DE7640725U1

DE7640725U1 - Stossfaenger

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Publication number: DE7640725U1
Application number: DE19767640725U
Authority: DE
Original assignee: BEROL KEMI STENUNGSUND (SCHWEDEN) AB
Current assignee: BEROL KEMI STENUNGSUND (SCHWEDEN) AB
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1976-12-27
Publication date: 1981-02-26
Also published as: NL7614546A; FR2337153A1; DE2659057A1; US4134610A; GB1545098A

Description

Die Neuerung betrifft einen Stossfänger mit einem Rahmen und einem daran befestigten stossabsorbierenden Schaumstoffkissen.

Schaumstoffe für Stossfänger und stossabsorbierende Vorrichtungen sollen selbst nach wiederholten starken Kompressionen ihre Stossabsorptionsfähigkeit beigehalten. Stossfänger für Autos sollen ferner sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen hohe Stossabsorptionsfähigkeit besitzen und nach starken Kompressionen eine nur geringe bleibende Verformung aufweisen. Die bisher für diesen Zweck verwendeten steifen Schaumstoffe besitzen zwar ausgezeichnete Stossabsorptionsfähigkeit, haben jedoch den Nachteil einer grossen bleibenden Verformung.

Aufgabe der Neuerung ist es daher, einen Stossfänger bereitzustellen, bei dem hohe Stossabsorptionsfähigkeit selbst nach wiederholter starker Kompression mit der Fähigkeit kombiniert ist, die ursprüngliche Form nach schwerer Stosseinwirkung nahezu vollständig wieder anzunehmen.

Diese Aufgabe wird mit einem Stossfänger der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei dem das Schaumstoffkissen aus einem mittelsteifen Polyurethan-Schaumstoff besteht, der dadurch hergestellt worden ist, dass man a) ein Polyisocyanat,

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b) ein Polyäther-Polyol mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 10 000, vorzugsweise 3000 bis 7000, c) 1 bis 5, vorzugsweise 1,5 bis 4 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyäther-Polyol, Wasser, d) 1 bis 6, vorzugsweise 1,5 bis 4,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyäther-Polyol, eines Vernetzungsmittels mit mindestens 3 gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen pro Molekül und einem Molekulargewicht von nicht mehr als 1000, vozugsweise nicht mehr als 500, umsetzt, wobei die Polyisocyanatmenge so gewählt wird, dass der Isocyanatindex 0,7 bis 2,4, vorzugsweise 0,9 bis 1,2, beträgt.

Unter mittelsteifen Polyurethan-Schaumstoffen werden Schaumstoffe verstanden, die ^Ur eine Kompression von 40 % einen Druck von 50 bis 200 kPa erfordern. Untersuchungen an den neuerungsgemäss verwendeten Polyurethan-Schaumstoffen haben gezeigt, dass

die Zellstruktur selbst bei starken Kompressionen im Temperaturbereich von -40 bis +60°C nicht zerstört wird. Selbst nach starker Stosseinwirkung mit einer Kompression von 60 % ist die bleibende Verformung beträchtlich geringer als 1 % . Auch nach zehn starken Stössen in schneller Reihenfolge mit einer Kompression von 50 % ist eine bleibende Verformung von beträchtlich weniger als 1 % zu beobachten.

Die Stossabsorptionsfähigkeit der Polyurethan-Schaumstoffe wird ausser durch Harnstoff bzw. Thioharnstoff auch durch das Vernetzungsmittel gefördert. Spezielle Beispiele für Ver- -^ netzungsmittel sind stickstoffhaltige Verbindungen, wie Monoäthanolamin, Diäthanolamin, Triäthanolamin, Äthylendiamin und Diäthylentriamin, sowie Polyole, wie Glycerin, Pentaerythrit, Trimethylolpropan, Butantriol, Hexantriol und Sorbit. Gegebenenfalls können auch geringere Mengen Alkylenoxide, vorzugsweise Äthylenoxid und/oder Propylenoxid, mit den vorstehend genannten Verbindungen umgesetzt werden. Bei Verwendung von mehr als 25 Gewichtsprozent Vernetzungsmittel entstehen _ zu stsiff! SchäuiuStoffe, wahrend bei Mengen üntciruälij *"

wui· J-wii wkiwj. vajVH c _uxc i»JV* 1 ΙΟ, LlittO l~V_S i_ X C CXIlC ίιΚΧ UCiIIlUC fähigkeit besitzen. Das Vernetzungsmittel besteht vorzugsweise zu mindestens 50 % aus einer stickstoffhaltigen Verbindung, die mindestens eine Hydroxylgruppe enthält. Beispiele für derartige Verbindungen sind Triäthanolamin und Diäthanolamin. Die stickstoffhaltigen Verbindungen katalysieren darüberhinaus die Reaktion zwischen Hydroxylgruppen und Isocyanatgruppen, so dass sie die zur Herstellung der Polyurethane eingesetzten herkömmlichen Katalysatoren ganz oder teilweise ersetzen können.

Die Fähigkeit der Polyurethan-Schaumstoffe, ihre ursprüngliche Form wieder anzunehmen, kann gegebenenfalls dadurch verbessert werden, dass man geringe Mengen (z.B. 0 bis 1 Gewichtsprozent,

bezogen auf das Poly£ther-Polyol) einer starken Base zusetzt, z.B. Hydroxide von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen, basische organische oder anorganische Salze dieser Hydroxide oder basische organische Stickstoffverbindungen. Besonders geeignete Basen sind die bekannten, zur Trimerisierung von Isocyanaten eingesetzten Katalysatoren, wie Natrium-,Kalium-, Magnesium- und Calciumhydroxid, Tetramethylguanidin und Alkalimetallcarbcxylate, z.B. Natriumacetat, Kaliumacetat, Natriumbenzoat und Kaliumbenzoat. Die basischen Verbindungen haben die Fähigkeit, die Zellen beim Schäumvorgang zu öffnen, ohne dass der Schaumstoff zusammenbricht. Dies ist von grosser technischer Bedeutung, ^ da offene Zellen den Überdruck verringern, der während einer starken Kompression entsteht. Die Stossabsorptionsfähigkeit des Polyurethan-Schaumstoffes wird somit gefördert.

Das eingesetzte Polyäther-Polyol wird dadurch

erhalten, dass man Ä'thylenoxid, Propylenoxid und/oder Butylenoxid mit einer Ausgangsverbindung umsetzt, die mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei reaktive Wasserstoffatome aufweist. Als Ausgangsverbindungen eignen sich z.B. Polyole, wie Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, ?.utandiol, Pentandiol, Propandiol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Hexandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, Butantriol, Hexantriol, Pentaerythrit . und Sorbit. Andere geeignete Ausgangsverbindungen sind stickstoffhaltige Verbindungen vom Typ der Aminoalkohole, aliphatischen, aromatischen oder heterocyclischen Diamine und Triamine, z.B. Monoäthanolamin, Diäthanolamin, Triäthanolamin, Äthylendiamin, Hexamethylendiamin und Diäthylentriamin.

Als Alkylenoxide werden Äthylenoxid und Propylenoxid bevorzugt. Das Verhältnis des Gewichtes der von Äthylenoxid abgeleiteten Einheiten zum Gesamtgewicht der von Alkylenoxiden abgeleiteten Einheiten ist nicht kritisch, sondern kann 0 bis 100 % betragen.

Vorzugsweise beträgt jedoch der Äthylenoxidanteil 5 bis 60 % und der Propylenoxidanteil 95 bis 40 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der von Alkylenoxiden abgeleiteten Einheiten. Bei höheren Äthylenoxidgehalten entstehen relativ hydrophile Schaumstoffe, die zur Absorption grösserer Wassermengen befähigt sind, was manchmal einen Nachteil darstellt. Gegebenenfalls können geringere Mengen Butylenoxid (z.B. 0 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Alkylenoxid) zugesetzt werden. Die Zugabe von Äthylenoxid zu der multifunktionellen Ausgangsverbindung erfolgt auf übliche Weise. Die verschiedenen Alkylenoxide können entweder als Gemisch oder einzeln in einem oder mehreren Ansätzen zugegeben werden. Die Endeigenschaften der erhaltenen Polyäther-Polyole hängen beträchtlich von der Auswahl der anderen Komponenten der Mischung ab; im allgemeinen werden jedoch Polyäther-Polyole mit einer Funktionalität von 2,2 bis 3,5 bevorzugt. Die Hydroxylzahl beträgt vorzugsweise 25 bis 40 oder die primäre Hydroxylzahl 10 bis 80 %, insbesondere 60 bis 80 %.

Die eingesetzten organischen Isocyanate sollen

mindestens bifunktionell sein. Geeignete Beispiele sind Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Toluylendiisocyanat, Xylylendiisocyanat, Phenylendiisocyanat, Naphthylendiisocyanat, ^. 1-Methyl-2,6-phenylendiisocyanat, Cyclohexandiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat und Polyphenylpolymethylenpolyisocyanat bzw. deren Gemische. Das bevorzugte Polyisocyanat ist Toluylendiisocyanat, das als 2,4- und/oder 2,6-Isomeros vorliegen kann. Ein geeignetes Isomerengemisch besteht z.B.aus 80 % 2,4-Isomer und 20 % 2,6-Isomer, jedoch können auch andere Mengenverhältnisse angewandt werden.

Andere geeignete Isocyanate haben die allgemeine Formel

NCO

-CH.

NCO

in der η einen Mittelwert von 0,2 bis 1,5 hat.

Die Zusatzmenge des Isocyanats richtet sich nach den anderen Komponenten des Reaktionsgemisches, z.B. dem Polyäther-Polyol, Harnstoff bzw. Thioharnstoff, Wasser und gegebenenfalls anderen Zusätzen, wobei darauf geachtet wird, dass der Polyurethan-Schaumstoff einen Isocyanatindex (Verhältnis zwischen Isocyanatgruppen und mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen im Gemisch) von 0,7 bis 1,4, vorzugsweise 0,9 bis 1,2, aufweist.

Die Reaktion zwischen dem Isocyanat und dem Polyäther-Polyol erfolgt in Gegenwart eines Aminkatalysators, vorzugsweise eines tertiären Amins, wie Triethylendiamin, Dimethylaminoäthanol oder Tetramethyläthylendiamin. Es können auch Organometallkatalysatoren verwendet werden, z.B. Zinn-2-äthylhexanoat, Zinn-dibutyldilaurat, Bleinaphthenat oder Kobaltnaphthenat, wobei vorzugsweise geringe Mengen in Kombination irrt Aminkatalysatoren angewandt werden.

Die Zellbildung und damit die Dichte des Polyurethan-Schaumstoffes wird auf übliche Weise dadurch geregelt, dass man geeignete Mengen Wasser oder andere Treibmittel, wie Trichlorlluormethan oder Methylenchlorid, zusetzt. Der Zusatz von Schaumstabilisatoren, wie Siliconölen, begünstigt die

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Schaumstabilität und die physikalische Festigkeit. Zusätzlich zu den genannten Additiven können auch andere, für Polyurethane übliche Komponente zugesetzt werden.

Der Polyurethan-Schaumstoff kann auch dadurch erhalten werden, dass man zunächst ein Prepolymer herstellt, indem man das PoIyäther-Polyol oder das Isocyanat mit einem stöchimetrischen überschuss des multifunktionellen Isocyanats bzw. des Polyäther-Polyols unter Bedingungen umsetzt, bei denen das Prepolymer endständige Isocyanat- bzw. Hydroxylgruppen aufweist. Die Reaktionstemperatur beträgt vorzugsweise 30 bis 130⁰C.

Die Menge an Polyäther-Polyol bzw. Isocyanat wird so gewählt, dass der Isocyanatindex 1,5 bis 3,0 bzw. 0,1 bis 0,7 beträgt. Das reaktive Prepolymer wird dann mit dem übrigen Polyol bzw. Isocyanat, Harnstoff bzw. Thioharnstoff, Vernetzungsmittel, Katalysator, Siliconöl, Füllstoff, Pigment und gegebenenfalls anderen Komponenten vermischt und auf übliche Weise in eine k Form gegossen od^.r gesprüht. Unter Umständen kann es von Vor-

teil sein, alle Ausgangskomponenten miteinander zu vermischen und die Reaktion des Polyurethans in einer Stufe durchzuführen. Dies kann dadurch geschehen, dass man zunächst das Polyäther-Polyol, das Vernetzungsmittel und den Katalysator vermischt und hierauf das Isocyanat zugibt. Man kann auch zunächst das Isocyanat mit dem Harnstoff und/oder Thioharnstoff umsetzen und anschliessend nach einer der vorstehend genannten Methoden verfahren.

Das Polyurethan-Schaumstoffkissen hat vorzugsweise eine Dichte von 50 bis 150 g/dm und eine bleibende Verformung von höchstens 1% bei einer dynamischen Kompression von 60% im Temperaturbereich von -40 bis +60⁰C nach 30 Minuten. Vorzugsweise weist das Polyurethan-Schaumstoffkissen eine Dichte von 70 bis 120 g/dm³ auf.

Der Stossfanger kann leicht so dimensioniert werden, dass er die Anforderungen der Federal Motor Vehicle Security Standards

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215 (FMVSS 215) erfüllt. Für schwerere Fahrzeuge sind im allgemeinen Polyurethan-Schaumstoffe mit etwas höherer Dichte bevorzugt.

Die Fig. 1 ist ein senkrechter Querschnitt durch eine Ausführungsform eines neuerungsgemässen Stossfängers für ein Fahrzeug wiedergegeben. In einem Rahmen 1 ist ein Polyurethan-Schaumstoff kissen 2 mit Hilfe von Schrauben 3 befestigt, von denen nur eine dargestellt ist. Die Schrauben sind ihrerseits an einem perforierten Metallblech 4 befestigt, das in das Polyurethan-Schaumstoffkissen 2 eingegossen ist. Ein Überzug 5 aus einem kompakten hydrophoben Kunststoffmaterial, z.B. thermoplastischen Kautschuken, Polyurethan-Elastomeren oder EPDM-Kautschuken, schützt das Polyurethan- Schaumstoff 2 gegen Feuchtigkeit und Schmutz.

Beispiel

Die folgenden drei Komponenten werden in einer geschlossenen Form mit den Ausmassen 14 χ 16 χ 172 cm gespritzt und dort bei einer Formtemperatur von 30⁰C umgesetzt:

Komponente 1: 103,6 Gewichtsteile Polyäther-Polyol, erhalten durch aufeinanderfolgende Zugabe von Propylenoxid bis zu einem Molekulargewicht von etwa 4300 und Äthylenoxid bis zu einem Molekulargewicht von 5000 zu Glycerin, und 15 Gewichtsteile Triethanolamin;

Komponente 2: 3,0 Gewich^steile Wasser, 0,25 Gewichtsteile Dimethylaminoäthanol und 2 Gewichtsteile Thioharnstoff;

Komponente 3: 95,9 Gewichtsteile Polyphenylpolymethylenpolyisocyanat mit einer Funktionalität von 2,5.

Der Isocyanatindex beträgt somit 1,0. Die Menge der Komponenten wird so eingestellt, dass das erhaltene Polyurethan-Schaumstoffkissen eine Dichte von 96 g/dm hat. Vor dem Giessen des Polyurethan-Schaumstoffes wird ein perforiertes Aluminiumblech mit daran befestigten Schrauben sowie einem Oberflächenüberzug in die Form eingebracht und so angeordnet, dass nach dem Giessen und Befestigen an einem Rahmen der in Fig. 1 dargestellte Stossfänger erhalten wird. Bei der Prüfung des Stossfängers zeigt sich, dass er sämtliche Anforderungen der Norm FMVSS 215 aus dem Jahre 1977 erfüllt. Das Polyurcthan-Scluumstoffkissen zeigt gegenüber Schaumstoffen, die ohne Zusatz von Thioharnstoff hergestellt wurden, eine wesentlich verbesserte Stossabsorptionsfähigkoit. Bei einer dynamischen Kompression von 60% beträgt seine Verformung weniger Ils 1% narh 30 Minuten.

Claims

BEROL KEMI A3 Stenungsund / Schweden \^"Stossfänger » "y Schutzanaprüche

1. Stossfänger mit einem Rahmen und einem daran befestigten stossabsorbierenden Schaumstoffkissen, dadurch gekennzeichnet , dass das Schaumstoffkissen (2) aus einem mittelsteifen Polyurethan-Schaumstoff besteht, der aus a) einem Polyisocyanat, b) einem Polyäther-Polyol mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 10 000, c) 1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyäther-Polyol, Wasser, d) 1 bis 6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyäther-Polyol, Harnstoff und/oder Thioharnstoff und e) 5 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyäther-Polyol, eines Vernetzungsmittels mit

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mindestens 3 gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoff s.comen pro Molekül und einem Molekulargewicht von nicht mehr als 1000 erhalten worden ist, wobei die Menge des Polyisocyanats a) so gewählt wurde, dass der Isocyanatindex 0,7 bis 1,4 beträgt.

2. Stossfanger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan-Schaumstoffkissen (2) eine Dichte von 50 bis 150 g/dm und eine bleibende Verformung von höchstens 1 Prozent bei einer dynamischen Kompression von 60 Prozent im Temperaturbereich von -40 bis +60⁰C nach 30 Minuten hat.

3. Stossfanger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan-Schaumstoffkissen (2) eine Dichte von

70 bis 120 g/dm³ hat.

4. Stossfanger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan-Schaumstoffkissen (2) durch einen überzug (5) aus einem kompakten hydrophoben Material geschützt ist.

5. Stossfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug (5) aus einem thermoplastischen Kautschuk, Polyurethan-Elastomer oder EPDM-Kautschuk besteht.

6. Stossfänger nech einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in das Polyurethan-Schaumstoffkissen (2) ein perforiertes Metallblech (4) mit daran befestigten Schrau ben (3) eingegossen ist, um die Befestigung am Rahmen (1) zu erleichtern.