DE2750069A1 - Aufprallenergie absorbierender urethanschaum sowie stosstange mit einem solchen urethanschaum - Google Patents

Aufprallenergie absorbierender urethanschaum sowie stosstange mit einem solchen urethanschaum

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DE2750069A1 DE19772750069 DE2750069A DE2750069A1 DE 2750069 A1 DE2750069 A1 DE 2750069A1 DE 19772750069 DE19772750069 DE 19772750069 DE 2750069 A DE2750069 A DE 2750069A DE 2750069 A1 DE2750069 A1 DE 2750069A1
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Description

  • Aufprallenergie absorbierender Urethanschaum sowie Stoßstange
  • mit einem solchen Urethanschaum Die Erfindung betrifft einen Aufprallenerfrie absorbierenden Urethanschaum sowie eine Stoßstanr;e mit einem solchen Urethanschaum.
  • Urethanschaum wird seit einigen Jahren für Verkleidungsteile im Automobilbau benutzt, und er befindet sich gewöhnlich in einem zähen Vinyl- oder ABS-Überzug oder oder Mantel. Jßr wird für Stylingzwecke und als Aufprallenergie absorbierende Sicherheitsverkleidung benutzt. Neuere Bemühungen sind auf die Herstellung von Stoßstangen für Autombile mit Aufprallenergie absorbierendem Urethanschaum gerichtet.
  • Es ist bekannt, flexible oder halbstarr Urethanschaumarten auf sehr gterinfrle Dichten, z.B. 48 bis 80 kr/m3, mit Wasser zu blähen und solchen Urethanschaum geringer Dichte im Automobilbau einzusetzen. Bekannter Urethanschaum geringer Dichte ist als eine Aufprallenergie absorbierende Sicherheitsverkleidung jedoch nicht zufriedenstellend, weil er unter anderem zu weich ist und, was im Automobilbau vielleicht am wichtigsten ist, kein relativ konstantes Verhalten über den großen Bereich an Temperaturen zeigt, die im Gebrauch auftreten, d.h. das Verhalten des Schaums ist ziemlich temperaturabhängig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wirksamen, Aufprallenergie absorbierenden Urethanschaum relativ geringer Dichte von weniger als 320 kg/m3 zu schaffen, der durch seine Temperatvounempfindlichkeit gekennzeichnet ist und besonders gut fUr den Automobilbau eingesetzt werden kann.
  • Der erfindungsgemäße Schaum hat eine vertretbar gute spezifische Energieabsorption von mindestens 0,172 J/cm³(= 25 in. lbs/ in3) und damit einen Wirkungsgrad von mehr als 50% bei jeder Temperatur im Bereich von -300C bis 600C. Die hervorragende Eigenschaft dieses Schaums ist sein Last/Temperatur-Indexwert bzw.
  • seine Temperaturunempfindlichkeit. Der 50%-Kompressions/Verformungswert (nachstehend C/D des Schaums bei -300C im Vergleich zu diesem Wert bei 60 0C unterscheidet sich um einen Faktor von weniger als 2,5.
  • Der erfindungsgemäße Schaum geringer Dichte wird aus einem aromatischen Diisocyanatvorpolymersystem hergestellt, das in einer geschlossenen Form mit Wasser gebläht wird (im Gegensatz zum Blähen mit Fluorkohlenwasserstoff). Der erfindungsgemäe Schaum bildet keine Eigenhaut. Die zum Blähen benutzte Wassermenge ist relativ groß, in allen Fällen mehr als 1,0 Gew.-%, was die Härte erhöht. Diese Wassermenge läßt natürlich einen großen Anteil an kurzkettigen Harnstoffbindungen entstehen, die wahrscheinlich zum Teil zum verbesserten Verhalten des Schaums beitragen. Ein Amin- oder Glycolvernetzer wird zur Verbesserung der Formfähigkeit und zur weiteren Erhöhung der Härte benutzt.
  • Das in der Schaumrezeptur verwendete Grundpolymerpolyol ist speziell ein Reaktionsprodukt oder Copolymer von 2 bis 6 Gew.-Teilen eines Poly-(C1-C4-Oxyalkylen)-Triols und von einem Gew.-Teil eines olefinischen C2-C6-Nitril/Vinyl-aromatischen onomergemisches. Das Polymer hat ein Molekulargewicht im Bereich von 4000 bis 8000. (Siehe belgische Patentschrift von Union Carbide Corporation, 270 Park Avenue, New York, New York, Nr.
  • 788 115 (1973), besonders Tabelle VIII auf Seite 38, Polyole "D" und "IX", und auch US-PSn 3 304 273, 3 383 351 und 3 418 354).
  • Die Benutzung von Wasser allein als Vernetzer in der Schaumrezeptur kann zu einem Schaum führen, der zu "wild" ist, um in einer geschlossenen Form geformt werden zu können. Jedenfalls sind Schäume aus den gleichen Bestandteilen hergestellt worden, jedoch ohne die Verwendung eines orranischen Vernetzers und mit einem etwas höheren Wassergehalt von 2,9,6, und es wurde festgestellt, daß sie eine zu geringe spezifische - er ie hatten um von Interesse sein zu können. Deshalb wird ein Glycol- oder Aminvernetzer zusätzlich zum Wasser benutzt.
  • Der Vernetzer hat ein relativ geringes Molekulargewicht, eine iNmTtionalität im Bereich von 2 bis 6 und ein Äquivalentgewicht im Bereich von 5 bis 150. Vorzusweise wird der Vernetzer aus der Gruppe gewählt, die aus Pentaerythritol, Triäthanolamin und einem Sorbitol-Polyäther besteht.
  • Der Schaum wird nach dem Vorpolymerverfahren hergestellt. Das aromatische Diisocyanat, vorzugsweise Nethylen-bis- (4-Phenylisocyanat)-Diisocyanat (MDI) oder Toluoldiisocyanat (TDI) wird mit einem Polyol zur Reaktion gebracht, das aus der Gruppe gewählt worden ist, die aus Triolen mit einem Molekulargewicht von 100 bis 1000 und aus Ätherglycolen mit einem Molekulargewicht von 100 bis 200 besteht, z.B. Diäthylen- oder Dipropylen-Glycol. Das Vorpolymer hat einen FNCO- (freies Isocyanat) Gehalt von 20 bis 35eó und wird in einer Menge benutzt, um einen Isocyanatindex im Bereich von 90 bis 115% zu ergeben.
  • Nachstehend sind die bevorzugten Bereiche der Bestandteile angegeben: Gewichtsteile Polyol 70 bis 90 Vernetzer 10 bis 30 Wasser 1 bis 5 Vorpolymer zur Lieferung eines Indexes von 90 bis 115% Katalysator 0 bis 2 Ein ähnlicher Schaum ist aus etwa den gleichen Bestandteilen nach dem One-Shot-Verfahren hergestellt worden, dieser Schaum hat aber mechanische Eigenschaften, hauptsächlich bezüglich der spezifischen Energie, die schlechter sind, als sie erstrebt werden.
  • Ein herkömmlicher Organoschwermetall- oder Tertiäramin-Katalaysator wie Dibutylzinndilaurat, Stannooctoat oder Dabco (Triäthylendiamin) wird nach Bedarf benutzt.
  • Neben der vorstehenden spezifischen Energieabsorption und dem Niedertemperaturverhalten des Schaums hat der Schaum eine vertretbar gute Längung, gewohnlich mehr als 50%, und eine vertretbar gute Zugfestigkeit, die mehr als 0,517 MPa (=75 psi) beträgt.
  • In der Zeichnung ist ein Querschnitt durch eine Stoßstange für ein Automobil gezeigt, die den Aufprallenergie absorbierenden Schaum nach der Erfindung enthält und die beispielsweise für einen 1974er Ford-Mustan oder einen 1974er Pontiac-Firebird verwendet werden kann.
  • Gemäß der Zeichnung besteht die Stoßstange aus einem starren fletall-U-Profil 10, das am Fahrgestell (nicht dargestellt) angebracht ist, auf dem ein geformtes Polster 11 aus dem Urethanschaum nach der Erfindung aufgeklebt ist. Eine flexible Schutz- und Zierhaut aus dichterem Runststoff 12 ist über den Schaum gelegt. Dabei kann es sich um eine gegossene Vinylhaut oder um eine vakuumgeformte ABS-Folie handeln, vorzugsweise handelt es sich aber um einen geformten mikrozelligen Urethanschaum mit Eigenhautbildung in einer Dicke von 3,8 mm. Das Urethanschaumpolster befindet sich natürlich in einer Lage zur Aufnahme des Aufpralls, wenn das Fahrzeug andere Gegenstände berührt. Das Urethanschaumpolster hat in der Regel eine Rückstellun von mehr als 90% bei 21°C selbst nach mehrfachem Aufprall an derselben Stelle, derart, daß die Restverformung in der Oberfläche der Stoßstange nicht zu stark ins Auge fällt.
  • BEISPIELE I-III Die drei Rezepturen nach Tabelle I veranschaulichen die Erfindunr: TABELLE I Rezeptur: I II III (Gewichtsteile) polyol (1) 75,0 80,0 75,0 0Vernetzer: Pentaerythritol 25,0 Triäthanolamin ---- 20,0 Sorbitolpolyäther(2) ---- ---- 25,0 oH20 4,0 4,0 4,0 OTDI-Vorpolymer (3) 96,0 123,6 82,7 OKatalysator-Triäthylendiamin 0,8 0,8 0,8 Eigenschaften: (4) °Spezifische Energie (J/cm3) 0,214 0,212 0,186 050 C/D (Belastung in N eines Probestückes von 10x10 cm zur Kompression auf halbe Stärke): bei -300C --- 7237 8217 bei 600C 3687 4844 4266 bei 21 0C 5880 4579 5148 Temperaturindex --- 1,49 1,92 Dichte kg/m3 80 80 80 Anmerkungen: (1) Ein Copolymer mit einem Molekurlargewicht von 6000 aus (a) vier Gewichtsteilen eines Poly-(Oxypropylen-(85)-kthylen-(15) -Triols mit einem Molekurlargewicht von 4500, das mit (b) einem Gewichtsteil eines Acrylnitril/Styrol-Monomergemisches mit einem Gewichtsverhältnis von 50/50 zur Reaktion gebracht wurde, Union Carbide Chemicals Co. NIAK 34-28 (siehe Polyol in Tabelle VIII der belgischen Patentschrift, a.o.O.
  • (2) Sorbitol-Polyäther der Firma BASF Vyandotte Corporation (Wyandotte, Michigan 48192), PA 14635. Er hat 5 reaktionsfähige Wasserstoffe pro Molekül und ein Äquivalentgewicht von 115.
  • (3) Ein Quasi-Vorpolymer aus versäuertem 80/20 TDI und aus einem Polyäthertriol mit einem Molekulargewicht von 259, Union Carbide Co. Je650. Das Vorpolymer hat ein Molekurlargewicht von 298 und einen freien Isocyanatgehalt von 31. Das Vorpolymer wird durch einfaches Mischen der Bestandteile hergestellt, und anschließend läßt man das Gemisch einen exothermen Vorgang durchlaufen.
  • (4) 10 x 10 x 5 cm große Proben wurden zum Testen durch einfaches Mischen der Bestandteile in einem Becher hergestellt, wobei das entstandene Gemisch dann in eine Form gegossen wurde, die Form geschlossen wurde undin einer Zeit von sechs Minuten die vollständige Schäumungsreaktion ermöglicht wurde.
  • Der Begriff "spezifische Energie", wie er hier verwendet wird, ist ein Maß der Fähigkeit des Schaums, Energie zu absorbieren, und es wird als die Fläche unter der Lastkrrve einer geprüften Probe unter Kompression definiert, beispielsweise mittels eines Instron-Testers. Die Werte sind in J/cm3 bei 50% Verformung (50 c/D angegeben und werden wie folgt bestimmt: Ein 10 x 10 cm großer und 5 cm dicker Block wird m it einer Geschwindigkeit von 5 cm/min auf 50 seiner Dicke komprimiert und die Spannungsbelastungskurve wird auf Millimeterpapier aufgetragen. Die Fläche zwischen der Belastungskurve und der waagerechten Achse ist die spezifische Energie. Indealerweise wäre diese Kurve quadratisch. Der "Wirkungsgrad" des Schaums ist das Verhältnis der spezifischen Energie des Schaums zur Fläche der idealen quadratischen Form.
  • Der Temperaturindex ergibt sich nach ASTM-2405, außer daß der Test bei den angegebenen Temperaturen vorgenommen wird und nicht, wie iiblich, bei 21 0C. Die Verformung bei der niedrigeren Temperatur wird durch diejenige bei der höheren Temperatur geteilt, um den Faktor zu erhalten, um den sie sich unterscheiden.
  • Die in den vorstehenden Beispielen angegebenen Schäume haben freie Blähdichten von 40 bis 48 kg/m3, werden aber in geschlossenen Formen auf Dichten von 80 bis 320 kg/m3 gebläht.
  • Der Verdichtungsfaktor, d.h. die Formdichte zur freien Blähdichte, liegt vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 8.
  • BEISPIEL IV Gewichtsteile Polyol 75,0 (1) Vernetzer 25,0 wasser 1,5 Triathylendiamin 0,8 MDI-Vorpolymer 70,2 (3) Blasmittel O (1) NIAK 31-28 (Union Carbide).
  • (2) Sorbitolpolyather (s.%yandotte).
  • (3) E-451 (Mobay Chemical Company, Tochterfirma der Baychem Corp., Pittsburgh, Pennsylvania 15205).
  • Dabei handelt es sich um ein 50/50 Gemisch von Mobays Mondur PF und Mondur CD. Es hat ein FNCO von etwa 27-28 und ist ein lineares Polymer mit einem hohen Maß an Aromatizität. Mondur PF ist ein Triproplyenglycoladdukt von MDI. Mondur CD ist ein "flüssiges" oder modifiziertes MDI, das einen kleinen Anteil einiger Trimere und Carbodiimide enthält, welche die Symmetrie unterbrechen und die Kristallisierung des Endvorpolymermoleküls verhindern und ein Flüssighalten des Gemisches unterstützen, was von Vorteil ist. Isonat 143L (Upjohn Company, Industrial Chemicals Division, North Haven, Connecticut 06473) ist das probe Äquivalent von Mondur CD.
  • Der Schaum wird dadurch hergestellt, daß einfach die Bestandteile gemischt werden, beispielsweise in einem Mischkopf bei Rauntemperatur, Der Schaum hat eine Steifheit von 24 Sekunden, eine Steigzeit von 76 Sekunden und ist in 145 Sekunden haftfrei, Seine freie Blähdichte beträgt 72,8 kg/m3, Lin Fluorkohlenwasserstoff kann als Bläihmittel benutzt werden, um die Formdichte zu reduzieren und zu kontrollieren.

Claims (5)

  1. Patentansprüche 1. Aufprallenergie absorbierender Urethanschaum, der nach der folgenden Rezeptur hergestellt ist: Gewichtsteile Polyol 70 bis 90 Vernetzer 10 bis 30 Wasser 1 bis 5 Vorpolymer zur Lieferung eines Indexes von 90 bis 115ó Katalysator 0 bis 2, wobei das Polymerpolyol ein Molekulargewicht im Bereich von 4000 bis 8000 hat und aus zwischen 2 und 6 Teilen eines Poly-(C1-C4-0xyalkylen)-Triols besteht, das mit einem Teil eines Vinyl-aromatischen/olefinischen C2-C6-Nitrilmonomergemisches in Reaktion ttetreten ist, wobei der Vernetzer aus der Gruppe gewählt ist, die aus Aminen und Polyolen besteht, und eine Funktionsalität im Bereich von 2 bis 6 und ein Aquivalentgewicht im Bereich von 50 bis 150 hat, wobei das Vorpolymer ein Reaktionsprodukt aus (a) einem armomatischen Diisocyanat aus der Gruppe, die aus MDI und TDI besteht, und aus (b) einem Polyol aus der Gruppe ist, die aus Triol mit einem Molekurlargewicht von 100 bis 1000 und einem Ätherglycol mit einem Molekulargewicht von 100 bis 200 besteht, wobei das Polyol einen freien Isocyanatgehalt im Bereich von 20 bis 35 Prozent hat, und wobei der Urethanschaum in einer geschlossenen Form mit einem Verdichtungsfaktor im Bereich von 1,5 bis 8 hergestellt ist und eine Dichte im Bereich von 80 bis 320 kg/m3, eine spezifische Energie bei 50% c/D von mehr als 0,172 J/cm3, einen Temperaturindex -300C/600C von weniger als 2,5 und eine mindestens 90ige Rückstellung nach mehrfachenm Aufprall hat.
  2. 2. Urethanschaum nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Polyol ein Copolymer mit einem Molekurlargewicht von 6000 aus einem Poly- ( Oxypropylen-Äthylen)-Triol ist, das mit einem 50/50 Styrol/Acrylnitril-Monomergemisch in Reaktion getreten ist, daß der Vernetzer aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Sorbitolpolyäther mit 6 reaktionsfähigen Wasserstoffen und einem Aquivalentgewicht von 115, Pentaerythritol und Triäthanolamin besteht, daß das Vorpolymer das Reaktionsprodukt von versäuertem TDI und einem Polyäthertriol mit einem Molekulargewicht von etwa 259 ist und einen freien Isocyanatgehalt von etwa 31 hat und daß der Katalysator Triäthylendiamin ist.
  3. 3. Urethanschaum nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Vorpolymer das Reaktionsprodukt von MDI und einem Polyäthertriol ist.
  4. 4. Stoßstange mit einem Stiitzglied zum Anbringen an einem Kraftfahrzeug, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie auf der einen Aufprall aufnehmenden Seite mit einem Urethanschaum nach Anspruch 1 belegt ist.
  5. 5. Stoßstange nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß über den Urethanschaum eine formangepaste flexible Schutz- und Zierhaut aus einem dichteren Kunststoff gelegt ist.
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