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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige aufschäumbare Zusammensetzung.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Verwendung
der Zusammensetzung, zum Beispiel als Dichtstoff für Hohlräume in Kraftfahrzeugen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Aufschäumbare Dichtstoffe
sind auf diesem Fachgebiet bekannt, zum Beispiel, wie sie in US-Patent Nr.
4,427,481; 4,874,650; 5,266,133; 5,373,027; 5,506,025; 5,266,133;
5,373,027 und 5,678,826 und im europäischen Patent Nr.
EP 0 730 998 B1 beschrieben
werden. Eine herkömmliche
Anordnung und ein Verfahren zur Abdichtung von Hohlräumen sind
in US-Patent Nr. 5,040,803 beschrieben. Weitere herkömmliche
Hohlraumdichtstoffe umfassen Materialien auf der Basis von Polyvinylchlorid
(PVC), die an den Einsatzort gepumpt werden und in manchen Fällen expandieren,
nachdem sie einer ausreichenden Wärmemenge ausgesetzt worden
sind. Herkömmliche
Dichtstoffe umfassen außerdem
auf Polyurethan basierende oder polyurethanhaltige Schäume. Typischerweise
werden diese Dichtstoffe bei Kraftfahrzeuganwendungen dazu verwendet,
Hohlräume
zu füllen,
aneinandergrenzende Bauteile zu versteifen und Schall/Schwingungen
zu dämpfen.
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Herkömmliche
Dichtstoffzusammensetzungen können
aufgrund der für
das Aufschäumen
des Dichtstoffs erforderlichen Temperatur und Zeit in ihrer Anwendung
begrenzt sein. Bestimmte herkömmliche
Zusammensetzungen erfordern zudem die Zufuhr von Wärme sowohl
zur Herstellung der aufschäumbaren
Zusammensetzung als auch zum Aufschäumen der Zusammensetzung. Es
besteht ein Bedarf auf diesem Fachgebiet bezüglich einer aufschäumbaren
Zusammensetzung, die: 1) bei einer relativ niedrigen Temperatur
aktiviert wird, 2) an einem Metallsubstrat anhaftet, 3) leicht an
einen vorbestimmten Einsatzort gebracht werden kann und dort verbleibt
und 4) für
einige Anwendungen beständig
gegenüber
Treibstoff, z.B. Diesel und Benzin, ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung löst
die mit herkömmlichen
Dichtstoffen und Verfahren verbundenen Probleme durch Bereitstellung
einer neuartigen Zusammensetzung, die zu einer vorbestimmten Gestalt
geformt und aufgeschäumt
werden kann, indem sie einer ausreichenden Menge an Wärme, z.B.
einer externen Wärmequelle,
ausgesetzt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Dichtstoffen kann
die erfindungsgemäße Zusammensetzung:
1) eine vorbestimmte Gestalt annehmen, z.B. durch Spritzguss 2)
vor/nach der Montage unter Verbleib an einem vorbestimmten Ort z.B.
in einem Hohlraum oder um oder auf einem abzudichtenden Element
angeordnet werden, 3) in einem breiten Anwendungsbereich eingesetzt
werden 4) bei relativ niedrigen Temperaturen hergestellt werden;
5) bei relativ niedrigen Temperaturen expandieren, z.B. nach dem
Einbringen in einen Hohlraum; und 6) als Abfallmaterial nach der
Aushärtung
rezykliert werden.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
kann bei Kraftfahrzeuganwendungen zum Einsatz kommen, z.B. kann
die Zusammensetzung gemäß den in
der Ford-Spezifikation Nr. ESB-M 18P11 A, WSB-M 18P11A2, General-Motors-Spezifikation
Nr. 9984188 C/D/G und Daimler-Chrysler-Spezifikation
Nr. MS-CD 627 B/E, 644 und 466 festgelegten Richtlinien verwendet
werden.
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Durch
Maßschneidern
der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
können
die Starttemperatur für das
Aufschäumen
der Zusammensetzung, der Aufschäumgrad,
die Zeit bis zur vollständigen
Expansion u.a. Verarbeitungseigenschaften im Voraus bestimmt werden,
um einem breiten Bereich von Endnutzanwendungen zu entsprechen.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung
kann bei Temperaturen von 121–190°C (etwa 250
bis etwa 375°F)
(Temperatur des angrenzenden Metalls) um etwa 450 bis etwa 800 Volumen-%
expandieren, je nach den Eigenschaften der Zusammensetzung. Wenn
die Expansionswärme
von einem Pulverbeschichtungssystem geliefert wird, kann die Temperatur
196–204°C (385°F bis etwa
400°F) betragen.
Zum Beispiel kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung bei einer
Temperatur von 149°C
(etwa 300°F)
um wenigstens etwa 500% expandieren. Je nach der gewünschten
Aufschäumgeschwindigkeit
und der Starttemperatur für
das Aufschäumen
kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung
darauf zugeschnitten werden, um 800 bis 1.000% zu expandieren und
Aufschäum-Starttemperaturen
von etwa 120 bis 170°C
(Temperatur des angrenzenden Metalls) aufzuweisen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1A ist
eine Stirnansicht eines Querschnitts einer Erscheinungsform der
vorliegenden Erfindung.
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1B ist
eine Seitenansicht des in 1A dargestellten
Produkts.
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2A ist
eine Stirnansicht eines Querschnitts einer anderen Erscheinungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2B ist
eine Seitenansicht des in 2A dargestellten
Produkts.
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3A ist
eine erste Seitenansicht einer weiteren Erscheinungsform der vorliegenden
Erfindung, die ein Verbindungselement zur Verwendung bei der Abdichtung
einer Kraftfahrzeug-A-Säule
umfasst.
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3B ist
eine zweite Seitenansicht des in 3A dargestellten
Produkts.
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3C ist
eine Stirnansicht des in 3A dargestellten
Produkts.
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4A ist
eine erste Seitenansicht einer weiteren Erscheinungsform der vorliegenden
Erfindung, die ein Verbindungselement zur Verwendung bei der Abdichtung
einer vorderen Kraftfahrzeug-B-Säule
umfasst.
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4B ist
eine zweite Seitenansicht des in 4A dargestellten
Produkts.
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4C ist
eine Stirnansicht des in 4A dargestellten
Produkts.
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5A ist
eine erste Seitenansicht einer weiteren Erscheinungsform der vorliegenden
Erfindung, die ein Verbindungselement zur Verwendung bei der Abdichtung
einer Kraftfahrzeug-C-Säule
umfasst.
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5B ist
eine zweite Seitenansicht des in 5A dargestellten
Produkts.
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5C ist
eine Stirnansicht des in 5A dargestellten
Produkts.
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6 ist
eine Draufsicht einer weiteren Erscheinungsform der vorliegenden
Erfindung, die mit Presssitz in einen Hohlraum eingefügt werden
kann.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
umfasst allgemein eine Kombination aus wenigstens einem Basispolymer,
wenigstens einem Aufschäum- oder Treibmittel,
wenigstens einem Kohlenwasserstoffharz, wenigstens einem Aushärtmittel
oder Katalysator und wahlweise wenigstens einem Additiv wie u.a.
einem zusätzlichen
Polymer, Farbstoff, Klebrigmacher, Öl zur Aufbereitung. Die Erfindung
und spezifische Ausführungsformen
davon werden durch die beigefügten
Ansprüche
definiert.
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Ein
geeignetes brauchbares Basispolymer oder Gemisch davon ist ein modifiziertes
Ethylen-Copolymergemisch wie u.a. mit Maleinsäureanhydrid modifiziertes Copolymer
aus Ethylen und Vinylacetat. Solche Polymere sind im Handel als
BynelTM CXA 3860 (vertrieben von The DuPont
Company, Wilmington, Delaware) erhältlich. Normalerweise entspricht
das Basispolymer etwa 55 bis etwa 84 Gew.-% der Zusammensetzung vor
dem Aufschäumen.
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Es
kann jedes geeignete Aufschäum-
oder Treibmittel verwendet werden, das in eine Gasphase oder Dampfphase übergeht
oder eine solche erzeugt (z.B. Stickstoff, Kohlendioxid etc.), wenn
es einer ausreichenden Wärmemenge
ausgesetzt wird. Beispiele für
solche Aufschäummittel
umfassen wenigstens eines aus Azodicarbonamid und p,p'-Oxybis(benzolsulfonylhydrazid)
oder Diphenyloxid-4,4'-disulfohydrazid,
die jeweils von Uniroyal als CelogenTM 765
und CelogenTM OT zu beziehen sind. Typischerweise
nimmt das Aufschäummittel
etwa 1 bis etwa 15 Gew.-% der Zusammensetzung vor dem Aufschäumen ein.
Die Menge an Aufschäummittel
kann in Abhängigkeit
von der Temperatur/Zeit, dem gewünschten
Aufschäumgrad,
der Zeitvorgabe für
das Aufschäumen
u.a. Parametern angepasst werden. Gewöhnlich werden für das Aufschäumen bei relativ
niedriger Temperatur höhere
Konzentrationen an CelogenTM OT in Verbindung
mit Harnstoff (z.B. BIK OT, vertrieben von Uniroyal Chemical Company)
eingesetzt, während
CelogenTM 765 ein Aufschäumen bei höherer Temperatur gewährleistet.
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In
einigen Fällen
wurde das Aufschäum-
oder Treibmittel behandelt. Mit "behandelt" ist gemeint, dass das
Aufschäum-
oder Treibmittel mit einem geeigneten Bindemittel in Kontakt gebracht
oder gemischt wurde, z.B. einem Bindemittel, das wenigstens eines
der folgenden umfasst: naphthenische Bindemittel, Glycerine, Polyole,
Ethylen-Propylen-Monomer, paraffinische Bindemittel u.a.. Zum Beispiel
wurde ein Aufschäummittel, das
CelogenTM OT umfasste, zum Zwecke der Sicherheit
und Dispersion mit einem naphthenischen Bindemittel gemischt. Beispiele
für geeignete
Bindemittel umfassen jene, die im Handel von Polychem, PPD celot
90, ElastoChem, OT-72 AkroChem vertrieben werden, und Mischungen
davon. Das Verhältnis
von Aufschäummittel
zu Bindemittel bewegt sich gewöhnlich
zwischen etwa 5 und etwa 30%. Trotz des Bindemittels ist das Aufschäummittel
typischerweise zu wenigstens etwa 90% aktiv.
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Überdies
kann das Aufschäum-
oder Treibmittel in einer Hülle
eingekapselt sein. Das heißt,
ein flüssiges
oder gasförmiges
Treibmittel wird mit einem thermoplastischen Partikel oder Pulver
kombiniert oder darin eingekapselt, z.B. ein Kohlenwasserstoff,
der in einer Acrylnitrilhülle
eingekapselt ist, wie etwa in Expancel®; das
von Expancel Inc., einer Abteilung von Akzo Nobel Industries, vertrieben
wird. Die Hüllen
können
zum Beispiel neben anderen. Materialien aus Polyolefinen wie Polyethylen
und Polypropylen; Vinylen, EVA, Nylon, Acrylen hergestellt sein.
Die Hüllen
werden danach ausgewählt,
zu schmelzen, zu erweichen, zu expandieren, aufzubrechen oder ihre
physische Gestalt beizubehalten, je nachdem, ob ein offen- oder
ein geschlossenzelliges expandiertes Material gewünscht ist
oder nicht. Die Hüllen
können
auch eine Verteilung unterschiedlicher Partikelgrößen, Zusammensetzung
und Aktivierungstemperaturen darstellen, z.B. einen Schaumstoff-Präkursor,
der wenigstens zwei verschiedene Partikelgrößen und Aktivierungstemperaturen
umfasst. Spezielle Beispiele für
geeignete eingekapselte Treibmittel umfassen wenigstens einen Stoff,
der aus der Gruppe der Kohlenwasserstoffe wie Isobutan und Isopentan;
Fluorkohlenwasserstoffe wie 1,1-Dichlorethen, HFC-134a, HFC- 152a; und stickstofffreisetzenden
chemischen Treibmittel wie jene, die als Celogen® von
UniRoyal vertrieben werden, ausgewählt ist und der in einem beliebigen
geeigneten Thermoplasten eingekapselt ist, z.B. 2-Methyl-2-propensäuremethylester-Polymer
mit 2-Propennitril- und Vinylidenchlorid-Polymer und Polyvinylidenfluorid.
Dieses Substanzen werden im Handel von Expancel, Inc., einer Abteilung
von Akzo Nobel als Expancels® 051WU, 051DU, 091DU80,
820WU, 820DU, 642WU, 551WU, 551WU80, 461 DU vertrieben oder als Micropearl® F30D
von Pierce & Stevens
vertrieben. Diese Substanzen können
in entweder trockener oder nasser Form geliefert werden. Diese Substanzen
können
außerdem
mit einem geeigneten Material überzogen sein,
um die Aktivierungstemperatur der eingekapselten Treibmittel zu
beeinflussen. Ein Beispiel für
einen Überzug
umfasst acryliertes Material, Wachse u.a. Substanzen. Je nach den
physikalischen Eigenschaften, die bei dem Schaumstoff erwünscht sind,
können
die Hüllen
verwendet werden, um offene oder geschlossene Zellen zu erhalten.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
kann jedes geeignete Kohlenwasserstoffharz oder Gemisch davon enthalten,
das die Aufschäumtemperatur
gewährleistet,
z.B. wenigstens etwa 149°C
(300°F).
Beispiele für
geeignete Harze sind unter anderem Kolophoniumester, Polyterpene,
aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffharze, z.B. C5- bis
C9-Kohlenwasserstoff-
und aromatisch modifizierte Kohlenwasserstoffharze sowie Mischungen
davon. Geeignete Harze sind im Handel als Piccotac® von
Hercules Incorporated, Wilmington, Delaware oder Escorez® von
Exxon Chemical Co., Houston, TX, Zonester® von
Arizona Chemicals und Wingtac® von Goodyear erhältlich.
Gewöhnlich
kann für
beste Ergebnisse das Kohlenwasserstoffharz zerstoßen oder
gemahlen werden, um ein partikuläres
Material zu bilden, z.B. mit einer Partikelgröße, die normalerweise ein 40-mesh-Sieb
zu 80% und ein 30-mesh-Sieb
zu 100% passiert. Das Kohlenwasserstoffharz kann im Wesentlichen
etwa 1 bis etwa 15 Gew.-% der erfindungsgemäßen Zusammensetzung vor dem
Aufschäumen
ausmachen oder umfassen.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
enthält
gewöhnlich
wenigstens ein Aushärtmittel
oder einen Katalysator wie etwa Tetramethylthiuramdisulfid, z.B.
TMTD, vertrieben von Akrochem Corporation, Akron, Ohio, organisches
Peroxid von AkroChem und Harnstoff oder harnstoffmodifizierte Substanzen
(z.B. oberflächenbehandelte),
z.B. BIK-OT von der Uniroyal Chemical Company. Ohne sich an irgendeine
Theorie oder Erklärung
binden zu wollen, wird angenommen, dass der Katalysator als eine
Quelle für
Schwefel dient und die Qualität
der feinen geschlossenen Zellen in dem aufgeschäumten Produkt erhöht. Die
Menge an Aushärtmittel entspricht
typischerweise bis zu etwa 5 Gew.-% der Zusammensetzung vor dem
Aufschäumen.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
kann außerdem
wenigstens ein zusätzliches
Polymer enthalten. Ein Beispiel für ein geeignetes zusätzliches
Polymer umfasst Polybutadien-Kautschuk, Ethylvinylacetat, Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM),
Ethylen-Acrylsäure-Copolymer
wie das Polymer PrimacorTM 5990, vertrieben
von The Dow Chemical Company, Midland, Michigan. Die Menge an fakultativem
zusätzlichem
Polymer entspricht normalerweise etwa 5 bis etwa 10 Gew.-% der Zusammensetzung.
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Überdies
kann die Zusammensetzung auch wenigstens ein Additiv wie einen Farbstoff,
Klebrigmacher, Füllstoff,
Weichmacher, ein Öl
zur Aufbereitung, antimikrobielle Mittel, UV-Aushärtmittel,
magnetische/magnetisierbare Substanzen u.a. enthalten. Ein geeignetes
Additiv umfasst EPDM. Während
der Zusammensetzung jeder gewünschte
Farbstoff zugesetzt werden kann, ist der grüne oder blaue Farbstoff, der
von Akron Chemical Company, Akron, Ohio als Pulver Akrochem 626
und 633 vertrieben wird, wirkungsvoll. Falls vorhanden, entspricht
die Gesamtmenge an Additiven etwa 0 bis etwa 5,0 Gew.-% der Zusammensetzung
vor dem Aufschäumen.
Praktisch jedes Additiv kann zugesetzt werden, vorausgesetzt, dass
das Additiv die Verarbeitbarkeit oder die Eigenschaften der aufgeschäumten Zusammensetzung
nicht nachteilig beeinflusst. In einigen Fällen werden die Additive für die erfindungsgemäße Zusammensetzung
(z.B. Farbstoff, Klebrigmacher, Füllstoff, Weichmacher, Öl zur Aufbereitung,
antimikrobielle Mittel u.a.) zwecks einfacherer Handhabung zu Pellets
gemischt und anschließend
mit den übrigen
Bestandteilen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
vereinigt.
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Die
Zusammensetzung ist im Wesentlichen frei von Ionomerverbindungen.
Mit "im Wesentlichen
frei" ist gemeint,
dass die Zusammensetzung weniger als etwa 20 Teile von Hundert oder
5,5 Gew.-% Ionomerverbindungen aufweist, z.B. gewöhnlich etwa
0 Gew.-% Ionomere. Beispiele für
solche Ionomerverbindungen, die durch die vorliegende Erfindung
vermieden werden können,
sind in dem oben erwähnten
US-Patent Nr. 5,266,133 offenbart. Die Möglichkeit, Ionomerverbindungen
zu vermeiden, verringert die Kosten der Zusammensetzung und verbessert
außerdem
die Verarbeitbarkeit.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
kann durch Mischen der Bestandteile in jeder geeigneten Vorrichtung,
z.B. einem Dispergiermischer oder Doppelschneckenmischer oder Stetigmischer,
hergestellt werden Mit Ausnahme von fakultativem Öl zur Aufbereitung/Weichmacher
sind die Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzung unter Umgebungsbedingungen
Feststoffe. Sobald sie gemischt ist, kann die Zusammensetzung durch
Anwendung jedes zweckdienlichen Verfahrens wie Blasformen, Spritzgießen, Formpressen,
Stanzen, Strangpressen u.a. Verfahren geformt werden. Je nach Gestalt
der geformten erfindungsgemäßen Zusammensetzung
wird gewöhnlich
Spritzguss oder Strangpressen bevorzugt. Zum Beispiel kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung
so hergestellt werden, dass sie die Gestalt von 1A und 1B (unten
ausführlicher
beschrieben) aufweist, indem man eine Spritzgussform mit einem einzigen
Hohlraum oder einen Profilextruder mit einem einzigen Hohlraum verwendet.
Beim Spritzguss kann eine Toyo-Spritzgießmaschine,
Modell TM200, mit einem auf etwa 71°C (160°F) eingestellten Wassermantel
um den Zylinder, einer auf etwa 21°C (70°F) eingestellten Formtemperatur,
und einer Zykluszeit von etwa 30 Sekunden verwendet werden. Beim
Strangpressen kann eine herkömmliche
Anlage zum Einsatz kommen und ein Materialstrang extrudiert werden,
der den gleichen Querschnitt wie ein spritzgegossenes Teil aufweist.
Beim Strangpressen kann der Materialstrang durchgehend sein und
dann in geeigneten Schrittgrößen, z.B.
Schrittgrößen von
10,2 cm (vier (4) Inch), zerschnitten werden. Ein Beispiel für einen
herkömmlichen
Extruder umfasst einen 12/1-Extruder mit einer Standardschnecke,
mit einer Vorschubgeschwindigkeit von etwa 68 kg (150 Ibs)/h, einer
Einzugstemperatur von 71°C
(160°F),
einer Zylindertemperatur von 93°C
(200°F)
und einer Profilextrusionstemperatur von 93°C (200°F). Gewöhnlich wird das stranggepresste
Profil sofort durch ein kaltes Wasserbad gekühlt, um die Beibehaltung seiner
Form zu begünstigen.
Das stranggepresste Profil kann jede geeignete Gestalt wie etwa
u.a. eine kreisrunde, ovale, quadratische, fünfeckige, krummlinige Form
besitzen.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
kann zu einer zwei- oder dreidimensionalen Gestalt geformt werden
oder vor dem Aufschäumen
zu einem Einsatzort gepumpt werden. Zum Beispiel kann die Zusammensetzung
während
der Montage zu einer hohlen oder massiven zylindrischen Gestalt
spritzgegossen werden, die sich wiederum in einem Kraftfahrzeughohlraum
befindet, z.B. geformten Verstärkungsröhren/-kanälen, Türschwellern
oder Säulenhohlräumen u.a.
Bereichen/Hohlräumen.
Nach ordnungsgemäßer Anordnung
(z.B. in einem Kraftfahrzeughohlraum) expandiert die Zusammensetzung,
wenn sie den relativ hohen Temperaturen ausgesetzt ist, die bei
anschließenden
Verarbeitungsschritten, z.B. Einbrennzyklen, elektrolytischer Abscheidung,
Lackierung u.a. Fertigungsschritten, angewendet werden.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
kann mit einer praktisch unbegrenzten Reihe an Substraten wie galvanisierten
Oberflächen,
z.B. Blechen, die Kraftfahrzeug-Bauteile umfassen, kaltgewalztem
Stahl, feuerverzinkten Oberflächen,
Galvanel-Oberflächen,
Galvalum, Galfan u.a. verbunden oder an diese angeklebt werden.
Das Substrat oder die Oberfläche,
welche die erfindungsgemäße Zusammensetzung
berührt, kann
auch eine lackierte Oberfläche,
Keramik, Glas, einen Thermoplasten, einen Duroplasten u.a. umfassen.
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In
einer Erscheinungsform der Erfindung dient die erfindungsgemäße Zusammensetzung
als Komponente einer Verbundstruktur. Das heißt, die Zusammensetzung kann
zwischen wenigstens zwei Metallschichten angeordnet oder eingefügt sein
und dadurch einen sogenannten "Constrained-Layer"-Dämpfer bilden.
Die Zusammensetzung kann auch zu einem dünnwandigen Artikel geformt werden,
der eine durchgehenden Oberfläche
und wenigstens einen inneren Hohlraum aufweist. Die Zusammensetzung
kann auch geformt werden, um die in US-Patent Nr. 5,678,826 offenbarten
Artikel zu erzeugen.
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In
einer anderen Erscheinungsform betrifft die vorliegende Erfindung
ein aufschäumbares
Material mit einer vorbestimmten Gestalt oder Form. Das aufschäumbare Material
kann insbesondere zu einer Form gestaltet werden, die das aufschäumbare Material
an einem oder innerhalb eines definierten Ortes festhält, z.B. ein
aufschäumbares
Material, das ein akustisches Material umfasst, das sich in einem
Kraftfahrzeughohlraum befindet. Das aufschäumbare Material kann so geformt
werden, dass es selbsthaltend ist. Mit "selbsthaltend" ist gemeint, dass das aufschäumbare Material
nach Anordnung an einem definierten Ort und in einer definierten
Position/Ausrichtung für
eine vorbestimmte Zeit (z.B. bis zur Erwärmung zwecks Aufschäumung) die
Lage beibehält,
ohne dass gesondert angebrachte Verbindungselemente verwendet werden.
Selbsthaltende Eigenschaften können
erreicht werden, indem das aufschäumbare Material zu einer Klemme,
einem Keil, einer Spange, einem Bolzen u.a. Formen geformt wird,
die dafür
konzipiert sind, das aufschäumbare
Material an einem vorbestimmten Platz zu halten. Die selbsthaltenden
Eigenschaften können
auch durch Presssitz erreicht werden. Während das selbsthaltende aufschäumbare Material
aus jeder geeigneten Zusammensetzung hergestellt werden kann, ist
die hier offenbarte Zusammensetzung besonders gut brauchbar. Zum
Beispiel kann aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ein selbsthaltendes
aufschäumbares
Material derart geformt werden, dass das aufschäumbare Material eine einheitliche
Struktur aufweist, die ein Verbindungselement einschließt. Das
heißt,
das Verbindungselement würde
dazu dienen, das aufschäumbare
Material an einem vorbestimmten Ort zu halten, und (bei Erwärmung) expandieren,
um zur Abdichtung beizutragen. Die einheitliche selbsthaltende Struktur
kann darauf zugeschnitten werden, eine Gestalt aufzuweisen, die
ein integrales Verbindungselement für einen speziellen Bereich,
eine Lücke
oder einen Hohlraum, die abzudichten sind, einschließt.
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In
einer weiteren Erscheinungsform betrifft die vorliegende Erfindung
ein aufschäumbares
Material, das eine vorbestimmte Form oder Gestalt aufweist und wenigstens
ein Verbindungselement aufweist, das das aufschäumbare Material an einem vorbestimmten
Ort hält.
Das Verbindungselement kann das aufschäumbare Material an jedem geeigneten
vorbestimmten Ort halten, wie z.B. an einer vorderen und/oder hinteren "A"-Säule, "B"-Säule, "C"-Säule
eines Kraftfahrzeugs u.a. Orten, wo es wünschenswert ist, ein aufschäumbares
Material angrenzend an ein abzudichtendes Element anzuordnen. Mit "angrenzend" ist der Ausdruck "angrenzend" gemeint, wie er
in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird und der,
sofern nicht anders angegeben, zwei Bauteile bezeichnet, die miteinander
in Kontakt sind, nebeneinander mit einem sie trennenden Raum angeordnet
sind oder nebeneinander mit einer dritten Komponente dazwischen
angeordnet sind. Mit "abzudichtendem
Element" ist gemeint,
dass das Material das Element entweder vor, während oder nach Abschluss des
Aufschäumens
berührt.
Das abzudichtende Element kann wenigstens teilweise in das Aufschäummaterial
eingebettet oder von diesem durchdrungen sein. Das Verbindungselement
kann vor dem Aufschäumen
an das Material angefügt
oder in dieses integriert werden. Während jedes geeignete Verbindungselement
verwendet werden kann, umfassen Beispiele für geeignete Verbindungselemente
wenigstens ein Element, ausgewählt
aus der Gruppe der Stifte, Reißzwecken,
Klemmen, Presssitzverbindungselemente u.a. Verbindungselemente,
die imstande sind, eine geformte aufschäumbare Zusammensetzung an einem
vorbestimmten Ort zu halten, ohne das Aufschäumen oder die Leistungsfähigkeit
der Zusammensetzung nachteilig zu beeinflussen. Spezielle Beispiele
für geeignete
Verbindungselemente sind in den vorgenannten US-Patenten Nr. 5,040,803
und 5,678,826 beschrieben.
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Gewisse
Erscheinungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen besser verständlich.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. 1A stellt
ein aufschäumbares
Material 10 der vorliegenden Erfindung dar. Das aufschäumbare Material
besitzt einen kreisrunden Greifbereich 11. Der Teil 12 des
Materials 10, der an eine Öffnung in dem kreisrunden Greifbereich 11 angrenzt,
kann dazu dienen, die Haltbarkeit des Materials 10 zu verbessern
und/oder vermehrtes Material für
das anschließende
Aufschäumen
zu liefern. Das aufschäumbare
Material 10 wird um ein erstes Kraftfahrzeugelement (nicht
dargestellt) gehalten oder geklemmt, das einen im Wesentlichen kreisrunden
Querschnitt aufweist. Das aufschäumbare
Material 10 erzeugt eine ausreichende Druckkraft, um das
Material an einem vorbestimmten Ort zu halten. Der Teil 13 des
Materials 10 umgrenzt eine Öffnung 14. die Breite 15 der Öffnung 14 ist
größer oder
gleich dem Abstand zwischen einem ersten Kraftfahrzeugelement im
Bereich 11 und einem zweiten Kraftfahrzeugelement (nicht
dargestellt), das die Teile 12' und 12'' berührt. Dieser
Abstand ermöglicht,
dass das Material das erste Kraftfahrzeugelement umgreift, während es
außerdem
zwischen dem ersten und dem zweiten Kraftfahrzeugelement zusammengedrückt wird.
Die Länge 16 der Öffnung 14 bewirkt
oder ist ausreichend für
die Bereitstellung eines Volumens an aufschäumbarem Material zwischen dem
ersten Kraftfahrzeugelement und dem zweiten Kraftfahrzeugelement
und die Verstärkung
der Greifwirkung des Bereichs 11. Die Länge von 16 wird mit zunehmendem
oder abnehmendem Durchmesser von 11 zunehmen bzw. abnehmen.
Das Material kann einen weiten Bereich an Abmessungen besitzen;
gewöhnlich
beträgt
jedoch die bei Teil 17 dargestellte Wanddicke etwa 2 bis
etwa 4 mm, die Abmessung 14 etwa 2 bis etwa 4 mm, die Abmessung 16 etwa 25 bis
etwa 35 mm und die Gesamtlänge
von 10 etwa 25 bis etwa 45 mm. Wenn das aufschäumbare Material
durch Strangpressen gewonnen wird, kann die Länge von 16 größer als
20 mm sein.
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Wenn
das Material ausreichend Wärme
(z.B. 121–190°C (etwa 250
bis etwa 375°F))
ausgesetzt wird, bewirkt das vorgenannte Aufschäummittel, dass im Wesentlichen
das gesamte Material im Volumen zunimmt und an angrenzende Oberflächen, z.B.
Metalloberflächen,
bindet. Während
das in 1A dargestellte Material dafür vorgesehen
ist, einen Kraftfahrzeug-Türaufprallträger und
die Innenfläche
der Tür
zu berühren,
kann die Zusammensetzung auch zur Verwendung als Schalldämpfer in
einer "A"-Säule, als
Kofferraumdichtstoff u.a. in einem Kraftfahrzeug zwecks Kontrolle
von Schall, Wasser, Wind und Staub gestaltet werden.
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Es
wird nun auf 1B Bezug genommen. 1B zeigt
das in 1B dargestellte aufschäumbare Material
im Querschnittformat. Während
die in 1 dargestellte Zusammensetzung
dafür vorgesehen
ist, an einem Träger
mit einem kreisrunden Querschnitt befestigt zu werden, kann die
Zusammensetzung mit Trägern oder
Elementen verwendet werden, die eine praktisch unbegrenzte Anzahl
von Querschnitten aufweisen. Die Zusammensetzung kann auch in einer
großen
Vielfalt von Formen, z.B. Bändern,
Stangen, krummlinigen Formen u.a., und Größen gestaltet werden.
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Es
wird nun auf 2A Bezug genommen. 2A stellt
ein aufschäumbares
Material dar, das eine ähnliche
Gestalt besitzt wie das in 1A und 1B dargestellte,
mit der Ausnahme, dass das aufschäumbare Material 20 einen
geschlossene Greifbereich 21 aufweist. Das in 2A dargestellte
aufschäumbare
Material ist so gestaltet, dass das Material über ein anderes Element, z.B.
einen Aufprallträger
von kreisrundem Querschnitt, geschoben werden kann. Der Greifbereich 21 umfasst
Ausstülpungen 22,
die zusammengedrückt werden,
wenn ein anderes Element, z.B. ein Rohr, durch das Material 20 hindurchgeführt wird.
Durch das Zusammendrücken
der Ausstülpungen 22 wird
zwischen den Ausstülpungen
und der Außenfläche des
eingefügten
Elements Reibung erzeugt und dadurch das Material 20 an
einem festen Ort auf dem Element gehalten.
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Das
Material 20 kann wenigstens eine Kerbe oder Nut 23 definieren.
Diese Kerben oder Nuten 23 bieten Orte, wo das Material 20 zusammengedrückt oder
gebogen werden kann. Die Möglichkeit,
das Material 20 zu biegen, gestattet die Anordnung des
Materials an einem bestimmten Ort ohne ein Brechen oder eine Rissbildung
des Materials.
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Die
Ausstülpungen 22 können jede
geeignete Gestalt besitzen. Eine solche Gestalt ist in 2B dargestellt.
Es wird nun auf 2B Bezug genommen. 2B zeigt
das in 2A dargestellte aufschäumbare Material
im Querschnittformat. Das Ende der Ausstülpung 22 besitzt einen
Radius 24, der an jedem Ende des in dem Material 20 definierten
Hohlraums oder Loches 25 endet. Der endende Radius ermöglicht ein
bequemeres Einführen
eines Elements in oder durch das Material 20.
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Es
wird nun auf 3A–3C Bezug
genommen. 3A–3C erläutern eine
weitere Erscheinungsform der Erfindung, worin ein Kraftfahrzeugdichtstoff
ein integrales Verbindungselement umfasst, das dazu verwendet wird,
die erfindungsgemäße aufschäumbare Zusammensetzung
in einer vorbestimmten Position zu halten, z.B. selbsthaltend. Das
aufschäumbare
Material 30 weist ein integrales klemmenartiges Verbindungselement 31 auf
(das ebenfalls das erfindungsgemäße aufschäumbare Material
umfasst), welches das Material 30 an und im Innern einer
Kraftfahrzeug-A-Säule
(nicht dargestellt) hält.
Das Verbindungselement 31 umfasst außerdem einen Schenkel oder
eine Ausstülpung 32,
die sich in die A-Säule
erstreckt. Das Material 30 umgrenzt Öffnungen 33 und 34.
Diese Öffnungen
können
dazu dienen, Masse (und Materialkosten) zu verringern, den Wärmestrom
durch das aufschäumbare
Material zu erhöhen
(und dadurch eine gleichmäßige Aufschäumung und
eine geringere Aktivierungstemperatur zu gewährleisten) und den Strom von
Flüssigkeiten durch
das Material zu ermöglichen
(z.B. Kraftfahrzeug-Elektrobeschichtungen, Metallbehandlungen u.a.
Flüssigkeiten).
Das Material 30 umfasst Fortsätze 35 und 36,
die sich entlang einer Außenfläche der
A-Säule
erstrecken. Das Material 30 wird an einer A-Säule befestigt,
indem das Verbindungselement 31/32 so in die Säule eingefügt wird,
dass die Fortsätze 35 und 36 die
Außenfläche der
A-Säule
berühren.
Der bei 37 gezeigt Abstand entspricht der Dicke der A-Säule. Wenn
das Material 30 einer ausreichenden Wärmemenge ausgesetzt wird, expandiert
das gesamte Material 30 (einschließlich Verbindungselement 31 und
Fortsätzen 35/36),
wodurch die A-Säule
abgedichtet wird.
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Es
wird nun auf 4A–4C Bezug
genommen. 4A–4C stellen
ein aufschäumbares
Material dar, das eine ähnliche
Gestalt besitzt wie das in 3A–3C dargestellte,
mit der Ausnahme, dass das aufschäumbare Material 40 ein
aufschäumbares
klemmenartiges Verbindungselement 41 einschließt, das zum
Fortsatz 42 hin ausgerichtet ist. Das Material 40 umgrenzt
eine Öffnung 43,
die in einer Weise wirkt, wie sie oben in Verbindung mit den Öffnungen 33/34 beschrieben
wurde. Während
das Material 40 für
einen weiten Bereich an Endnutzanwendungen 40 eingesetzt
werden kann, ist es besonders geeignet für die Abdichtung einer vorderen
Kraftfahrzeug-B-Säule.
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Es
wird nun auf 5A–5C Bezug
genommen. 5A–5C stellen
ein aufschäumbares
Material dar, das eine ähnliche
Gestalt besitzt wie das in 3A–4C dargestellte,
mit der Ausnahme, dass das Material 50 ein aufschäumbares Verbindungselement 51,
Ausstülpungen 52,
die Öffnung 53 und
den Fortsatz 54 einschließt. Das Material 50,
das den in 1–4 dargestellten
Materialien ähnelt,
kann spritzgegossen werden und in einem weiten Bereich von Ausgestaltungen
hergestellt werden. Die spezielle in 5A–5C dargestellte
Gestalt ist besonders zur Abdichtung einer Kraftfahrzeug-C-Säule geeignet.
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Es
wird nun auf 6 Bezug genommen. 6 stellt
ein selbsthaltendes aufschäumbares
Material 60 dar, das Presssitz anwendet. Das Material 60 umfasst
einen Schaftteil 61, zusammendrückbare Seitenteile 62 und 63 und
ein Ende 64. Das Material 60 kann in einen gewünschten
Ort (z.B. in das Innere eines Hohlraums) eingeführt werden, indem der Schaftteil 61 mit
der Hand ergriffen und das Ende 64 in den Ort eingeführt wird,
bis wenigstens einer der Seitenteile 62 und 63 zum
Schaft 61 hin zusammengedrückt wird. Die Seitenteile 62 und/oder 63 halten
das Material 60 in einer selbsthaltenden Position. Falls
gewünscht,
kann der Schaftteil 61 geprägte Markierungen aufweisen,
die dazu verwendet werden können,
die Tiefe zu messen, bis zu der das Material 60 in einen
Hohlraum eingeschoben wurde.
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Falls
gewünscht,
kann die Zusammensetzung ein Verstärkungselement einschließen. Beispiele
für solche
Verstärkungselemente
umfassen Glassgittergewebe, Matten, Kunststoff- oder Nylonstützen u.a.
Materialien, die der Aufschäumtemperatur
standhalten und die strukturelle Integrität entweder der unaufgeschäumten oder
der aufgeschäumten
Zusammensetzung verbessern können.
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Überdies
kann wenigstens ein Teil der der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit einem
Film, einer Folie, einem Vlies, einer Platte u.a. laminiert sein.
Das Laminat kann eine vorübergehende
Komponente der Zusammensetzung wie z.B. eine Trennfolie sein und/oder
dauerhaft mit der Zusammensetzung in Berührung sein. Während jedes
geeignete Laminat verwendet werden kann, sind Beispiele für solche
Laminate in den US-Patenten Nr. 4,803,104 und 6,030,701 offenbart.
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Während die
obige Beschreibung aufschäumbare
Zusammensetzungen zur Verwendung bei Kraftfahrzeuganwendungen hervorhebt,
kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung
bei einer praktisch unbegrenzten Zahl von Anwendungen zum Einsatz
kommen. Beispiele für
solche Anwendungen können
eine oder mehrere der folgenden umfassen: Dichtstoffe für Flugzeuge,
Golfwagen, landwirtschaftliche Geräte, Seefahrzeuge, Isolierelement,
Dichtstoff für
den Wohnbau oder für
industrielle Zwecke u.a. Anwendungen. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
können – neben
anderen Verfahren zur Verwendung von Dichtstoffen – stranggepresst,
zu einem gewünschten
Einsatzort gepumpt, gespritzt oder vorgeformt (z.B. spritzgegossen) werden.
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Die
folgenden Beispiele werden zur Erläuterung gegeben und nicht,
um den Bereich der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist, einzuschränken.
Die Prozentangaben in diesen Beispielen sind Gewichtsprozent (%).
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BEISPIEL 1
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Es
wurde eine Zusammensetzung zubereitet, indem 100 phr (Teile pro
hundert Teile Harz) Basispolymer (BynelTM 3860,
geliefert von DuPont Company), 1,5 phr Weichmacheröl auf Kohlenwasserstoffbasis (Tufflo® 500
WsChem-Hall Inc.), 6,7 phr Piccotac® Kohlenwasserstoffharz,
0,7 phr TMTDTM von AkroChem und 10 phr Aufschäummittel
(6,7 phr Celogen OT und 3,3 phr Celogen 765), 0–1 phr Peroxid, geliefert von
Akrochem, vereinigt wurden.
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BEISPIEL 2
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Es
wurde eine Zusammensetzung zubereitet, indem 100 phr Basispolymer
(BynelTM 3860, geliefert von DuPont Company),
20 phr Ethylen-Copolymer (Primacor 5990, geliefert von Dow Chemical),
12 phr Aufschäummittel
(8 phr Celogen OT und 4 phr Celogen 765), 8 phr Kohlenwasserstoffharz
und 0,8 phr TMTDTM (geliefert von AkroChem)
und 0,5 phr BIK-OT (von Uniroyal Chemical Company), 0–1 phr Peroxid,
geliefert von Akrochem, vereinigt wurden.
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BEISPIEL 3
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Es
wurde eine Zusammensetzung zubereitet, die im Wesentlichen die gleiche
war wie die von Beispiel 2 offenbarte, mit der Ausnahme, dass 0,04
phr Farbstoff (geliefert von AkroChem) zugesetzt wurde.
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BEISPIEL 4
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Es
wurden die Zusammensetzungen von Beispiel 1–3 zubereitet, indem das Basispolymer
und, falls vorhanden, 14% zusätzliches
Polymer (PrimacorTM Ethylen-Acrylsäure-Polymer)
in einem Dispergiermischer von Baker Perkins gemischt wurden. Dem
Mischer wurden etwa 3,5 Pfund (0,97%) des vorgenannten leichten Verarbeitungsöls zugesetzt
und 5 bis 10 Minuten gemischt. Dem Mischer wurden 0–2% Aushärtmittel
(TMTDTM Tetramethylthiuramdisulfid) und
Aufschäummittel
(CelogenTM 765) zugesetzt, und die Kombination
wurde 3 bis 5 Minuten gemischt. Das restliche Verarbeitungsöl wurde
zugesetzt, und das Mischen wurde für 3–5 Minuten fortgesetzt. Dem
Mischer wurden ein blauer Farbstoff und zusätzliches Aufschäummittel
(CelogenTM OT) zugesetzt und 3 bis 10 Minuten
gemischt.
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Die
vorgenannten Aufschäummittel
waren mit 10–28%
naphthenischem Bindemittel von Polychem oder ElastoChem vorbehandelt
worden. Die vorbehandelten Aufschäummittel besaßen wenigstens
etwa 90% der Aktivität
von unbehandelten Aufschäummitteln.
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Die
gemischte Zusammensetzung umfasste Pellets oder Partikel aus Basispolymer
mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen Überzug. Die Zusammensetzung
wies keine meldepflichtigen Staubbildungseigenschaften auf.
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BEISPIEL 5
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Die
Zusammensetzungen von Beispiel 4 werden in Behälter von 18,9 l (5 Gallonen)
bis 227 l (500 Pfund) Fassungsvermögen gefüllt. Die Zusammensetzung wird
dann durch Spritzguss in einer Spritzgießmaschine Boy 30 Ton oder Toyo,
Modell Nr. TM200 geformt, um ein Spritzgussteil zu bilden. Der spritzgegossene oder
stranggepresste Artikel wird bei einer Temperatur von etwa 149 bis
204°C (300
bis 400°F)
gebacken. Das Backen bewirkt wiederum die Aktivierung des Aufschäummittels
im Artikel, wodurch das Volumen des Artikels um wenigstens 600%
expandiert.
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BEISPIEL 6
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Die
Zusammensetzungen von Beispiel 4 werden in einen Extruder gefüllt. Die
Zusammensetzung wird stranggepresst, um eine Plattenstruktur zu
bilden. Die Zusammensetzung wird mittels eines 12/1-Extruders stranggepresst,
der so modifiziert wurde, dass er eine Kompressionsschnecke enthielt.
Das Folgende erläutert die
Extrusionsparameter: 82 kg (180 Ibs)/h Vorschubgeschwindigkeit,
71°C (160°F) Einzugstemperatur,
93°C (200°F) Temperatur
des Kompressionsbereichs und 104°C
(220°F)
Kopf-/Düsentemperatur.
Der stranggepresste Artikel wird durch Erwärmen aufgeschäumt.
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BEISPIEL 7
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Beispiel
2 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass Ethylen-Copolymer durch
8–20 phr
Polybutadien-Polymer ersetzt wurde. Das Polybutadien wurde von JSR
Corp. geliefert.
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BEISPIEL 8
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(nicht erfindungsgemäß)
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Dieses
Beispiel beschreibt die Herstellung einer spritzgegossenen Zusammensetzung,
die als Versteifung auf einem Aufprallträger in einer Kraftfahrzeug-Mitfahrertür verwendet
wurde. Die Bestandteile der Zusammensetzung sind in der folgenden
Tabelle angeführt. TABELLE
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Die
durch Wärme
aufschäumbare
Zusammensetzung wurde in einem Labor-Dipergierschaufelmischer von
Baker Perkins gemischt. Die gemischte Zusammensetzung wurde in einer
Form mit einem einzigen Hohlraum spritzgegossen, mit einer Gestalt,
wie sie in im Wesentlichen in 1A und 1B dargestellt
ist.
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Der
spritzgegossene Artikel wurde um einen Aufprallträger angeordnet
oder geklemmt. Der Träger wurde
in eine Umluftofenkammer eingeführt
und für
einen Zeitraum von zwanzig Minuten einer Temperatur von etwa 325°F ausgesetzt.
Die Zusammensetzung expandierte zwischen dem Träger und einem angrenzenden Stahlelement
(das den Innenteil einer Kraftfahrzeug-Türhaut darstellte). Die Zusammensetzung
haftete sowohl an dem Innenteil der Türhaut als auch an dem Aufprallträger und
verringerte dadurch die Bewegungsfreiheit des Bleches. Durch Einschränkung der
Blechbeweglichkeit vermindert die erfindungsgemäße Zusammensetzung durch Klappergeräusche verursachten
Schall und verbessert neben anderen wünschenswerten Eigenschaften
die mechanische Festigkeit der Tür.
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Die
Beispiele 9–11
zeigen spritzgießbare
Zusammensetzungen, die gemäß dem Verfahren
von Beispiel 8 hergestellt wurden. BEISPIEL
9
BEISPIEL
10
BEISPIEL
11 (nicht
erfindungsgemäß)
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Beispiel
12 erläutert
eine formbare Zusammensetzung, die in der in
6 dargestellten
Gestalt hergestellt wurde. BEISPIEL
12 (nicht
erfindungsgemäß)
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Die
durch Wärme
aufschäumbare
Zusammensetzung von Beispiel 12 wurde in einem Labormischer von
Baker Perkins mit Dispergierschaufel gemischt. Es wurde das folgende
Mischverfahren angewendet.
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SBR-Kautschuk,
EPDM-Kautschuk, EVA-Harz und etwa 1/3 des APAO wurden vermengt.
Das Gemisch wurde auf eine Temperatur von 140°F gebracht und bis zur Homogenität gemischt.
Der Mischer wurde ausgeschaltet, und es wurden Gilsonite, Zinkoxid,
Stearinsäure,
Treibmittel, Schwefel, Industrieruß und der Rest des APAO zugesetzt.
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Die
Zusammensetzung wurde bis zur Homogenität gemischt und erreichte eine
Mischtemperatur von etwa 68°C
(155°F).
Die gemischte Zusammensetzung wurde stranggepresst und in die in 6 dargestellte Gestaltform
gestanzt.
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Der
Formartikel wurde in der Öffnung
rohrförmigen
1 × 2-Stahllängsträgers angeordnet.
Der Längsträger wurde
in eine Umluftofenkammer eingeführt
und für
einen Zeitraum von zwanzig Minuten einer Temperatur von etwa 196°C (385°F) ausgesetzt.
Die Zusammensetzung expandierte und füllte das Innere des Längsträgers aus.
Die Zusammensetzung haftete am Innenteil des Trägers.