höhere Produktivität. Mittels Schneidens lässt sich ein Hartschaum nur schneiden. Ein Weichschaum kann verglichen mit dem Hartschaum in einer komplizierteren Form geschnitten werden; allerdings kann der Weichschaum mittels Schneidens nur in einer verhältnismäßig einfachen und flachen Form ausgebildet werden. Um ein Harzbauteil mittels Schneidens in einer komplizierteren Form anzufertigen, ist eine größere Anzahl von Schnitten erforderlich. Im Vergleich zum Schneiden sorgt das Kaltpressen bei der Ausbildung des Harzbauteils 10 für eine höhere Flexibilität bei der Formgebung und eine höhere Produktivität. Falls das Heißpressen angewandt wird, können Abschnitte einer Matrix in einem Hartschaum kollabieren oder brechen. Darüber hinaus ist es aufgrund seiner hohen Widerstandsfähigkeit schwierig, mittels Heißpressens Abschnitte eines Weichschaums tiefzuziehen. Darüber hinaus braucht es aufgrund seiner Wärmeisolationseigenschaften auch Zeit, die Temperatur des Schaums zu erhöhen, und somit können Heißpressmatrizen oder die Ausrüstung zum Erhitzen des Schaums zu einer Zunahme der Herstellungskosten führen. Im Vergleich zum Heißpressen sorgt das Kaltpressen bei der Ausbildung des Harzbauteils 10 für eine höhere Flexibilität bei der Formgebung und eine höhere Produktivität.
Im Vergleich zu normalen Schallabsorptionsschäumen wie Formschäumen und Vlies-Schallabsorptionselementen kann das Gewicht des Harzbauteils 10, das aus dem komplexen Strukturmaterial 20 aufgebaut wird, reduziert werden. Für den Schaum 21 wird die geschäumte Platte verwendet, die ein Mehrzweckprodukt ist, und somit können die Teilekosten für das Harzbauteil 10 reduziert werden.
Wenn die Eigenschaften des thermoplastischen Harzes, das für die Beläge 25 verwendet wird, passend konfiguriert werden, können dem Harzbauteil 10 neben den Eigenschaften des Schaums 21 Eigenschaften verliehen werden, zu denen eine passende Härte, Flammfestigkeit und zusätzliches Schallabsorptionsvermögen gehören.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Wiederherstellungsrate des komplexen Strukturmaterials 20 beim Kaltpressen (75% Kompression) als 30% oder weniger definiert. Daher ist noch weniger wahrscheinlich, dass die Form des Harzbauteils 10 eingeschränkt ist.
Der Schaum 21 ist der weiche Polyurethanschaum. Durch die Weichheit und Elastizität des weichen Polyurethanschaums kann das Harzbauteil 10 ordnungsgemäß die durchgehende poröse Struktur bewahren und die komplexe Form haben. Es ist also noch weniger wahrscheinlich, dass die Form des Harzbauteils 10 eingeschränkt ist.
In dem Bildungsvorgang für das komplexe Strukturmaterial wird der Schaum 21 in der Emulsionsdispersion 37 getränkt und der Schaum 21 mit der Emulsionsdispersion 37 darin wird getrocknet. Durch diesen Vorgang werden die Innenwände der Poren 23 mit dem thermoplastischen Harz bedeckt, während die durchgehende poröse Struktur erhalten bleibt. Es wird also das Harzbauteil 10 angefertigt, das verbesserte Luftdurchlässigkeit und Schallabsorptionsfähigkeit hat, und es wird eine Technologie zur Verfügung gestellt, um die Produktivität und die Flexibilität bei der Formgebung des Harzbauteils 10 zu verbessern.
Praktisches Beispiel
Es wird nun ein praktisches Beispiel beschrieben. Die hier beschriebene Technologie ist nicht auf das praktische Beispiel beschränkt.

1. Anfertigung Probekörper (Beispiel des Bildungsvorgangs für das komplexe Strukturelement)

(1) Anfertigung praktisches Beispiel
Weiche Polyurethanschäume mit durchgehender poröser Struktur wurden in einer wasserbasierten Emulsionsdispersion getränkt, die thermoplastisches Harz enthielt, und Feuchtigkeit in der wasserbasierten Emulsionsdispersion wurde verdampft. Mittels dieses Vorgangs wurden die weichen Polyurethanschäume angefertigt, die eine Matrix enthielten, deren Oberfläche mit dem thermoplastischen Harz bedeckt war, und diese wurden als Probekörper des praktischen Beispiels definiert. Jeder der weichen Polyurethanschäume hatte eine Dichte von 28,9 kg/m³, eine Dicke von 20 mm, eine Härte von 135 N bei 25% Kompression (siehe JIS (japanischer Industriestandard) K6400-2, Verfahren D) und einen Druckverformungsrest von 2,5% (siehe JIS K6400-4, Verfahren A). Die wasserbasierte Emulsionsdispersion enthielt SBR, das eine verhältnismäßig geringe Glasübergangstemperatur Tg hatte, und AS, das eine verhältnismäßig hohe Glasübergangstemperatur Tg hatte.
(2) Anfertigung Vergleichsbeispiel
Als Probekörper des Vergleichsbeispiels wurden weiche Polyurethanschäume mit der gleichen Gestaltung wie die weichen Polyurethanschäume im praktischen Beispiel angefertigt.
2. Bildungsvorgang Harzbestandteil
Drei Probekörper des praktischen Beispiels und drei Probekörper des Vergleichsbeispiels wurden mit einer Heizung auf 170°C vorerhitzt, was höher als die Temperatur war, bei der das thermoplastische Harz erweicht wurde. Dann wurde jeder der Probekörper in ein Formgerät gesetzt und kaltgepresst, bis seine Dicke auf 5 mm reduziert war. Nachdem der Probekörper auf eine vordefinierte Temperatur (z. B. Zimmertemperatur) abgekühlt war, wurde der Probekörper aus der Formvorrichtung entfernt. Dieser Vorgang wurde mit allen Probekörpern durchgeführt und es wurden die drei Probekörper des praktischen Beispiels und die drei Probekörper des Vergleichsbeispiels erzielt.
3. Beurteilung praktisches Beispiel und Vergleichsbeispiel
(1) Untersuchung Probekörper
Stücke der Probekörper wurden vor und nach dem Formvorgang für das komplexe Strukturmaterial herausgeschnitten und unter Verwendung eines Mikroskops untersucht. 5 enthält Mikrofotografien der Probekörper des praktischen Beispiels und des Vergleichsbeispiels vor und nach dem Formen (vor und nach dem Formvorgang für das komplexe Strukturmaterial). Wie in 5 dargestellt ist, bewahren die komplexen Strukturmaterialien des praktischen Beispiels ähnlich wie die komplexen Strukturmaterialien des Vergleichsbeispiels vor dem Formen die durchgehende poröse Struktur. Nach dem Formen sind Abschnitte der Matrizen des praktischen Beispiels aneinander fixiert und eine große Anzahl der Poren ist geschlossen, wohingegen die Poren des Vergleichsbeispiels im Wesentlichen zu ihren ursprünglichen Zuständen zurückgekehrt sind, auch wenn einige Abschnitte der Matrizen gebrochen sind.
(2) Berechnung Wiederherstellungsrate
Dicken der Probekörper des praktischen Beispiels und der Probekörper des Vergleichsbeispiels wurden gemessen und es wurden jeweils die Wiederherstellungsraten nach dem Kaltpressen (75% Kompression) berechnet. Die Dicken der Probekörper des praktischen Beispiels betrugen jeweils 5,0 mm, 5,0 mm und 5,0 mm. Die berechneten Wiederherstellungsraten der Probekörper des praktischen Beispiels betrugen alle 0,0%. Die Dicken der Probekörper des Vergleichsbeispiels betrugen jeweils 16,2 mm, 16,1 mm und 14,6 mm. Die berechneten Wiederherstellungsraten der Probekörper des Vergleichsbeispiels betrugen jeweils 74,7%, 74,0% und 63,7%. Aus diesen Ergebnissen kann geschlossen werden, dass die Harzbauteile des praktischen Beispiels leichter entlang der Formen der Formmatrizen geformt werden und dass die Formbarkeit der Harzbauteile im Vergleich zu den Harzbauteilen des Vergleichsbeispiels besser ist.
Weitere Ausführungsbeispiele
Die hier beschriebene Technologie ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, das in der obigen Beschreibung und den Zeichnungen beschrieben wird. Die hier beschriebene Technologie kann die folgenden Ausführungsbeispiele beinhalten.

(1) Die hier beschriebene Technologie kann bei einem Harzbauteil angewandt werden, das eine Matrix aufweist, deren Oberflächen mit feinen Partikeln bedeckt sind, die aus thermoplastischen Harz bestehen, das an den Oberflächen anhaftet.
(2) Die hier beschriebene Technologie kann bei Belägen angewandt werden, die nur an Abschnitten des gepressten und verformten Schaums (an Abschnitten mit geringerem Hohlraumanteil) vorgesehen sind.
(3) Die hier beschriebene Technologie kann bei Harzbauteilen für Sitzkissen in Fahrzeugen oder bei Baumaterialien (z. B. Isoliermaterialien) angewandt werden. Die hier beschriebene Technologie kann bei Harzbauteilen angewandt werden, die auf Oberflächen der Harzbauteile, die dem Inneren von Fahrzeugen zugewandt sind, Hautschichten aus Textilmaterialien, Ledermaterialien, Harzfilmmaterialien oder anderen Arten von Materialien aufweisen, um dekorative Aspekte zu verbessern. Die hier beschriebene Technologie kann bei Harzbauteilen angewandt werden, die gemäß Nutzungs- oder Einbaupositionen gestaltet sind und von der Gestaltung des Ausführungsbeispiels verschieden sind.
(4) Die hier beschriebene Technologie kann bei einem Verfahren zum Herstellen eines komplexen Strukturmaterials angewandt werden, das das Einbringen feiner, aus thermoplastischem Harz bestehender Partikel in einen Schaum durch Vibration umfasst.
(5) Die hier beschriebene Technologie kann bei Harzbauteilen angewandt werden, die angefertigt werden, indem komplexe Strukturmaterialien mit Lagen bedeckt werden, die keine Luftdurchlässigkeit haben, und zusammen mit diesen Lagen mittels Vakuumformung ausgebildet werden, während thermoplastisches Harz erweicht ist.

Claims

Komplexes Strukturmaterial (20) mit: einem Schaum (21), der aus duroplastischem Harz besteht und eine Matrix (22) und Poren (23) aufweist, wobei zumindest einige der Poren (23) miteinander kommunizieren und der Schaum (21) eine durchgehende poröse Struktur hat, die durch die Matrix (22) und die Poren (23) ausgebildet wird; und Belägen (25), die aus thermoplastischem Harz bestehen und Innenwände der Poren (23) in dem Schaum (21) bedecken, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Harz ein Gemisch aus einem Styrol-Butadien-Kautschuk, der eine relativ geringe Glasübergangstemperatur Tg und Flexibilität hat, und einem Acrylnitril-Styrol-Copolymer ist, das eine relativ hohe Glasübergangstemperatur Tg und Härte hat.
Komplexes Strukturmaterial (20) nach Anspruch 1, wobei das komplexe Strukturmaterial (20) eine Wiederherstellungsrate von 30% oder weniger hat und die Wiederherstellungsrate durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt wird: $Wiederherstellungsrate (%) = (B - A / 4) / (A - A / 4) \times 100$
wobei A eine Dicke des komplexen Strukturmaterials (20) in einem natürlichen Zustand ist und B eine Dicke des komplexen Strukturmaterials (20) in einem Zustand ist, nachdem das komplexe Strukturmaterial (20) auf eine Temperatur, bei der das thermoplastische Harz erweicht ist, oder höher erhitzt wurde, komprimiert wurde, bis die Dicke A ein Viertel beträgt, und, nachdem das thermoplastische Harz festgeworden ist, entlastet wurde.
Komplexes Strukturmaterial (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schaum (21) einen weichen Polyurethanschaum einschließt.
Harzbauteil (10), das das komplexe Strukturmaterial (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Harzbauteils (10), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Anfertigen eines Schaums (21), der aus duroplastischem Harz besteht und eine Matrix (22) und Poren (23) aufweist, wobei zumindest einige der Poren (23) miteinander kommunizieren und der Schaum (21) eine durchgehende poröse Struktur hat, die durch die Matrix (22) und die Poren (23) ausgebildet wird; Bedecken von Innenwänden der Poren (23) mit einem thermoplastischen Harz, um ein komplexes Strukturmaterial (20) auszubilden; Erhitzen des komplexen Strukturmaterials (20) auf eine Temperatur, bei der das thermoplastische Harz erweicht ist, oder höher; und Kaltpressen des komplexen Strukturmaterials (20) in eine Form des Harzbauteils (10), dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Harz ein Gemisch aus einem Styrol-Butadien-Kautschuk, der eine relativ geringe Glasübergangstemperatur Tg und Flexibilität hat, und einem Acrylnitril-Styrol-Copolymer ist, das eine relativ hohe Glasübergangstemperatur Tg und Härte hat.
Verfahren nach Anspruch 5, das außerdem Folgendes umfasst: Emulgieren und Dispergieren des thermoplastischen Harzes, um eine Emulsionsdispersion anzufertigen; Tränken des Schaums (21) in der Emulsionsdispersion, bis der Schaum (21) mit der Emulsionsdispersion imprägniert ist; und Trocknen des Schaums (21), der mit der Emulsionsdispersion imprägniert ist.