DE112012002440T5

DE112012002440T5 - Airbag-Abdeckungsmaterialien für Laserkerbung

Info

Publication number: DE112012002440T5
Application number: DE112012002440.0T
Authority: DE
Inventors: Mathew Barr; Daniel R. Vander Sluis; Aaron Wisniewski
Original assignee: Faurecia Interior Systems Inc
Current assignee: Faurecia Interior Systems Inc
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-03-27
Also published as: CN204184307U; WO2012174074A2; US20120315446A1; WO2012174074A3; US9358767B2

Abstract

Eine Tafel zur Verwendung über einem Fahrzeug-Airbag enthält eine Hautschicht mit einer darin gebildeten Reißnaht. Die Hautschicht besteht aus einem Material, das eine Polymermatrix und eine oder mehrere durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten in der Form von Mikroflocken-Füllstoffen oder Füllstoffen mit einer monomodalen Teilchengrößenverteilung enthält. Die durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten sind in einer Menge enthalten, die die Durchlässigkeit für Licht durch das Material herabsetzt, um die Variation in Laserkerbprozessen zu reduzieren, und auch in einer Menge, die die mechanischen Eigenschaften der Polymermatrix nicht wesentlich ändert. Hautschichten aus diesen Materialien können in Laserkerbprozessen von TPO-Abdeckungen, die dünner als bisher bekannt sind, verwendet werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Materialien zur Verwendung in Airbagabdeckungen mit Reißnähten.
HINTERGRUND
Verschiedene Typen von Füllstoffen können in Polymermaterialien verwendet werden, um ihre Materialeigenschaften zu beeinflussen. Beispielsweise können bestimmte nichtorganische Füllstoffe wie Glasfasern oder andere Füllstoffe auf Mineralbasis verwendet werden, um die Starrheit oder den Modul einer Polymermatrix zu erhöhen, um sie als ein strukturelles Material nutzbarer zu machen, oder ihren Widerstand gegenüber Verformung zu erhöhen, wenn sie hohen Temperaturen oder Lasten ausgesetzt wird. Andere Typen von Füllstoffen wie elastomere Materialien werden manchmal verwendet, um die Zähigkeit oder Stoßfestigkeit einer Polymermatrix zu erhöhen. Derartige Füllstoffe sind typischerweise in Mengen enthalten, die ausreichend sind, dem erhaltenen Verbundmaterial zumindest teilweise eine oder mehrere Eigenschaften des Füllmaterials zu verleihen. Beispielsweise können Glasfasern einer Polymermatrix hinzugefügt werden, um eine Verbundmaterial mit einem Dehnungsmodul zu bilden, das zwischen dem Dehnungsmodul der Polymermatrix und dem der Glasfasern liegt. Es ist nicht ungewöhnlich, dass derartige Polymerverbundstoffe Füllstoffe in einer Menge von 25% oder mehr enthalten.
Bei gewissen Anwendungen werden Versuche gemacht, Füllstofftypen und -mengen auszugleichen, um eine optimale Kombination mechanischer Eigenschaften zu erhalten. Beispielsweise wird im US-Patent Nr. 6 644 684 von Tsuji et al. ein Material auf Polymerbasis für die Verwendung in Airbagabdeckungen vom Scharniertyp beschrieben. Das Tsuji-Patent offenbart bestimmte thermoplastische Elastomer(TPE)-Materialformulierungen in einem Versuch zum Ausgleichen hoher Materialstarrheit mit hoher Zähigkeit; wobei die hohe Starrheit gewünscht wird für einen Widerstand gegen Wärmeverformung und Verformung aufgrund eines Kontakts zwischen dem Passagier und der Abdeckung, und die hohe Zähigkeit gewünscht wird, damit die Abdeckung nicht in lose Stücke auseinanderbricht, die in das Fahrzeuginnere geschleudert werden, wenn sich der Airbag entfaltet. Jedoch setzen einige Materialien, die die Polymere zäher machen, deren Starrheit herab. Tsuji erklärt, dieses Problem zu lösen, indem ein auf Olefinen basierendes Kunststoffmaterial vorgesehen wird, das mit elastomeren Materialien mit bestimmten chemischen Zusammensetzungen in spezifischen Mengen modifiziert ist, wobei angegeben wird, dass derartige Materialien eine ausreichende Steifheit haben können, um während des Gebrauchs Verformungen zu vermeiden, während sie eine ausreichende Zähigkeit haben, um ein Brechen des Materials zu vermeiden, wenn sich die Airbagabdeckung vom Scharniertyp während des Entfaltens des Airbags öffnet.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält eine Tafel zur Verwendung über einem Fahrzeugairbag ein Substrat mit einer äußeren Oberfläche und eine Abdeckung aufweisend eine dekorative Hautschicht, die über der äußeren Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Die Hautschicht enthält eine innere Oberfläche mit einer darin ausgebildeten Reißnaht, die der äußeren Oberfläche des Substrats zugewandt ist. Die Hautschicht ist aus einem Material gebildet, das eine Harzmatrix und ein Füllmaterial aufweist. Das Füllmaterial ist in der Form von Mikroflocken, die über im Wesentlichen die gesamte Dicke der Hautschicht verteilt sind.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält eine Materialzusammensetzung zur Verwendung in einem Laserkerbprozess eine Harzmatrix und eine oder mehrere durchlässigkeitsherabsetzende Komponente, die andere als Ruß sind, verteilt innerhalb der Harzmatrix. Die Harzmatrix enthält mehrere Olefinharzkomponenten, die zusammen den Hauptbestandteil des Materials bilden. Die Gesamtmenge der durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten ändert nicht wesentlich zumindest eine von der Steifheit oder der Härte der Harzmatrix.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält eine Materialzusammensetzung zur Verwendung in einem Laserkerbprozess eine Polymermatrix, Talk und zwei oder mehr durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten, wobei die Gesamtmenge von nichtpolymeren Bestandteilen weniger als etwa 10 Gew.-% beträgt.
Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel enthält ein Verfahren zum Herstellen einer Tafel für die Verwendung über einem Fahrzeugairbag die Schritte: (a) Vorsehen einer Abdeckung, die eine dekorative Hautschicht enthält, die aus einem Material gebildet ist, das eine durchlässigkeitsherabsetzende Komponente, die eine andere als Ruß ist, enthält; (b) Anbringen der Abdeckung an einem Substrat; und (c) Laserschneiden einer abgewinkelten Reißnaht in die Tafel. Die Reißnaht erstreckt sich von einer inneren Oberfläche des Substrats und in die Hautschicht hinein.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein oder mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen beschriebenen, in denen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
1 eine Schnittansicht eines beispielhaften Armaturenbretts mit einer über einem Airbagmodul angeordneten, nicht sichtbaren Reißnaht ist;
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Armaturenbretts nach 1 ist, die eine einen abgewinkelten Schnitt enthaltende Reißnaht zeigt;
3 eine Querschnittsansicht entlang der Reißnaht nach 2 ist, die mehrere beispielhafte Laserschnitte zeigt, die an aufeinanderfolgenden Schnittorten entlang der Reißnaht angeordnet sind und sich in eine beispielhafte Hautschicht erstrecken;
4 eine schematische Darstellung eines veranschaulichenden Laserkerbprozesses ist;
5 ein Diagramm ist, das eine mögliche Wirkung der Durchlässigkeitsveränderung in Hautschicht-Probenmaterialien zeigt;
6 eine simulierte Mikrografik eines Teils eines Ausführungsbeispiels eines Hautschichtmaterials, das durchlässigkeitsherabsetzende Mikroflocken enthält, ist;
7 eine simulierte Mikrografik desselben Teils des Hautschichtmaterials nach 6 ist, wobei die Mikroflocken durch Teilchen derselben Masse oder desselben Volumens ersetzt sind;
8 eine simulierte Mikrografik eines Teils eines Hautschichtmaterials enthaltend Füllstoffteilchen mit einer relativ großen Teilchendurchschnittsgröße und Teilchengrößenverteilung ist;
9 eine simulierte Mikrografik eines Teils eines Hautschichtmaterials enthaltend Füllstoffteilchen mit einer reduzierten Teilchendurchschnittsgröße im Vergleich zu der nach 8 ist;
10 eine simulierte Mikrographik eines Teils eines Hautschichtmaterials enthaltend Füllstoffteilchen mit einer monomodalen Teilchengrößenverteilung ist;
11 eine simulierte Mikrographik eines Teils eines Hautschichtmaterials enthaltend Füllstoffteilchen mit einer monomodalen Teilchengrößenverteilung und einer reduzierten Teilchendurchschnittsgröße im Vergleich zu der nach 8 ist;
12 ein Diagramm ist, das die Anzahl von Laserimpulsen zeigt, die erforderlich ist, um die Lasersensor-Sperrspannung für unterschiedliche Hautschichtmaterialien zu erreichen; und
13 ein Diagramm ist, das die Standardabweichung der Anzahl von Laserimpulsen für jedes Material, die in dem Diagramm nach 12 gezeigt ist, zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Wenn eine nicht sichtbare Reißnaht in der inneren Oberfläche einer Airbagabdeckung gebildet wird, kann eine Durchscheinerscheinung auftreten, bei der eine Kegelmarkierung oder -linie auf der sichtbaren, der Abdeckung entgegengesetzten Oberfläche erscheint. Beispielsweise kann dieselbe Materialvorschwächung, die es einem Airbag ermöglicht, die Abdeckung an einem vorhersagbaren Ort zu durchbrechen, eine lokale Veränderung eines bestimmten Materialverhaltens bewirken, wie eine Ausdehnung und ein Zusammenziehen, ein Durchhängen oder Reaktionen auf ausgeübte Beanspruchungen, insbesondere während langer Zeitperioden und/oder durch Einwirken hoher Temperaturen. Selbstverständlich ist, wenn eine nicht sichtbare Reißnaht gewünscht wird, eine derartige Durchscheinerscheinung unerwünscht.
Bestimmte wünschenswerte Eigenschaften von Abdeckmaterialien können das Problem verschlimmern. Beispielsweise erwerben einige Materialien, die ein luxuriöses Gefühl vermitteln, dieses Gefühl aus einer Kombination von Materialtyp (z. B. weiche oder stark flexible Materialtypen) und relativ geringer Dicke. Eine hohe Materialflexibilität kann bewirken, dass das Durchscheinen stärker vorherrscht, und dünnere Materialien können eine nicht ausreichende Materialdicke haben, um eine ordnungsgemäß funktionierende Reißnaht ohne Durchscheinen zu bilden. Es kann auch schwieriger sein, Reißnähte in dünneren Materialien auszubilden, da, wenn die Materialdicke abnimmt, eine typische prozessbezogene Veränderung der Abmessungen wie der Tiefe einer Beanspruchungskonzentration ein größerer Teil der Gesamtdicke wird, wodurch das Verarbeitungsfenster schrumpft. Weiterhin sind einige Materialtypen inhärent empfindlicher gegenüber Reißnahtbildungsvorgängen, wodurch auch Verarbeitungsfenster schrumpfen können.
Die folgende Beschreibung ist auf verschiedene Ausführungsbeispiele von Materialien und Techniken gerichtet, die die Fähigkeit zum gleichmäßigen Laserkerben von Abdeckmaterialien zur Verwendung über Airbags verbessern können. Diese Materialien und Techniken können verwendet werden, um Abdeckungen zu bilden, die Airbag-Reißnähte enthalten, mit bestimmten Kombinationen von Materialtypen und Dicken, die bisher nicht verfügbare zur Verwendung in Fahrzeug-Innenteilen waren. Bestimmte Materialfüllstofftypen und/oder Füllstoffteilchengeometrien können verwendet werden, um die Durchlässigkeit von Licht durch das Material zu beeinflussen, das, wie hier beschrieben wird, verwendet werden kann, die Laserkerbprozess-Variabilität auf Pegel herabsetzen kann, die die Verwendung von Abdeckmaterialien über Airbags ermöglichen, die dünner sind, kostengünstiger sind, ein geringeres Gewicht haben, wetterfester sind und/oder ein luxuriöseres Gefühl geben als bisher bekannt ist.
In 1 ist eine Schnittansicht eines beispielhaften Fahrzeug-Armaturenbretts 10 mit einem darunter installierten Airbagmodul 12 gezeigt. Es ist festzustellen, dass weder 1 noch irgendeine andere der vorliegenden Figuren notwendigerweise maßstabsgerecht sind. Das Armaturenbrett enthält eine oder mehrere Materialschichten, und jede Schicht kann ihren eigenen, getrennt geschwächten Bereich bzw. Reißnaht für die Bildung von Öffnungen für die Airbagentfaltung enthalten. Der in der Figur gezeigte Teil des Armaturenbretts 10 ist die Passagierseite des Armaturenbretts 10 und enthält ein Substrat 14, eine Abdeckung 16 und eine Reißnaht 18. Die Reißnaht 18 ist in diesem Beispiel eine nicht sichtbare Reißnaht. Die gezeigte besondere Reißnaht 18 ist im Allgemeinen rechteckig und so angeordnet, dass sie mit darunter liegenden Komponenten des Airbagmoduls übereinstimmt. Die Reißnaht kann andere bekannte Formen annehmen, wie eine U-Form, eine H-Form oder eine X-Form, um einige wenige Beispiele zu nennen. Ein Airbag auf der Fahrzeug-Passagierseite wird nur als ein Beispiel für einen Typ von Airbag verwendet, der von der folgenden Offenbarung profitieren kann, aber jeder Typ von Tafel zur Verwendung über einem Fahrzeug-Airbag kann gemäß dieser Lehre verwendet werden.
Das Airbagmodul 12 ist irgendeine Komponente oder Vorrichtung, die einen Airbag enthalten kann, der so angeordnet ist, dass er sich in die Kabine eines Fahrzeugs entfaltet, wenn er aufgeblasen wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Airbagmodul 12 ein Passagier-Airbagmodul und enthält einen Airbagbehälter 20 und ein Gehäuse 22. Ein Airbag entfaltet sich aus dem Behälter 20 zu der Tafel 10 und dem Fahrzeuginneren hin, wenn dies erforderlich ist. Das Gehäuse 22 stützt den Airbagbehälter 20 unterhalb des Armaturenbretts 10 und kann einen Schacht 24 enthalten, der hilft, den Airbag während der Entfaltung zu führen. Dies ist nur eine Version eines Airbagmoduls, während andere Module einen Behälter oder ein separates Gehäuse nicht zu enthalten brauchen und andere Typen von Komponenten enthalten können, um die Funktionalität des Airbags zu gewährleisten. Bei den besonderen, in den 1–3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist eine Airbagtür 26 aus dem Teil des Substrats 14 gebildet, der innerhalb der Reißnaht 18 während der Airbagentfaltung liegt, wenn die Reißnaht so funktioniert, dass sie die Entfaltungsöffnung bildet.
2 ist eine Querschnittsteilansicht des Armaturenbretts nach 1, die durch die Reißnaht 18 genommen ist. Das Substrat 14 ist die Hauptkomponente des Armaturenbretts 10, an der andere Komponenten angebracht und/oder sich von dieser erstrecken können für funktionelle oder ästhetische Zwecke, und enthält eine innere und eine äußere Oberfläche 28 und 30. Die Dicke des Substrats liegt im Allgemeinen zwischen 2,0 mm und 4.0 mm für auf Polymer basierende Materialien. Die Abdeckung 16 liegt über dem Substrat 14 und kann für dekorative Zwecke vorgesehen sein. Die Abdeckung enthält eine sichtbare äußere Oberfläche 32 und eine entgegengesetzte innere Oberfläche 34. Die Abdeckung 16 kann durch einen geeigneten Klebstoff oder durch ein anderes Mittel an der äußeren Oberfläche 30 des Substrats 14 angebracht sein, derart, dass ihre Kanten um die Kanten des Substrats 14 herum gelegt und an der inneren Oberfläche 28 befestigt sind.
Bei dem besonderen Ausführungsbeispiel nach 2 ist die Abdeckung 16 ein Doppelschichtmaterial, das eine Hautschicht 36 und eine innere Schicht 38 enthält. Die Hautschicht 36 ist im Allgemeinen dekorativ und im Wesentlichen nicht strukturell und kann aus einem biegsamen Material gebildet sein. Die Hautschicht liefert die sichtbare äußere Oberfläche 32 der Abdeckung 16 und enthält auch eine entgegengesetzte innere Oberfläche 40. Die innere Schicht 38 kann aus einem komprimierbaren Schaummaterial gebildet sein und liegt zwischen dem Substrat 14 und der Hautschicht 36. Die innere Schicht 38 gemäß diesem Beispiel liefert die innere Oberfläche 34 der Abdeckung und enthält auch eine entgegengesetzte äußere Oberfläche 42. Die innere Schicht 38 kann enthalten sein, um ein weicheres Griffgefühl für die Abdeckung 16 und das gesamte Armaturenbrette zu erhalten als in dem Fall, in welchem die Hautschicht in direktem Kontakt mit dem starreren Substrat 14 ist. Die innere Schicht 38 kann auch helfen, unebene Bereiche in dem darunter liegenden Substrat auszugleichen, Substratmerkmale zu verbergen und den Hautschichten eine festere Struktur zu verleihen, die ansonsten zu dünn und/oder flexibel sein können, um in einem Herstellungsumfeld praktisch gehandhabt zu werden.
Die Schichten 36 und 38 können als getrennte, unverbundene Schichten für die Befestigung an dem Substrat 14 vorgesehen sein, oder sie können koextrudiert, laminiert, durch Klebstoff verbunden oder in anderer Weise miteinander verbunden sein, um die Abdeckung 16 getrennt von dem Substrat 14 zu bilden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die innere Schicht 38 in ihrer Lage gebildet werden durch Anordnen eines expandierbaren Materials wie Polyurethanschaum zwischen der Hautschicht 36 und dem Substrat 14. Die Abdeckung 16 kann zusätzliche, nicht gezeigte Schichten enthalten, wie beispielsweise dazwischen angeordnete Klebstoffschichten, Farbfilmschichten oder zusätzliche Zwischenschichten ähnlich der Schicht 38. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die innere Schicht 38 weggelassen, so dass die Hautschicht die Abdeckung 16 ist.
Individuelle Schichtdicken können variieren, aber die Gesamtdicke der Abdeckung 16 kann im Bereich von etwa 0,2 mm bis etwa 6 mm liegen, gemäß den individuellen Schichtdicken, und vorzugsweise im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 4.0 mm. Die Dicke der Hautschicht 36 kann im Bereich von etwa 0,2 mm bis etwa 1,0 mm liegen, und vorzugsweise im Bereich von etwa 0,3 mm bis etwa 0,7 mm. Die gewählte Hautschichtdicke hängt von mehreren Variablen wie dem Materialtyp, der Herstellbarkeit und der gewünschten Ästhetik ab, um einige zu nennen. Die Dicke der inneren Schicht 38 kann im Bereich von etwa 0,5 mm bis zu etwa 5,0 mm oder mehr liegen, beispielsweise abhängig von dem gewünschten Gefühl des Armaturenbretts. Bei einem Ausführungsbeispiel hat die Abdeckung 16 eine Gesamtdicke von etwa 2,0 mm, wobei die Hautschicht 36 etwa 1,0 mm dick ist und die innere Schicht 38 etwa 1,0 mm dick ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Hautschicht etwa 0,5 mm dick und die innere Schicht etwa 3,5 mm dick, so dass die Gesamtdicke der Abdeckung 4,0 mm beträgt. Selbstverständlich sind dies nicht beschränkende Beispiele, da es mehrere geeignete Kombinationen von Schichtdicken gibt.
Die in den beschriebenen Tafelkomponenten verwendeten Materialien können Polymermaterialien enthalten, die gemäß ihren jeweiligen Funktionen ausgewählt sind. Das Substrat 14 kann aus gefüllten oder ungefüllten thermoplastischen Materialien wie Materialien auf Polyolefinbasis wie Polypropylenen oder thermoplastischen Olefinen (TPOs) oder aus anderen thermoplastischen Kunststoffen wie ABS, ABS/PC, Nylon, usw. gebildet sein. Geeignete Substrat-Füllstoffmaterialien enthalten, aber nicht hierauf beschränkt, kurze oder lange Glasfasern oder Füllstoffe auf Mineralbasis. Polypropylen mit einem Füllstoffmaterial enthaltend lange Glasfasern in einer Menge von 20–30 Gew.-% ist ein Beispiel für ein geeignetes Substratmaterial, aber andere Polymer- oder Nichtpolymermaterialien oder Verbundstoffe können verwendet werden. Die Hautschicht 36 kann aus jedem von verschiedenen Materialien gebildet sein, die typischerweise im Fahrzeuginneren verwendet werden, enthaltend TPOs, thermoplastische Elastomere (TPEs), Polyvinylchlorid (PVC), thermoplastische Polyurethane (PURs), Leder, Kunstleder oder andere Typen. Die Materialauswahl kann auf einer Anzahl von Faktoren basieren, enthaltend den gewünschten Typ der Textur der äußeren Oberfläche 32, das Griffgefühl des Materials, die Kosten, die Verarbeitbarkeit, oder andere. Auf Olefinen basierende Materialien wie TPOs oder andere Polymere auf der Grundlage von Äthylen, PropElen, Butylen oder Butadien, oder Mischungen, Legierungen oder Kopolymere hiervon können aufgrund ihrer niedrigen Kosten, geringen Dichte und weiten verfügbare Eigenschaftsbereichen bevorzugt sein. Das Hautschichtmaterial kann Füllstoffmaterialien oder Additive enthalten, von denen einige durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten sein können, wie nachfolgend im Einzelnen diskutiert wird. Die innere Schicht 38 kann aus einem Schaummaterial gebildet sein, um dem Armaturenbrett ein weiches, aber elastisches Gefühl zu geben. Veranschaulichende Polymerschaummaterialien für die innere Schicht 38 enthalten Schaum auf Polyolefinbasis, Polyurethanschaum, Schaum auf Acrylbasis oder Polyesterschaum, um einige zu nennen. Einige dieser Materialien können vernetzt sein für zusätzliche Elastizität und können offene oder geschlossene Zellstrukturen enthalten. Andere Nichtschaummaterialien wie Filz oder textile Fasern können ebenfalls verwendet werden.
Die Reißnaht 18 kann mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben werden. Der hier verwendete Begriff ”Reißnaht” bezieht sich auf jede Struktur, die beabsichtigt ist, jeden Bereich einer Fahrzeugkomponente für den Zweck zu schwächen, einem Airbag die Möglichkeit zu geben, zu brechen, zu spleißen, sich zu teilen, oder in anderer Weise einen Weg durch die Komponente oder um diese herum während der Airbagentfaltung zu schaffen. Eine Reißnaht kann sich auf nur einen Teil einer vollständig gemusterten Reißnaht beziehen, wie auf einen Schenkel einer U-förmigen Reißnaht oder eines anderen gekrümmten Musters aus geschwächten Bereichen. Eine beispielhafte Reißnaht 18 ist in dem Armaturenbrett 10 gebildet und erstreckt sich von der inneren Oberfläche 28 des Substrats 14 und zumindest teilweise durch die Abdeckung 16. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Reißnaht 18 durch die Dicke des Substrats 14, durch die Dicke der inneren Schicht 38 und teilweise durch die Hautschicht 36. Die Reißnaht 18 enthält mehrere Beanspruchungskonzentratoren (am besten ersichtlich in 3) in der Form von Laserschnitten 44, die entlang eines vorbestimmten Entfaltungsöffnungsortes angeordnet sind. Die Schnitte 44 können unter einem Winkel θ gebildet sein, der im Bereich von etwa 45 Grad bis 90 Grad in Beziehung auf die Substratoberfläche 28 liegt. Wie gezeigt ist, ist der Winkel θ kleiner als 90 Grad, was bestimmte Vorteile bieten kann, wie im Einzelnen in der US-Patentanmeldung Nr. 13/039 764 angegeben ist, die am 3. März 2011 angemeldet wurde und die hier in ihrer Gesamtheit einbezogen wird.
Jeder Laserschnitt 44 in den Figuren ist ein Loch oder eine Vertiefung in der Form eines länglichen Fingers, das/die sich nicht vollständig durch die Abdeckung 16 erstreckt. Jeder Schnitt hat angenähert die Breite des Laserstrahls, der ihn gebildet hat, und erstreckt sich in die Abdeckung 16 mit einem gegenseitigen Abstand D. Der Abstand D kann im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 5,0 mm liegen, und kann mit hochflexiblen Hautschichten im Bereich von etwa 1,5 mm bis etwa 3,5 mm liegen. Niedrigere Werte für D sind bevorzugt, um die Reißnahtfunktion zu verbessern, aber bei Restwanddicken (nachfolgend diskutiert), deren Werte zu niedrig sind, können visuelle Defekte auf der sichtbaren Oberfläche der Hautschicht auftreten. Die dargestellten Schnitte 44 und ihre Anordnung sind beispielhaft, da der Winkel θ variieren kann, der Abstand D variieren kann und/oder unregelmäßig sein kann, und einige Schnitte 44 verschiedene Tiefe als andere haben können, wobei sie sich in einigen Fällen nur so weit in die Tafel wie die Substratschicht 14 oder die innere Schicht 38 erstrecken können. Der Abstand D kann entlang Bereichen der Reißnaht 18 ausreichend niedrig sein, um eine kontinuierliche Nut derart zu bilden, dass individuelle Schnitte 44 einander überlappen und nicht voneinander unterscheidbar sind. Während sie als eine einzelne Reißnaht 18, die kontinuierlich durch die verschiedenen Schichten der Tafel 10 gebildet sind, gezeigt ist, kann jede Schicht auch so beschrieben werden, dass sie ihre eigene individuelle Reißnaht hat, und bei einigen Ausführungsbeispielen enthalten eine oder mehrere Schichten der Tafel 10 keine Reißnaht.
Jeder Schnitt 44 erstreckt sich in die Hautschicht 36, um eine Restwanddicke (RWT) an dem distalen Ende von jeder zu definieren. Die RWT ist in den Figuren als t bezeichnet und kann im Bereich von etwa 0,08 mm bis etwa 0,5 mm liegen, abhängig von der Dicke der Hautschicht 36 und anderen Faktoren wie dem Hautschichtmaterial und/oder dem Abstand D zwischen den Laserschnitten. Beispielsweise kann ein Wert für RWT, der etwa die Hälfte der Dicke der Hautschicht oder weniger ist, geeignet sein für eine ordnungsgemäße Reißnahtfunktion bei einigen Materialien. Die RWT, die in Hochverlängerungs-Hautschichten wie solchen, die aus bestimmten TPO-Formulierungen gebildet sind, liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 20% bis etwa 40% der Dicke der Hautschicht oder weniger für eine ordnungsgemäße Reißnahtfunktion. Beispielsweise haben einige TPO-Formulierungen Werte für eine Verlängerung bis zum Reißen, die größer als 200% sind, wenn sie gemäß ASTM D412 geprüft werden. Einige andere TPO-Formulierungen haben Verlängerungswerte bis zum Bruch, die höher als 300% sind, während andere solche Werte von über 800% oder bis zu 1000% haben. Hautschichtmaterialien mit relativ hohen Verlängerungseigenschaften können bewirken, dass die Reißnaht nicht ordnungsgemäß funktioniert – d. h., nicht brechen oder reißen –, wenn die RWT zu hoch ist. Bei einem Ausführungsbeispiel liegt die bevorzugte Restwanddicke t im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 0,2 mm für einige Hautschichten wie denjenigen, die aus bestimmten TPO-Formulierungen hergestellt sind. Beispielsweise kann eine bevorzugten Hautschicht mit hoher Verlängerung eine Dicke von etwa 0,5 mm und eine durchschnittliche RWT von etwa 0,15 mm haben, oder einen RWT-Wert, der etwa 30% der Hautschichtdicke beträgt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Hautschicht mit hoher Verlängerung eine Dicke im Bereich von etwa 0,3 mm bis etwa 0,4 mm und einen durchschnittlichen RWT-Wert von etwa 0,1 mm oder etwa 25–33% der Hautschichtdicke haben. Wie nachfolgend diskutiert wird, wurden vor der Entwicklung der nachfolgend beschriebenen Materialien und Techniken derartig niedrige Werte für RWT nicht erfolgreich durch Laserkerben hergestellt, insbesondere mit Materialien hoher Verlängerung wie TPOs.
4 illustriert eine Technik zum Steuern der RWT bei jedem Laserschnitt. Ein Laserschneidsystem 100 enthält eine Lichtquelle 102 und einen Sensor 104, die auf entgegengesetzten Seiten einer Abdeckung 16, die die Hautschicht 36 enthält, angeordnet sind. Das darunter liegende Substrat 14 wurde aus Gründen der Einfachheit in der Figur weggelassen, aber ist wie in den vorhergehenden Figuren angeordnet in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthalten. Die Hautschicht 36 kann allein lasergekerbt werden, mit einem darunter liegenden Substrat, mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten wie der inneren Schicht 38 wie gezeigt, oder mit einem Substrat und einer oder mehreren zusätzlichen inneren Schichten. Beispielhafte Techniken zum Schneiden durch mehrere Schichten unterschiedlicher Typen von Tafelmaterialien, enthaltend die Verwendung von mehreren Laserenergiepegeln, sind in der vorher erwähnten US-Patentanmeldung Nr. 13/039 764 offenbart. Die Lichtquelle 102 ist so ausgebildet und angeordnet, dass sie einen Strahl 106 aus Laserlicht zu der inneren Oberfläche 40 der Hautschicht richtet. Der Sensor 104 ist der äußeren Oberfläche 32 der Hautschicht zugewandt und befindet sich innerhalb des projizierten Pfads des Strahls 106 und ist so ausgebildet, dass er die Energie von der Laserlichtquelle 102 erfasst. Beispielsweise kann der Sensor 104 so ausgebildet sein, dass er Licht mit einer bestimmten Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs, der die Laserlicht-Wellenlänge enthält, erfasst. Die Laserlichtquelle 102 und der Sensor 104 sind so ausgebildet, dass sie sich zusammen bewegen, wenn sich die Quelle 102 entlang eines Pfads (von links nach rechts in der Figur) bewegt, der den Strahl 106 auf verschiedene aufeinanderfolgende Orte wie A-B-C-D entlang des vorbestimmten Entfaltungsöffnungsorts zur Bildung der Reißnaht richtet.
Um einen Laserschnitt 44 in der Abdeckung mit dem gewünschten Wert für t zu bilden, wird die Quelle 102 erregt und richtet den Strahl 106 zu der inneren Oberfläche der Hautschicht, wie gezeigt ist. Wenn der Strahl zuerst auf die Abdeckung 16 auftrifft, erfasst der Sensor 104 im Allgemeinen keine Lichtenergie aus der Richtung der Quelle 102, da die Durchlässigkeit oder der Bruchteil des Lichts (bei der bestimmten interessierenden Wellenlänge), der vollständig durch die Abdeckung hindurchgeht, im Wesentlichen null ist, wenn die Abdeckung 16 ihre vollständige Dicke hat. An einem Punkt während des Bildens eines individuellen Schnitts erstreckt sich der Strahl 106 in die Abdeckung 16 um einen Abstand, der ausreichend ist, um zu bewirken, dass die Durchlässigkeit größer als null ist, typischerweise gerade bevor oder nachdem er sich teilweise in die Hautschicht 36 erstreckt. Der Sensor 104 erfasst die Intensität oder Menge des durch die verbleibende Dicke der Abdeckung 16 übertragenen Lichts, während ein Schnitt 44 gebildet wird. Das System 100 ist automatisiert und so ausgebildet, dass das Schneiden an einem bestimmten Schneidort angehalten wird, wenn der Sensor 104 eine vorbestimmte Lichtmenge erfasst, die durch die verbleibende Dicke der Hautschicht 36 von der Quelle 102 übertragen wird. Die vorbestimmte Lichtmenge, die für eine bestimmte Abdeckung oder Tafelanordnung die gewünschte RWT ergibt, kann experimentell bestimmt und in dem System 100 als eine vom Benutzer gesetzte ”Abschaltspannung” dargestellt werden, d. h., eine Einstellung, die das System 100 darüber informiert, bei welcher Sensorausgangsspannung (korreliert auf die erfasste Lichtmenge) ist das Schneiden an einem Schneidort anhalten und sich entlang des gewünschten Reißnahtpfads zu dem nächsten Schneidort bewegen soll.
Wie aus der Operation des Systems 100 ersichtlich ist, ist die Lichtdurchlässigkeit durch ein Abdeckungsmaterial eine Funktion von zumindest der Dicke des Materials. Es wurde auch gefunden, dass die Durchlässigkeit eine Funktion der Farbe des Abdeckungsmaterials ist, und insbesondere der Farbe der Hautschicht 36. Beispielsweise können dunklere Materialien eine niedrigere Durchlässigkeit als hellere Materialien derselben Dicke haben. Dies wurde experimentell bestimmt durch Beobachten der Sensorabschaltspannung beim Laserschneiden von Materialien mit unterschiedlichen Farben. Hautschichtmaterialien mit relativ hoher Durchlässigkeit können ein Problem beim Laserkerben dadurch bewirken, dass, wenn die Durchlässigkeit bei einer gegebenen Dicke relativ hoch ist – d. h., das Material für Laserlicht durchlässiger ist –, die Sensorabschaltspannung erreicht werden kann ohne graduelle Zunahme der zu der Abschaltspannung führenden Sensorspannung. Mit anderen Worten, die erste von dem Sensor erfasste Lichtmenge kann ausreichend sein, um unmittelbar die Abschaltspannung zu erreichen, und das System hält das Schneiden an und indiziert zu dem nächsten Schneidort. Wenn beispielsweise ein gepulster Laser zum Schneiden verwendet wird, kann die Sensorabschaltspannung manchmal bei dem ersten Impuls des Lasers in die Hautschicht erreicht sein. Diese Erscheinung führt zu einem Schnitt mit einer RWT, die nahezu die vollständige Dicke der Abdeckung ist, die keine ausreichende Beanspruchungskonzentration liefert, um als Teil einer Reißnaht zu funktionieren. Anders gesagt, der Störungsabstand ist für den Sensor zu niedrig, um ordnungsgemäß zu funktionieren und gleichmäßige RWT-Werte an jedem Schneidort zu liefern.
Es wurde entdeckt, dass die Durchlässigkeit auch eine Funktion des Schneidorts sein kann, wenn in weitem Umfang verfügbare Hautschichtmaterialien lasergekerbt werden. Mit anderen Worten, die Durchlässigkeit kann von einem Laserschneidort zu einem anderen variieren. Diese Erscheinung wurde bei Laserschneidexperimenten entdeckt, die bei schwarzem Hautschichtmaterial und einem heller gefärbten Hautschichtmaterial durchgeführt wurden, jeweils mit derselben TPO-Basismaterialzusammensetzung und einer Hautschichtdicke von 0,5 mm. Aus Gründen der Einfachheit wird in der folgenden Erläuterung das heller gefärbte Hautschichtmaterial als grau bezeichnet. Die Linien in dem Diagramm nach 5 sind allgemeine Darstellungen der Ergebnisse (das Diagramm enthält nicht die tatsächlichen Daten). Der Schneidort ist entlang der x-Achse des Diagramms aufgetragen, und die Anzahl von Laserimpulsen, die erforderlich sind, die Sensorabschaltspannung zu erreichen, ist entlang der y-Achse aufgetragen, wobei jeder Laserimpuls dieselbe Energiedichte und denselben Tastgrad hat, und die Anzahl von Schneidorten in der gezeigten Probe etwa 50 aufeinanderfolgende Orte beträgt. Für die Zwecke der Experimente wurde die Sensorabschaltspannung auf einen unterschiedlichen Pegel für jede Farbe des Materials gesetzt, um zu bewirken, dass die durchschnittliche Anzahl von Impulsen (y-Achse) zwischen Materialien vergleichbar ist für einen adäquaten Vergleich der Veränderung. Ein Infrarot-CO₂-Laser (λ = 10.600 nm) wurde zum Schneiden verwendet.
Das bemerkenswerteste Ergebnis in dem Diagramm nach 5 ist der viel größere Bereich hinsichtlich der Anzahl von Impulsen, die erforderlich sind, um die Sensorabschaltspannung mit dem grauen Material zu erreichen, wenn dies mit dem schwarzen Material verglichen wird. Die Standardabweichung unter schwarzen Proben betrug im Durchschnitt etwa 4,3 Impulse mit einem zentralen Mittelwert von etwa 40 Impulsen, während die Standardabweichung unter grauen Impulsen im Durchschnitt das Dreifache von etwa 11,7 Impulsen um einen zentralen Mittelwert von etwa 50 Impulsen herum betrug. Die Standardabweichung für die tatsächlich erfasste Abschaltspannung wurde auch berechnet und betrug etwa 02 V für das schwarze Material und etwa 0,4 V für das graue Material. Wie ersichtlich ist, variierte die Durchlässigkeit zwischen den Schneidorten bei dem nichtschwarzen Material um einen viel größeren Grad. Das graue Hautschichtmaterial enthielt einige Laserschnitte, die die äußere Oberfläche der Haut durchdrangen, und einen großen Teil von Laserschnitten, die nicht die gewünschte RWT erreicht, die bei diesem Experiment 0,15 mm betrug. Es wird angenommen, dass das natürlicherweise stärker absorbierende schwarze Material die Tendenz hat, die ortsvariable Natur der Durchlässigkeit zumindest teilweise zu maskieren, die anderenfalls in dem Basishautschichtmaterial vorhanden ist. Jedoch zeigte selbst bei schwarzen PPO-Hautschichten das Laserkerben einer Reißnaht in eine Hautschicht mit einer kleineren Dicke von 0,4 mm Probleme ähnlich denen, die sich bei dem grauen Material von 0,5 mm zeigten.
Neue Materialformulierungen für Abdeckungshautschichten wurden als Antwort auf diese hohen Pegel der Variation in dem Laserschneidprozess entwickelt. Diese Formulierungen haben eine bemerkenswerte Verbesserung hinsichtlich der Durchlässigkeitsveränderung über den gesamten Bereich der Hautschicht gezeigt. Beispielsweise zeigen, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird, einige Ausführungsbeispiele, die in derselben grauen Farbe wie diejenigen bei den vorbeschriebenen Experimenten formuliert waren, Standardabweichungen bei demselben Experimenttyp, die so niedrig wie oder vergleichbar mit den Standardabweichungen sind, die vorstehend in Verbindung mit dem schwarzen Hautschichtmaterial beschrieben sind. Weiterhin zeigen schwarze Formulierungen, die die nachfolgend beschriebenen, neu entwickelten Zusammensetzungen verwenden, ebenfalls proportionale Verkleinerungen der Prozessvariation. Diese Verbesserungen können die Verwendung von sogar noch dünneren Hautschichtmaterialien aufgrund der sich ergebenden Erweiterung des Laserschneidprozessfensters ermöglichen.
Gemäß 6 kann ein beispielhaftes Hautschichtmaterial 200 eine Harz- oder Polymermatrix 210 und eine oder mehrere durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten 220 enthalten. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die eine oder die mehreren durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten zusätzlich zu Ruß. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Hautschichtmaterial im Wesentlichen frei von Ruß, was bedeutet, dass das Material nur Spurenmengen von Ruß oder Mengen, die ausreichend niedrig sind, um die Lichtdurchlässigkeit des Materials nicht substantiell zu beeinträchtigen, enthält. Die in 6 gezeigte simulierte Mikrografik hat einen angenäherten mikroskopischen Maßstab. Die Polymermatrix 210 kann jedes der vorgenannten Materialien für die Verwendung im Fahrzeuginneren wie TPO, TPE, PUR, PVC, Mischungen oder Legierungen enthaltend diese Materialien, oder andere Typen von Material oder Legierung mit der gewünschten Ästhetik oder dem gewünschten Gefühl enthalten. Die Matrix 210 ist so benannt, da sie die Komponente des Materials 200 ist, in der die durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten 220 verteilt oder dispergiert sind. Die Matrix 210 enthält alle der Polymerkomponenten des Materials 200. Während thermoplastische Materialien bevorzugt werden können, ist es möglich, dass die Matrix 210 zumindest teilweise vernetzt ist oder sein kann und einige wärmehärtbare Eigenschaften annehmen kann.
Durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten 220 sind Bestandteile des Materials 200, die bestimmt wurden, um das Material 200 mit erhöhten optischen Eigenschaften, die sich auf Laserkerbprozesse beziehen, zu versehen. Viele der nachfolgend beschriebenen durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten sind anorganische Füllstoffe, aber der Fachmann wird in Kenntnis der vorliegenden Offenbarung wahrscheinlich in der Lage sein, diese Lehre auf organische Füllstoffe oder andere Bestandteile, die keine Füllstoffmaterialien in einem herkömmlichen Sinn sind, anzuwenden. Wie weiter im Einzelnen beschrieben wird, können durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten 220 in zumindest zwei unterschiedlichen Weisen funktionieren, um die Variabilität von Laserkerbprozessen zu verringern. Durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten 220 können funktionieren, indem die Hauptmassedurchlässigkeit des Materials 200 im Vergleich zu der Matrix 210 allein reduziert wird, oder indem Füllstoffmaterialien gleichförmiger verteilt werden, um die Abhängigkeit der Durchlässigkeit von dem Ort jedes Laserschnitts zu verringern. Das Herabsetzen der Hauptmassedurchlässigkeit des Materials kann ermöglichen, dass die vorgenannte Prozessabschaltspannung auf einen Wert gesetzt wird, der dem Sensor ermöglicht, in einem besser verwendbaren Bereich zu arbeiten und/oder die effektive Auflösung des Sensors zu erhöhen. Eine gleichförmigere Verteilung von Füllstoffmaterialien kann die Gleichmäßigkeit des Laserschneidprozesses erhöhen, indem sichergestellt wird, dass ähnliche Mengen des Füllstoffmaterials an jedem Schneidort von dem Laserlicht angetroffen werden.
Bei dem besonderen Ausführungsbeispiel nach 6 können durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten 220 als zweidimensionale Füllstoffe oder als Mikroflocken beschrieben werden. Die individuellen Füllstoffelemente sind in ihrer Konfiguration flockenartig, aber im Allgemeinen flach mit entgegengesetzten Hauptflächen, die durch eine vergleichsweise kleine Dicke getrennt sind und ein Seitenverhältnis von etwa 50 oder mehr haben können, wobei das Seitenverhältnis gleich der größten Abmessung einer individuellen Flocke geteilt durch ihre kleinste Abmessung ist. Beispielsweise hat eine Mikroflocke mit einer größten Abmessung von 100 μm und einer kleinsten Abmessung von 1 μm ein Seitenverhältnis von 100. Bei einem Ausführungsbeispiel hat die Mikroflocke durchschnittlicher Größe eine größte Abmessung von etwa 10 m oder weniger (über eine der Hauptflächen). Bei einem anderen Ausführungsbeispiel hat eine Mikroflocke maximaler Größe eine größte Abmessung, die weniger als etwa 10 μm beträgt. Vorzugsweise haben die Mikroflocken eine größte Abmessung, die etwa 5 μm oder weniger beträgt. Für die Zwecke der Durchlässigkeitsherabsetzung in einem Hautschichtmaterial, bei dem Materialeigenschaften wie ein weiches Gefühl und Flexibilität wünschenswert sein können, kann das Seitenverhältnis so hoch wie praktisch möglich sein, um die Oberfläche der Mikroflocken zu maximieren. Dies kann helfen, die gesamte Menge an Mikroflocken zu minimieren, die erforderlich ist, die Materialdurchlässigkeit um den gewünschten Betrag herabzusetzen, so dass die mechanischen Eigenschaften der Matrix 210 durch die Hinzufügung der Mikroflocken nicht wesentlich beeinträchtigt werden. Mikroflocken zur Durchlässigkeitsherabsetzung können in einer Menge von etwa 5% oder weniger (0–5 Gew.-%) der gesamten Zusammensetzung des Materials 200 vorhanden sein, abhängig von der Zusammensetzung und Größe des Flockenmaterials und von dem Typ, der Menge und der Größe von anderen Füllstoffen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind Mikroflocken in einer Menge von etwa 2 Gew.-% enthalten und können Kalk enthalten.
6 zeigt eine Hauptfläche jeder Mikroflocke. Individuelle Mikroflocken können unregelmäßig geformten Kanten oder Perimeter haben, wie gezeigt ist, und können in dem Material der Hautschicht so angeordnet sein, dass die Hauptflächen einer Majorität der Mikroflocken lokal in derselben Richtung wie die inneren und/oder äußeren Oberflächen der Hautschicht orientiert sind. Es wird angenommen, dass diese Orientierung den durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten zumindest einen Teil ihrer Funktionalität gibt. Beispielsweise können Mikroflocken aus einem Material bestehen, das zumindest teilweise die besondere(n) Wellenlänge(n) des betreffenden Lichts absorbiert oder reflektiert. Wenn sie wie beschrieben orientiert sind, können sie die Wahrscheinlichkeit, dass ein Lichtstrahl, der auf oder in einen Teil des Materials 200 fällt, auf ein durchlässigkeitsherabsetzendes Teilchen trifft, erhöhen, so dass die gesamte Lichtmenge, die vollständig durch das Material übertragen wird, geringer als die Menge ist, die anderenfalls durch die Matrix 210 übertragen würde. Im Wege eines Vergleichs zeigt 7 Füllstoffteilchen 230, die keine Mikroflocken sind, verteilt in derselben Matrix 210. 7 ist eine veranschaulichende Simulation von Füllstoffteilchen 230 mit derselben Anzahl, Masse und Anordnung wie die Mikroflocken 220 in 6, mit der Ausnahme, dass die Teilchen 230 im Allgemeinen dreidimensional, z. B. kugelförmig oder ellipsenförmig sind. Mit anderen Worten, die Teilchen 230 haben Oberflächen, die nahezu minimiert für die gegebene Masse oder das Volumen jedes Teilchens sind. Wenn sie miteinander verglichen werden, zeigen die repräsentativen Materialquerschnitte der 6 und 7, wie Mikroflocken in durchlässigkeitsherabsetzender Weise wirken können, indem sie mit einem größeren Prozentsatz der Querschnittsfläche desselben Anteils von Material füllen als es dieselbe Menge von Teilchen 230 derselben Zusammensetzung tut. Um einen ähnlichen Prozentsatz der Querschnittsfläche des dargestellten Teils von Material als die Mikroflocken 220 in 6 zu füllen, wäre eine viel größere Menge an Füllstoffmaterial erforderlich und würde wahrscheinlich die mechanischen Eigenschaften des Gesamtmaterials beeinträchtigen, z. B. erhöhen der Steifheit und/oder Härte des Materials.
Die in 6 gezeigte und beschriebene Mikroflockenorientierung kann durch Polymerverarbeitungstechniken wie Extrusion, Kalandrieren, Filmstrecken, Spritzgießen oder andere Typen von Prozessen erhalten werden, die bewirken, dass die Matrix 210 fließt, während sie die Form ändern. Durchlässigkeitsherabsetzungsmittel 220 können aus jedem Material hergestellt sein, das geeignet ist, die Durchlässigkeit der gewünschten Wellenlänge von Licht durch es hindurch im Vergleich mit der Matrix 210 zu verhindern oder zumindest herabzusetzen. Geeignete Materialien können anorganische Materialien wie Talk, Mika, Graphit, Metalle, Keramiken, Glas oder verschiedene Typen von Materialien auf Mineralbasis enthalten. Es kann möglich sein, durchlässigkeitsherabsetzende Mittel 220 auch aus organischen Materialien zu bilden, wie Zellstoff oder andere Fasern, die geformt oder in anderer Weise gestaltet werden können, um eine durchlässigkeitsherabsetzende Wirkung zu haben, oder wie andere Polymermaterialien. Beispielsweise kann sich der Fachmann Verfahren zum Formen elastomerer Stoßmodifizierer ausdenken, die als Durchlässigkeitsherabsetzungsmittel für bestimmte Wellenlängen von Licht wirken.
Während viele bekannte Typen von Füllstoffteilchen, die keine Mikroflocken sind, in dem Material 200 enthalten sein können, sind sie keine durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten, wenn sie nicht bestimmten Kriterien wie einer Verteilung von Teilchen genügen. Genauer gesagt, um eine durchlässigkeitsherabsetzende Komponente zu sein, muss eine Gruppe von Füllstoffteilchen – enthaltend sämtliche Füllstoffteilchen einer in der Materialzusammensetzung enthaltenden besonderen Zusammensetzung – eine enge Teilchengrößenverteilung (PSD) haben und wahlweise eine maximale Teilchengröße haben. Beispielsweise enthält ein Ausführungsbeispiel einer durchlässigkeitsherabsetzenden Komponente Teilchen mit einer Teilchengrößenverteilung, die im Wesentlichen monomodal ist. Der hier verwendete Begriff ”monomodal” bezieht sich auf eine PSD, die für den Typ von Teilchen, auf den er bezogen ist, atypisch eng ist. Wenn beispielsweise eine typische PSD für einen veranschaulichenden Typ von Füllstoff im Bereich von 25 μm–50 μm liegt, wird eine PSD, die im Bereich von 30 μm–35 μm liegt, als im Wesentlichen monomodale Verteilung angesehen. Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die durchlässigkeitsherabsetzende Komponente Füllstoffteilchen mit einer PSD derart, dass die maximale Teilchengröße etwa 5 μm größer als die minimale Teilchengröße in der Verteilung ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel enthält die durchlässigkeitsherabsetzende Komponente Füllstoffteilchen mit einer PSD derart, dass die maximale Teilchengröße etwa 5 μm beträgt und die Breite der Verteilung kleiner als 5 μm ist. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel enthält die durchlässigkeitsherabsetzende Komponente Füllstoffteilchen mit einer PSD derart, dass die maximale Teilchengröße weniger als etwa 10 μm beträgt und die Breite der Verteilung in einem Bereich von etwa 5 μm bis etwa 9,9 μm ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die durchlässigkeitsherabsetzende Komponente Färbemittelteilchen mit einer im Wesentlichen monomodalen PSD. Färbemittelteilchen können bekannte Färbemitteltypen wie verschiedene Oxide, Ruß, TiO₂ oder andere enthalten. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel enthält die durchlässigkeitsherabsetzende Komponente Teilchen aus Kalziumkarbonat, Talk oder anderen anorganischen oder auf Mineralen basierende Materialien.
Eine enge PSD kann durch bekannte Techniken erhalten werden, wie durch Hindurchgehen von Füllstoffteilchen durch ein erstes Filter mit einer ersten Maschengröße und Sammeln der Teilchen, die durch das erste Filter hindurchgehen. Diese Teilchen können dann einem zweiten Filtervorgang mit einer zweiten Maschengröße, die kleiner als die erste ist, unterzogen werden, und die Teilchen, die nicht durch das zweite Filter hindurchgehen, können gesammelt werden, um die im Wesentlichen monomodale Verteilung zu erhalten. Die PSD einer gegebenen Menge von Füllstoffteilchen mit einer bekannten PSD kann auch verengt werden, indem die Füllstoffteilchen durch ein Filter hindurchgehen, das eine Maschengröße hat, die ausreichend klein ist, um zumindest einen Teil der Teilchen von dem Hindurchgehen auszuschließen, und durch Sammeln der Teilchen, die durch das Filter hindurchgehen. Beispielsweise kann eine Menge von Füllstoffmaterial mit einer PSD, die eine minimale Teilchen von 10 μm und eine maximale Teilchengröße von 50 μm enthält (PSD-Breite = 40 μm), durch ein Filter mit einer Maschengröße von 20 μm hindurchgehen, um die PSD-Breite auf 10 μm zu reduzieren, während auch die maximale Teilchengröße und die durchschnittliche Teilchengröße reduziert werden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel enthält jede durchlässigkeitsherabsetzende Komponente in dem Material Teilchen oder Mikroflocken mit einer maximalen Teilchenabmessung, die etwa 5 μm oder weniger beträgt. Für bestimmte Typen von Materialien ergibt die Auswahl von Teilchengrößen, die 5 μm oder weniger betragen, effektiv eine ausreichend enge PSD. Wenn beispielsweise ein anorganisches Füllstoffmaterial wie Kalziumkarbonat in Teilchengrößen verfügbar ist, die im Durchschnitt im Bereich von etwa 0,25 μm bis etwa 10 μm liegen, kann die Auswahl von Kalziumkarbonatteilchen mit Größen von etwa 5 μm oder weniger die Wirkung des Auswählens einer atypisch engen PSD haben, so dass dieses Ausführungsbeispiel einer durchlässigkeitsherabsetzenden Komponente sowohl im Wesentlichen monomodal ist als auch eine maximale Teilchengröße hat.
Es wird nun auf die 8–11 Bezug genommen, um qualitativ die theoretische Wechselwirkung zwischen Füllstoffteilchengröße und PSD, soweit sie sich auf die Durchlässigkeit beziehen, zu beschreiben. 8 illustriert ein Beispiel für Füllstoffteilchen 230, die sowohl eine relativ große durchschnittliche Teilchengröße als auch eine relativ große PSD haben. 9 illustriert ein Beispiel für Füllstoffteilchen 230, bei denen die durchschnittliche Teilchengröße kleiner als die in 8 gezeigte ist, mit einer PSD, die auch relativ groß ist. 10 illustriert ein Beispiel für Füllstoffteilchen 230, bei dem die durchschnittliche Teilchengröße relativ groß ist, aber die PSD monomodal ist. Wie gezeigt ist, ergeben beide Beispiele in den 9 und 10 theoretisch einen kleineren Prozentsatz des Materialquerschnitts, der ”offen” ist – d. h., kein Füllstoffteilchenmaterial haben –, verglichen mit 8. 11 illustriert ein Beispiel für relativ kleine Füllstoffteilchen mit einer monomodalen PSD, wodurch die durchlässigkeitsherabsetzenden Wirkungen sowohl einer engen PSD als auch einer kleinen Teilchengröße gezeigt werden. Die Beispiele der 8–11 sind nur zur Demonstration stark vereinfacht, um zu zeigen, wie Füllstoffteilchen mit besonderen relativen Größen und Verteilungen das Hautschichtmaterial theoretisch mit gleichmäßiger verteilten optischen Eigenschaften versehen können, wodurch die Gleichmäßigkeit von Laserkerbprozessen erhöht wird. Monomodale Größenverteilungen können auch auf Mikroflocken-Füllstoffe angewendet werden, um ihre Funktionalität als durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten zu erhöhen. Beispielsweise enthält ein Ausführungsbeispiel des Hautschichtmaterials Talk in der Form von Mikroflocken oder Füllstoffteilchen oder beiden, Kalziumkarbonat-Füllstoffteilchen und Färbemittelteilchen, die sämtlich eine PSD-Breite von etwa 5 μm oder weniger und eine maximale Größe von etwa 5 μm oder weniger haben.
Wie beschrieben ist, können die Durchlasseigenschaften des Hautschichtmaterials gegenüber anderen Hautschichtmaterialien erhöht werden ohne wesentliche Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Basismaterials. Beispielsweise können durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten in Hautschichtmaterialien enthalten sein durch spezifisches Steuern der Form, Größe und/oder Größenverteilung von Füllstoffteilchen, die in dem Material aus anderen Gründen enthalten sein können, beispielsweise um die gewünschte Farbe für die Hautschicht zu erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel können durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten in einer Menge enthalten sein, die nicht wesentlich die Steifheit (z. B. den Elastizitätsmodul) oder die Härte der Polymermatrix ändert. Beispielsweise kann die Gesamtmenge von durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten in einer Menge von etwa 10 Gew.-% oder weniger in dem Material vorhanden sein, oder in einer Menge, die zwischen etwa 0,5 Gew.-% und 10 Gew.-% liegt. Bei einem Ausführungsbeispiel liegt die Gesamtmenge von Nichtpolymerkomponenten in dem Material im Bereich von etwa 2 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-%. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel beträgt die Gesamtmenge von durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten etwa 8 Gew.-%, wobei etwa 2 Gew.-% Talk sind. Selbstverständlich können andere Füllstoffmaterialien vorhanden sein, die nicht als durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten konfiguriert sind. Zusätzlich kann jede Anzahl von durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten enthalten sein, wie eine Mischung aus Mikroflockentypen oder eine Mischung aus Mikroflocken und Füllstoffteilchen mit einer monomodalen PSD.
Kommerziell erhältliche Materialien können verfügbar sein, die geeignete Hautschichtmaterialien sind und die als Startpunkte für die vorbeschriebenen Zusammensetzungen dienen können, wie bestimmte Produkte in der Polyone-Familie von O’Sullivan Films (Winchester, VA) hergestellten Produkten. Beispiele für auf TPO-basierende Produkte, die reformuliert werden können, um die offenbarten durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten zu enthalten, enthalten TPO-Schichten von O’Sullivan’s TG-, OL- oder OS-Produkten oder die PVC/ABS-Schichten ihrer CA-, CP- oder LO-Produkte. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die TPO-Schicht des TG-, OL- oder OS-Doppelschichtprodukts reformuliert werden, so dass es Talk enthält, um die durchschnittliche Teilchengröße der Färbemittelteilchen und der Kalziumkarbonatteilchen herabzusetzen und die PSD des Färbemittels und des Kalziumkarbonats so zu verengen, dass sie im Wesentlichen monomodal ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann dasselbe Produkt so reformuliert werden, dass es Talk enthält und die durchschnittliche Teilchengröße der Kalziumkarbonatteilchen reduziert, wobei die Färbemittelteilchen ungeändert in ihrer kommerziell erhältlichen Form gelassen werden.
Bestätigungsexperimente, die bei Hautschichtmaterialien mit und ohne durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten durchgeführt wurden, bestätigen die verbesserte Wiederholbarkeit des Laserkerbprozesses. 12 zeigt die Anzahl von Laserimpulsen, die erforderlich sind, um die Sensorabschaltspannung zu erreichen, wenn drei unterschiedliche Hautschichtmaterialien lasergekerbt werden. Ähnlich der in 5 gezeigten Aufzeichnung ist augenscheinlich, dass das graue Hautschichtmaterial ohne durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten (TRC) die größte Variation hat, mit niedrigen Werten von 11 Impulsen und hohen Werten von 78 Impulsen, die zum Erreichen der Sensorabschaltspannung erforderlich sind. Dasselbe Hautschichtmaterial in schwarz liegt im Bereich von 23 bis 44 Impulsen. Der Bereich von Impulsen für das graue Material, das so reformuliert wurde, dass es durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält, wurde beträchtlich reduziert auf ein Minimum von 29 und ein Maximum von 54 Impulsen. Statistische Ergebnisse sind in 13 gegeben, wobei die Standardabweichung für die Anzahl von Impulsen, die zum Erreichen der Sensorabschaltspannung erforderlich sind, von 13,72 auf 5,57 für das graue Hautschichtmaterial reduziert ist, wenn durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten zu dem Material hinzugefügt sind. Dieses Ergebnis ist vergleichbar mit dem schwarzen Hautschichtmaterial, dem keine zusätzlichen Durchlässigkeitsherabsetzungsmittel hinzugefügt sind, das eine Standardabweichung von 4,04 als eine Kontrollprobe hat.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das Vorstehende eine Beschreibung von einem oder mehreren bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die hier offenbarten besonderen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ist stattdessen ausschließlich durch die nachfolgenden Ansprüche definiert. Weiterhin beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Feststellungen auf besondere Ausführungsbeispiele und sind nicht als Beschränkungen des Bereichs der Erfindung oder der Definition von in den Ansprüchen verwendeten Begriffen zu verstehen, mit der Ausnahme des Falls, in welchem ein Begriff oder ein Satz vorstehend ausdrücklich definiert ist. Verschiedene andere Ausführungsbeispiele und verschiedene Änderungen und Modifikationen bei den offenbarten Ausführungsbeispielen sind für den Fachmann offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen anderen Ausführungsbeispiele, Änderungen und Modifikationen innerhalb des Bereichs der angefügten Ansprüche liegen.
Die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriffe ”zum Beispiel”, ”beispielsweise”, ”derart, dass” und ”gleich” sowie die Verben ”aufweisend”, ”habend”, ”enthaltend” und ihre anderen Verbformen, wenn sie in Verbindung mit einer Aufzählung von einer oder mehreren Komponenten oder anderen Gegenständen verwendet werden, sind jeweils als nichtabschließend auszulegen, was bedeutet, dass die Aufzählung nicht als andere, zusätzliche Komponenten oder Gegenstände ausschließend anzusehen ist. Andere Begriffe sind unter Verwendung ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung auszulegen, sofern sie nicht in einem Kontext verwendet werden, der eine andere Interpretation erfordert.

Claims

Tafel zur Verwendung über einem Fahrzeug-Airbag, welche aufweist: ein Substrat mit einer äußeren Oberfläche; und eine Abdeckung aufweisend eine dekorative Hautschicht, die über der äußeren Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei die Hautschicht eine innere Oberfläche mit einer darin ausgebildeten Reißnaht, die der äußeren Oberfläche des Substrats zugewandt ist, hat; wobei die Hautschicht aus einem Material gebildet ist, die eine Harzmatrix und ein Füllstoffmaterial in der Form von Mikroflocken, die über im Wesentlichen die gesamte Dicke der Hautschicht verteilt sind, aufweist.
Tafel nach Anspruch 1, bei der das Hautschichtmaterial polymere und nichtpolymere Komponenten aufweist und die polymeren Komponenten die Harzmatrix definieren, wobei die Harzmatrix eine prozentuale Verlängerung beim Reißen enthält, die zumindest 200% beträgt.
Tafel nach Anspruch 1, bei der die Mikroflocken so in der Harzmatrix angeordnet sind, dass die meisten der individuellen Mikroflocken eine Hauptfläche haben, die dieselbe Orientierung wie der naheste Teil der äußeren Oberfläche des Substrats hat.
Tafel nach Anspruch 1, bei der die Mikroflocken Talk-Mikroflocken enthalten.
Tafel nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine innere Schicht, die zwischen dem Substrat und der dekorativen Hautschicht angeordnet ist, wobei zumindest eins/eine von dem Substrat, der inneren Schicht oder der dekorativen Hautschicht aus einem Material auf Olefinbasis gebildet ist.
Tafel nach Anspruch 1, bei der zumindest ein Teil der Reißnaht unter einem Winkel von etwa 85 Grad oder weniger zu der inneren Oberfläche der Abdeckung gebildet ist.
Materialzusammensetzung zur Verwendung in einem Laserkerbprozess, welches Material aufweist: eine Harzmatrix aufweisend mehrere olefinische Harzkomponenten, die zusammen der Hauptbestandteil des Materials sind; und eine oder mehrere durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten, die kein Ruß sind und innerhalb der Harzmatrix in einer Gesamtmenge verteilt sind, die zumindest eine von der Steifheit oder der Härte der Harzmatrix nicht wesentlich ändert.
Materialzusammensetzung nach Anspruch 7, bei der die Harzmatrix ein thermoplastisches Olefin ist.
Materialzusammensetzung nach Anspruch 7, bei der die eine oder die mehreren durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten Talk oder Mikroflocken enthalten.
Materialzusammensetzung nach Anspruch 7, bei der die eine oder die mehreren durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten ein Füllstoffmaterial mit einer im Wesentlichen monomodalen Partikelgrößenverteilung enthalten.
Materialzusammensetzung zur Verwendung in einem Laserkerbprozess, welches Material aufweist: eine Polymermatrix; Talk; und zwei oder mehr durchlässigkeitsherabsetzende Komponenten, wobei die Gesamtmenge von nichtpolymeren Bestandteilen weniger als etwa 10 Gew.-% beträgt.
Materialzusammensetzung nach Anspruch 11, bei der die durchlässigkeitsherabsetzenden Komponenten Kalziumkarbonatteilchen und Färbemittelteilchen enthalten.
Materialzusammensetzung nach Anspruch 11, bei der das Talk die Form von Mikroflocken hat und in einer Menge im Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% vorhanden ist.
Verfahren zum Herstellen einer Tafel zur Verwendung über einem Fahrzeug-Airbag, aufweisend die Schritte: (a) Vorsehen einer Abdeckung, die eine dekorative Hautschicht aus einem Material, das eine durchlässigkeitsherabsetzende Komponente enthält, die nicht Ruß ist, enthält; (b) Anbringen der Abdeckung an einem Substrat; und (c) Laserschneiden einer abgewinkelten Reißnaht in die Tafel, wobei sich die Reißnaht von einer inneren Oberfläche des Substrats und in die Hautschicht erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem Schritt (c) mit Laserlicht bei zwei oder mehr unterschiedlichen Energiepegeln durchgeführt wird.