DE69518385T2

DE69518385T2 - Verfahren zur Herstellung eines steifen Schaumgegenstandes

Info

Publication number: DE69518385T2
Application number: DE69518385T
Authority: DE
Inventors: Itsuro Hasegawa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2015-10-28
Also published as: EP0709425A2; DE69518385D1; EP0709425B1; US5631304A; EP0709425A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines harten (rigid) Schaumproduktes und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines harten Schaumproduktes, das für die Ausfüllung eines hohlen Teiles eines geformten Metallartikels, wie Stahl, zur Verstärkung geeignet ist.
Die US-A-3,965,054 betrifft die Herstellung einer schäumbaren Mischung, die gleichmäßige und feine Zellen aufweist und ein Polyolefin, ein Quervernetzungsmittel, ein Treibmittel und ein. Gasauffangmittel umfaßt. Die US-A-5,160,465 beschreibt geformten schäumbare Teile, wie schäumbare Einsätze für Fahrzeugkarosserien, die aus einer Mischung hergestellt werden, die ein Ethylen-Methylacrylat Copolymer, ein Quervernetzungsmittel, ein chemisches Treibmittel und einen Treibmittelaktivator umfaßt.
Wenn es gewünscht ist, ein Schaumprodukt herzustellen, das hart ist, werden zu den Harzen üblicherweise Fasermaterialien hinzugefügt, um Harzkomplexe zu bilden, die anschließend geschäumt werden, oder es werden poröse Füllstoffe zu den Harzen hinzugegeben, um poröse Harzprodukte herzustellen.
Übliche Verfahren, die Fasermaterialien verwenden wie oben beschrieben ist, können harte Schaumprodukte liefern, die die Härteanforderungen erfüllen. Jedoch können die meisten dieser Verfahren keine Schaumprodukte mit ausreichend geringem Gewicht liefern, da jedes Produkt ein beschränktes Harzexpansionsverhältnis bis etwa 2 hat, was auf das Entweichen von Gasen zurückzuführen ist, die zwischen dem Fasermaterial gebildet werden. Auch wenn die Harze durch hochaufschäumbare Harzmaterialien ersetzt werden, die ein Ausdehnungsverhältnis von über 2 zeigen, können die Verfahren keine faserverstärkten Schaumprodukte liefern, die ein hohes Ausdehnungsverhältnis von über 2 haben, da die gebildeten Gase durch die Fasermaterialien entweichen.
Weiterhin ist es bei den Verfahren, die poröse Füllstoffe verwenden, schwer, die Produkte in hohlen Teilen (im folgenden auch als Hohlräume bezeichnet) anzuordnen, die in einem geformten Metallartikel ausgebildet sind.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Probleme zu beseitigen, die mit den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von harten Schaumprodukten verbunden sind.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines harten Schaumproduktes anzugeben, das von leichtem Gewicht ist, das leicht in einem Hohlraum anzuordnen ist, das ein gesteigertes Harzausdehnungsverhältnis mit guter Hohlraum-Füllfähigkeit aufweist und das eine gute Haftung an einer Hohraumoberfläche zeigt.
Obwohl sich der Erfinder der vorliegenden Erfindung bewußt war, daß Verfahren, die ein Fasermaterial verwenden, üblicherweise keine hochausgedehnten Schaumprodukte liefern können, da die gebildeten Gase durch das Fasermaterial entweichen, fuhr er, wie oben beschrieben, mit einer Untersuchung zur Produktion von ausreichend harten und leichtgewichtigen Schaumprodukten fort. Die Untersuchung hat gezeigt, daß faserverstärkte harte Schaumprodukte erhalten werden können, die ein Ausdehnungsverhältnis von über 2 haben, wenn spezifische Harzmaterialien verwendet werden.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von harten Schaumprodukten zur Verfügung, das die Schritte umfaßt Mischen eines metallhaftendenen Harzes, eines Schäummittels, eines Schäumbeschleunigers, eines Quervernetzungsmittels, eines Monomers und eines Fasermaterials, um eine schäumbare Mischung zuzubereiten, Einbringen der so zubereiteten schäumbaren Masse in einen Hohlraum einer geformten Metallkomponente und Erwärmen der Metallkomponente mit der schäumbaren Mischung; wobei das metallhaftende Harz ausgewählt wird aus einem Ethylen-Methylacrylat-Copolymer Harz, einem Ethylen- Ethylacrylat-Copolymer Harz, einem Ethylen-Butylacrylat-Copolymer Harz und einer Mischung aus nicht weniger als 50% eines Ethylen-Methylacrylat-, eines Ethylen-Ethylacrylat- oder eines Ethylen-Butylacrylat-Copolymer Harzes und nicht mehr als 50% eines Polyethylens geringer Dichte, und wobei das Fasermaterial in Form geschnittener Stränge vorliegt, die eine Länge von 5 mm bis 20 mm haben und in einer Menge von 10 bis 100 Gewichtsanteilen auf 100 Gewichtsanteile des metallhaftenden Harzes vorliegen.
Erfindungsgemäß haftet das metallhaftende Harz an einer Metalloberfläche in dem Hohlraum, wenn die schäumbare Mischung durch Wärmebehandlung geschäumt wird. Das Fasermaterial kann die schäumbare Mischung härter machen, ohne die Ausdehnungsfähigkeit der schäumbaren Mischung zu unterbinden, wobei die Bildung eines leichtgewichtigen harten Schaumproduktes mit gesteigerter Härte ermöglicht wird.
Weiterhin wird in dieser Erfindung die schäumbare Mischung wie oben beschrieben durch Mischen der Bestandteile und anschließendem Einbringen der Mischung in den Hohlraum hergestellt. Die schäumbare Mischung kann daher leicht gehandhabt und schnell in den Hohlraum eingebracht werden. Die schäumbare Mischung kann in einem Ausdehnungsverhältnis von 2 bis 5 ausgedehnt werden, wobei ein leichtgewichtiges Schaumprodukt mit guten Hohlraumfüllfähigkeit und guter Haftung zu der Hohlraumoberfläche gebildet wird.
Bevorzugt wird der Schritt der Mischung der Bestandteile bei einer Temperatur durchgeführt, die ausreichend niedrig ist, um die Aktivierung des Schäummittels zu verhindern. Dies kann zur Bildung einer schäumbaren Mischung führen, deren Bestandteile nicht miteinander reagieren.
Die Auswahl eines metallhaftenden Harzes aus den oben angegebenen kann erfindungsgemäß die Bildung eines harten Schaumproduktes verbessern, das eine gute Haftung an der Oberfläche des Hohlraumes besitzt.
Wenn eine Mischung von nicht weniger als 50% eines Ethylen-Methylacrylat-, eines Ethylen-Ethylacrylat- oder eines Ethylen-Butylacrylat-Copolymer Harzes und nicht mehr als 50% eines Polyethylens geringer Dichte verwendet wird, kann ein hartes Schaumprodukt erhalten werden, das an der Metalloberfläche des Hohlraumes haftet. Jedoch nimmt die Härte und die Haftung des Schaumproduktes ab, wenn die Menge des Polyethylens geringer Dichte zunimmt.
Das Fasermaterial kann ein Fiberglas sein, das eine Länge von 5 bis 20 mm aufweist und eine Menge von 10 bis 100 Gewichtsanteilen auf 100 Gewichtsanteile des metallhaftenden Harzes aufweist. Das Fiberglas kann ein gutes, hartes Schaumprodukt liefern.
Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Formens der schäumbaren Mischung in einen profilierten Block aufweisen, der einen gewünschte Struktur zeigt, die mit der Struktur des Hohlraumes übereinstimmt. Die schäumbare Mischung, die so erhalten wird, kann leicht gehandhabt und schnell in den Hohlraum eingebracht werden.
Das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhaltene harte Schaumprodukt ist leichtgewichtig und besitzt eine ausgezeichnete Härte. Daher ist ein solches Produkt zur Verstärkung von hohlen Teilen einer geformten Metallkomponente geeignet.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines harten Schaumproduktes wird zuerst eine schäumbare Mischung zubereitet. Die schäumbare Mischung wird durch Mischen eines metallhaftenden Harzes, eines Schäummittels, eines Schäumbeschleunigers, eines Quervernetzungsmittels eines Monomers und einem Fasermaterial zubereitet. Die so zubereitete Mischung wird anschließend in den hohlen Teil oder Hohlraum einer geformten Metallkomponente eingebracht und wird zusammen mit der geformten Metallkomponente wärmebehandelt.
Das oben angegebene metallhaftende Harz ist ein polares Harz, das an einer Metalloberfläche haftet, wenn es für die Schäumung mit Wärme behandelt wird.
Das Schäummittel kann einer oder zwei der Bestandteile der Gruppe sein, die aus Azodicarbonamid (ADCA), Dinitrosopentamethylentetramin, Oxy-bis(benzosulfonylhydroazid) und ähnlichen Verbindungen besteht.
Der Schäumbeschleuniger kann Zinkstearat, ZnO, MgO, Stearinsäure und ähnliche Verbindungen sein.
Beispiele für ein Quervernetzungsmittel schließen Dicumylperoxid (DCP) 1,3-bis(t-butylperoxyisopropyl)benzol und Mischungen daraus ein.
Das Monomer kann Triallylisocyanurat (TAIC), Triallylcyanurat (TAC), Trimethylolpropan-trimethacrylat (TMP) oder ähnliche Verbindungen sein.
Das Fasermaterial kann ein Fiberglas, eine organische Faser und ähnliche Materialien sein. Das Fasermaterial wird in Form geschnittener Stränge verwendet, die eine Länge von 5 mm bis 20 mm haben und macht einen Gehalt von 10 bis 100 Gewichtsanteilen auf 100 Gewichtsanteile des metallhaftenden Harzes aus. Im folgenden sind alle Anteile Gewichtsanteile, soweit nichts anderes angegeben ist. Das Fasermaterial mit einer Länge kürzer als 5 mm kann kein Produkt liefern, das die Härteanforderungen erfüllt. Das Fasermaterial mit einer Länge von mehr als 20 mm kann nicht leicht mit anderen Bestandteilen gemischt werden. Weiterhin kann ein Fasermaterial mit einem Gehalt von weniger als 10 Anteilen kein Schaumprodukt liefern, das die Härteanforderungen erfüllt. Das Fasermaterial mit einem Gehalt größer als 100 Anteile kann Schwierigkeiten bei der Mischung und bereits das Entweichen von erzeugten Gasen verursachen.
Die schäumbare Mischung kann zusätzlich weitere Füllstoffe wie Calciumcarbonat, Talk und Ton enthalten. Weiterhin kann die schäumbare Mischung Reaktionshilfsstoffe enthalten, soweit diese nötig sind.
Vor der Anordnung in einem Hohlraum wird die schäumbare Mischung, so wie sie zubereitet ist, bevorzugt in einem profilierten Block oder ein profiliertes Teil geformt, der/das eine gewünschte Struktur zeigt, die mit der Struktur des Hohlraumes übereinstimmt.
Der Mischprozess der Bestandteile zur Zubereitung der schäumbaren Komponente bzw. der Formprozess der schäumbaren Mischung werden jeweils bei einer Temperatur durchgeführt, die ausreichend niedrig ist, um eine Aktivierung des Schäummittels zu verhindern. Für den Mischprozess und den Formprozess können selektiv allgemein bekannte Techniken und Maschinen eingesetzt werden. Weiterhin kann das Erwärmungsverfahren der schäumbaren Mischung und der Metallkomponente unter Verwendung von gewünschten Mitteln zur Erwärmung unter Atmosphärendruck (Raumdruck) durchgeführt werden.
Die schäumbaren Mischung, wie sie zubereitet ist, ist eine bloße innige Mischung (blend), deren Bestandteile nicht miteinander reagiert haben. Wenn die schäumbaren Mischung erwärmt wird, werden die Bestandteile miteinander zur Reaktion gebracht. Auf diese Weise wird die schäumbare Mischung mit einem Ausdehnungsverhältnis von 2 bis 5 ausgedehnt, so daß ein Schaumprodukt entsteht. Das Fasermaterial hat die Funktion, die Festigkeit des Schaumproduktes zu erhöhen, ohne die Schäumfähigkeit des Schäummittels zu erniedrigen.
Das Schaumprodukt, das aus der schäumbaren Mischung, die EMA, EEA oder EBA enthält, erhalten wird, zeigt eine gute Haftung auf metallischen Oberflächen des Hohlraumes. Das Fiberglas mit einer Länge von 5 bis 20 mm kann die Festigkeit des Schaumproduktes effektiv erhöhen, ohne die Ausdehnungsfähigkeit der schäumbaren Mischung zu verhindern. Die formbare Mischung, die in einen Profilblock eingebracht wurde, kann leicht in dem Hohlraum angeordnet werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird im einzelnen durch die folgenden Laborbeispiele beschrieben:

Beispiel 1

Um eine schäumbare Mischung zuzubereiten, werden 100 Anteile EMA, 3 Anteile ADCA, ein Anteil DCP, 0,2 Anteile ZnO und 50 Anteile Fiberglas mit einer Länge von 6 mm in einer Ofentrommel (oven roll) gemischt. Die so zubereitete schäumbare Mi schung wurde extrudiert, um ein mattenähnliches Extrudat zu erzeugen. Anschließend wurde das mattenähnliche Extrudat zu einer Folie (sheet) mit einer Dicke von 10 mm preßgeformt. Der Preßformprozess wurde bei einer Temperatur durchgeführt, die ausreichend niedrig war, um ein unerwünschtes Schäumen der schäumbaren Mischung zu verhindern. Die Folie wurde dann ausgestanzt, so daß ein rechteckiges schäumbares Stück mit den Abmessungen 20 mm · 70 mm entstand. Das schäumbare Stück wurde in dem Hohlraum einer geformten Stahlkomponente angeordnet. Die Stahlkomponente mit dem schäumbaren teil wurde dann in einem Ofen plaziert und wurde dann bei einer Temperatur von 170ºC für 25 Minuten unter atmosphärendruck wärmebehandelt. Im Ergebnis war der Hohlraum vollständig mit der schäumbaren Mischung ausgefüllt. Weiterhin wurde die schäumbare Mischung in dem Hohlraum zu einem ausreichend hatten Schaumprodukt (gehärtetem Produkt) ausgehärtet. Das so erhaltene harte Schaumprodukt hatte ein Ausdehnungsverhältnis von 4 und zeigte eine ausgezeichnete Härte. Das harte Schaumprodukt zeigte eine Härte von 45, wenn diese unter Verwendung eines Härtetesters des Typs K6301C basierend auf dem JIS (Japanese Industrial. Standard) ermittelt wurde. Darüber hinaus haftete das Schaumprodukt fest an der Oberfläche des Hohlraumes.

Beispiel 2

Um eine schäumbare Mischung zuzubereiten werden 100 Anteile EMA, 2 Anteile ADCA, 0,7 Anteile DCP, 0,2 Anteile ZnO, 1 Anteil Stearinsäure und 50 Anteile Calciumcarbonat und 30 Anteile Fiberglas mit einer Länge von 13 mm in einer Ofentrommel (oven roll) gemischt. Die so zubereitete schäumbare Mischung wurde extrudiert, um ein mattenähnliches Extrudat zu erzeugen. Anschließend wurde das mattenähnliche Extrudat zu einer Folie (sheet) mit einer Dicke von 5 mm preßgeformt. Der Preßformprozess wurde bei einer Temperatur durchgeführt, die ausreichend niedrig war, um ein unerwünschtes Schäumen der schäumbaren Mischung zu verhindern. Die Folie wurde dann ausgestanzt, so daß ein scheibenförmiges Stück mit einem Durchmesser von 65 mm entstand. Das schäumbare Stück wurde in dem Hohlraum einer geformten Stahlkomponente angeordnet. Die Stahlkomponente mit dem schäumbaren teil wurde dann in einem Ofen plaziert und wurde dann bei einer Temperatur von 165ºC für 30 Minuten unter Atmosphärendruck wärmebehandelt. Im Ergebnis war der Hohlraum vollständig mit der schäumbaren Mischung ausgefüllt. Weiterhin wurde die schäumbare Mischung in dem Hohlraum zu einem ausreichend harten Schaumprodukt (gehärtetem Produkt) ausgehärtet. Das so erhaltene harte Schaumprodukt hatte ein Ausdehnungsverhältnis von 3 und zeigte eine ausgezeichnete Härte. Das harte Schaumprodukt zeigte eine Härte von 38, wenn diese unter Verwendung eines Härtetesters des Typs K6301C basierend auf dem JIS (Japanese Industrial Standard) ermittelt wurde. Darüber hinaus haftete das Schaumprodukt stark an der Oberfläche des Hohlraumes.
Die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen sind als Erläuterung der Erfindung und nicht zur Beschränkung der Erfindung auf die speziellen, hier beschriebenen Formen vorgesehen. Sie sind ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre Anwendung und praktischen Einsatz zu erläutern, so daß anderen Fachleuten die Anwendung der Erfindung ermöglicht wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines harten Schaumproduktes, das die Schritte aufweist:

Mischen eines metallhaftendenen Harzes, eines Schäummittels, eines Schäumbeschleunigers, eines Quervernetzungsmittels, eines Monomers und eines Fasermaterials, um eine schäumbare Mischung zuzubereiten;

Einbringen der so zubereiteten schäumbaren Masse in einen Hohlraum einer geformten Metallkomponente; und

Erwärmen der Metallkomponente mit der schäumbaren Mischung, wobei das metallhaftende Harz ausgewählt wird aus einem Ethylen-Methylacrylat-Copolymer Harz, einem Ethylen- Ethylacrylat-Copolymer Harz, einem Ethylen-Butylacrylat-Copolymer Harz und einer Mischung aus nicht weniger als 50% eines Ethylen-Methylacrylat-, eines Ethylen-Ethylacrylat- oder eines Ethylen-Butylacrylat-Copolymer Harzes und nicht mehr als 50% eines Polyethylens geringer Dichte, und wobei das Fasermaterial in Form geschnittener Stränge vorliegt, die eine Länge von 5 mm bis 20 mm haben und in einer Menge von 10 bis 100 Gewichtsanteilen auf 100 Gewichtsanteile des metallhaftenden Harzes vorliegen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Mischungsschritt bei einer Temperatur durchgeführt wird, die ausreichend niedrig ist, um eine Aktivierung des Schäummittels zu verhindern.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Fasermaterial in der Form von Fiberglas vorliegt.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das weiterhin den Schritt des Formens der schäumbaren Mischung in einen profilierten Block aufweist, der eine gewünschte Struktur zeigt, die mit der Struktur des Hohlraumes übereinstimmt.

5. Verwendung einer schäumbaren Mischung, die aus einem metallhaftenden Harz zubereitet wurde, das ausgewählt wird aus einem Ethylen-Methylacrylat-Copolymer Harz, einem Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer Harz, einem Ethylen-Butylacrylat-Copolymer Harz und einer Mischung von nicht weniger als 50% eines Ethylen-Methylacrylat-, eines Ethylen-Ethylacrylat- oder eines Ethylen-Butylacrylat-Copolymer Harzes und nicht mehr als 50% eines Polyethylens geringer Dichte, einem Schäummittel, einem Schäumbeschleuniger, einem Quervernetzungsmittel, einem Monomer und einem Fasermaterial. das in Form geschnittener Stränge vorliegt, die eine Länge von 5 mm bis 20 mm haben und in einer Menge von 10 bis 100 Gewichtsanteilen auf 100 Gewichtsanteile des metallhaftenden Harzes vorliegen, zum Füllen und Verstärken eines hohlen Teiles einer geformten Metallkomponente.