ES2216444T3 - Amortiguador de choque. - Google Patents

Abstract

Un amortiguador de peso ligero tiene una forma de onda F-S- ideal y comprende un material de resina de espuma. El área de la sección de corte del amortiguador en la dirección del eje de compresión y en la dirección vertical cambia al menos parcialmente en la dirección del eje de compresión, y consecuentemente la relación entre la distorsión y la fuerza de compresión en la dirección del eje de compresión (forma de onda F-S) es aproximadamente lineal.

Description

Amortiguador de choque.

La presente invención se refiere a un amortiguador de choque, y se refiere más en particular a un amortiguador de choque que es ideal como un cojín amortiguador de choque incorporado en una guarnición de puerta, guarnición de pilar central, y análogos, incorporado dentro de un vehículo, para amortiguar el choque recibido por un pasajero cuando el vehículo sufre una colisión.

Para absorber un choque que un pasajero recibe en el torso superior durante una colisión de vehículo, un material amortiguador de choque debe exhibir esfuerzo lineal con respecto a la carrera de compresión (distorsión por compresión). Es decir, el material deberá tener una forma de onda F-S (forma de onda de fuerza-carrera) donde el esfuerzo es proporcional a la carrera de compresión. Convencionalmente, en muchos casos se ha usado una chapa de hierro, espuma de poliuretano semirrígida, y análogos como materiales que tienen este tipo de forma de onda F-S lineal.

Sin embargo, aunque una chapa de hierro, uno de los materiales amortiguadores de choque utilizados convencionalmente, tiene una forma de onda F-S lineal como la representada en la figura 2A, tiene un inconveniente de que es pesada y en consecuencia aumenta el peso del vehículo.

Por otra parte, la espuma semirrígida de poliuretano tiene la forma de onda F-S representada en la figura 2B, la cual tiene un inconveniente de que la forma de onda F-S es lineal solamente durante el período inicial de compresión (cuando la carrera de compresión es pequeña), y se aparta de la forma de onda requerida cuando aumenta la carrera de compresión.

Se utiliza generalmente espuma de poliuretano rígida como un material amortiguador, pero incluso una espuma de poliuretano rígida con bajo nivel de dureza, que tiene un esfuerzo de compresión de aproximadamente 3,0 kg/cm^{2}, o una espuma de poliuretano rígida con un nivel alto de dureza, que tiene un esfuerzo de compresión de aproximadamente 8,0 kg/cm^{2}, tiene una forma de onda que se desvía considerablemente de la forma de onda requerida, como representa esquemáticamente la forma de onda F-S de la figura 2C.

Como se representa en la figura 8 (vista en sección transversal vertical), se disponen amortiguadores de energía 82, para proteger la parte del tórax al hombro del pasajero en una colisión de vehículo, en las posiciones necesarias en la cara trasera de una guarnición de puerta 81 de un vehículo (la cara en el lado opuesto al interior del vehículo). Los amortiguadores de energía 82 constan generalmente de un material con excelentes características de absorción de energía, tal como espuma de poliuretano rígida, o cuerpos de espuma de polipropileno en forma de perlas, polietileno, o una resina del tipo de poliolefina, y se unen fijamente a la guarnición de puerta 81 usando adhesivo de fusión en caliente o cinta de dos lados, o análogos.

Cada uno de los materiales anteriores de los amortiguadores de energía tiene un nivel de dureza comparativamente alto, y por lo tanto los amortiguadores de energía 82 tienen baja durabilidad a los choques y tienden a romperse durante una colisión. En consecuencia, cuando se utilizan los amortiguadores de energía convencionales 82, por ejemplo en el caso mostrado en las figuras 8A y 8B, donde una MDB (Barrera Deformable Móvil) 85 ha chocado con los lados del lado de la placa exterior 83, la forma de la placa exterior 83 se distorsiona y la MDB 85 entra en el interior del vehículo, y como resultado, los amortiguadores de energía 82 se rompen por el choque y se astillan. Posteriormente, después de perderse los amortiguadores de energía 82, el muñeco 84 choca con la guarnición de puerta 81, y como resultado, no se obtiene efecto amortiguador de energía de los amortiguadores de energía 82.

US-A-5667741 describe un amortiguador de choque que tiene las características de la porción precaracterizante de la reivindicación 1.

Una finalidad de la presente invención es resolver los problemas antes descritos en la técnica previendo un amortiguador de choque incluyendo un material ligero de resina de espuma que tiene una forma de onda F-S ideal requerida para un cojín amortiguador de choque.

La presente invención proporciona un amortiguador de choque incluyendo material de resina de espuma, donde un área en sección transversal de dicho amortiguador de choque en una dirección perpendicular a una dirección del eje de compresión cambia al menos parcialmente en dicha dirección del eje de compresión, dicho material de resina de espuma es una espuma de poliuretano rígida formada espumando una materia prima de espuma de poliuretano que incluye compuestos polihidroxilo y compuestos poliisocianato como componentes principales, e incluye además partículas con un diámetro medio de 0,05 a 100 \mum a una relación de 1 a 200 en peso por 100 en peso de dichos compuestos hidroxilo, caracterizado porque para hacer la relación entre distorsión y esfuerzo de compresión en la dirección del eje de compresión aproximadamente lineal, dicho amortiguador en su centro tiene una depresión que se hunde en la dirección del eje de compresión, siendo dicha depresión triangular o trapezoidal en sección transversal.

Cambiando el área en sección transversal del amortiguador de choque, una relación entre distorsión y esfuerzo de compresión en la dirección del eje de compresión se hace aproximadamente lineal.

Incluso en el caso de un cojín que consta de un material de resina de espuma que no tiene una forma de onda F-S lineal, cambiando al menos parcialmente y/o aumentando su área en sección transversal en la dirección del eje de compresión, la relación entre distorsión y esfuerzo de compresión en la dirección del eje de compresión, que es la forma de onda F-S, se puede hacer aproximadamente lineal.

El amortiguador de choque de la presente invención puede constar de una espuma de poliuretano rígida que tiene una forma de onda F-S como la representada en la figura 2C, y se puede usar fácilmente como un cojín amortiguador de choque que tiene una forma de onda F-S ideal previendo una depresión en él.

El amortiguador de choque de la presente invención es especialmente útil dentro de un vehículo como un cojín amortiguador de choque para proteger a un pasajero del vehículo, amortiguando un choque recibido por el pasajero cuando el vehículo sufre una colisión, y especialmente como un cojín amortiguador de choque incorporado en una guarnición de puerta y guarnición de pilar central y análogos del vehículo, para proteger el pasajero desde el tórax a los hombros.

En la presente invención, la forma de onda F-S (es decir, la relación entre distorsión por compresión (carrera) y el esfuerzo de compresión en la dirección del eje de compresión) del material propiamente dicho se determina, como se representa en la figura 3, colocando un material de prueba 11 que tiene un grosor de 50 mm x 50 mm x 50 mm entre bastidores de presión 12 y 13, comprimiéndolo a una velocidad de compresión de 50 mm/min, y midiendo su esfuerzo de compresión contra la carrera de compresión.

Las formas de onda F-S de los cojines amortiguadores de choque 1A y 1B como se representa más tarde en la figura 1A y la figura 1B, se pueden determinar igualmente sustituyendo el material de prueba de la figura 3 por los cojines amortiguadores de choque 1A y 1B e insertándolos entre los bastidores de presión 12 y 13 como antes.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un amortiguador de energía de choque que no se astilla después de la rotura debida a choque, puede lograr adecuadamente una capacidad deseada de absorción de energía, y tiene efectos excelentes en la protección de pasajeros.

La presente invención también proporciona un amortiguador de energía de choque incluyendo un material de refuerzo unido a un material amortiguador de energía compuesto del amortiguador de choque según la presente invención.

Puesto que el amortiguador de energía de este aspecto tiene el material de refuerzo unido a un material amortiguador de energía, incluso cuando el material amortiguador de energía se rompe debido a un choque, el material de refuerzo evita su astillado, manteniendo por lo tanto fiablemente el material amortiguador de energía en su posición diseñada. En consecuencia, puede lograr adecuadamente una capacidad deseada de absorción de energía, y proteger fiablemente a los pasajeros.

El material de refuerzo puede incluir fieltro de estambre, gasa, tufnel, una lámina metálica, o una hoja de resina. Tal material de refuerzo se deberá encolar preferiblemente a una superficie del material amortiguador de energía con un adhesivo, o alternativamente, unirse en un cuerpo único a una superficie del material amortiguador de energía por soplado de unión durante la fabricación del material amortiguador de energía.

El amortiguador de energía de este aspecto es especialmente apropiado para uso dentro de un vehículo, y especialmente como un amortiguador de energía para el saliente lateral incorporado en una guarnición de puerta del vehículo, para proteger desde el tórax a los hombros del pasajero.

Realizaciones de la presente invención se describirán ahora a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos anexos, en los que:

Las figuras 1A y 1B son vistas esquemáticas en sección transversal de un ejemplo del amortiguador de choque de la presente invención y la figura 1C es una vista correspondiente de un amortiguador de choque no según la presente invención.

Las figuras 2A a 2C son gráficos que muestran formas de onda F-S de varios tipos de material.

La figura 3 es una vista esquemática en sección transversal que muestra métodos de medir formas de onda F-S.

Las figuras 4A a 4C son diagramas que explican principios de estabilización de formas de onda F-S en la presente invención, siendo la figura 4A un gráfico que muestra una forma de onda F-S de una pieza cúbica de prueba de espuma de poliuretano, siendo la figura 4B una vista en sección transversal de un ejemplo de un cojín amortiguador de choque no según la presente invención, y siendo la figura 4C un gráfico que muestra una forma de onda F-S del cojín amortiguador de choque de la figura 4B.

La figura 5 es un gráfico que muestra los resultados del ejemplo 1.

Las figuras 6A a 6E son vistas en perspectiva de un ejemplo de un amortiguador de energía no según la presente invención.

La figura 7 es una vista en sección transversal que muestra un ejemplo de unir un amortiguador de energía a una guarnición de puerta.

La figura 8 es una vista en sección transversal de un amortiguador de energía convencional para saliente lateral en estado unido.

Las figuras 9A a 9C son vistas en perspectiva de cuerpos de prueba utilizados en los ejemplos 2, 3 y en el ejemplo comparativo 1.

La figura 10 es un diagrama que explica los métodos de prueba de los ejemplos 2, 3 y el ejemplo comparativo 1.

La figura 11 es un gráfico que muestra resultados de la prueba del ejemplo comparativo 1.

La figura 12 es un gráfico que muestra resultados de la prueba del ejemplo 2.

La figura 13 es un gráfico que muestra resultados de la prueba del ejemplo 3.

Y las figuras 14A a 14C son diagramas que explican una forma de onda F-S de un ejemplo comparativo, siendo la figura 14A un gráfico que muestra una forma de onda F-S de una pieza cúbica de prueba de espuma de poliuretano, siendo la figura 14B una vista en sección transversal de un ejemplo de un cojín amortiguador de choque del ejemplo comparativo, y siendo la figura 14C un gráfico que muestra una forma de onda F-S del cojín amortiguador de choque de la figura 14B.

A continuación se describirá con detalle realizaciones preferidas de la presente invención con referencia a los dibujos anexos.

Las figuras 1A y 1B son vistas esquemáticas en sección transversal de una realización de un cojín amortiguador de choque de la presente invención. En la figura 1, el símbolo X muestra la dirección de compresión.

Los cojines amortiguadores de choque 1C, 1D de las figuras 1A a 1B constan de espuma de poliuretano rígida, y están diseñados de manera que su área en sección transversal en la dirección perpendicular a la dirección del eje de compresión X (a continuación este área en sección se abreviará a veces como "área de presión") al menos aumenta parcialmente y/o cambia en la dirección del eje de compresión X, por lo que sus formas de onda F-S son aproximadamente lineales. Como se representa en la figura 2C, la espuma rígida de poliuretano adecuada para la presente invención tiene aproximadamente un esfuerzo de compresión constante en la región de carrera de compresión a a b, independientemente de la carrera de compresión. Por lo tanto, se puede considerar que la carga superficial es proporcional al área de presión, y cambiando el área de presión (es decir, el área en sección transversal en la dirección perpendicular a la dirección del eje de compresión X) correspondiente a la carrera de compresión, es fácil diseñar la espuma de manera que la carrera de compresión y el esfuerzo de compresión sean proporcionales, en otros términos, de manera que la forma de onda F-S sea casi lineal.

Es decir, como se representa en el ejemplo 2 siguiente, cuando se midió la forma de onda F-S de una pieza cúbica de prueba de espuma de poliuretano rígida adecuada para la presente invención, con un grosor de 50 mm x 50 mm x 50 mm, usando el método de la figura 3, como se representa en la figura 4A, en la región donde la carrera de compresión es 0 a a, el esfuerzo y la carrera son aproximadamente proporcionales, en la región de carrera a a b el esfuerzo es aproximadamente constante independientemente de la carrera, y en la región de carrera b a c el esfuerzo es de nuevo proporcional a la carrera. Como se representa en la figura 4B, este tipo de espuma de poliuretano rígida se utiliza para formar un cojín amortiguador de choque 1, que tiene una porción superior (la porción lateral izquierda en la figura 4B) 0 a a con una forma en sección transversal uniforme, pero en la región siguiente a a b el área en sección transversal aumenta gradualmente, y en la región b a c la forma en sección transversal es uniforme, formando por ello una forma en sección transversal aproximadamente trapezoidal (un cono truncado aproximadamente). En consecuencia, como se representa en la figura 4C, se mejora la forma de onda F-S para la región de carrera a a b, haciendo posible lograr una forma de onda F-S ideal que tiene una forma lineal general.

El área de presión del cojín amortiguador de choque de la presente invención solamente se tiene que diseñar de manera que la forma de onda F-S deseada se pueda obtener en una carrera de compresión predeterminada según características requeridas, y no hay restricciones a su forma. Como se representa en las figuras 1A y 1D, se ha dispuesto depresiones 2C y 2D, que son respectivamente de sección transversal triangular y trapezoidal, en los centros de los cojines amortiguadores de choque 1C y 1D.

Además, cuando se utiliza como material dentro de un vehículo, el cojín se puede unir a la superficie de guarnición de puerta, y en este caso, una de sus caras deberá ser preferiblemente una forma que encaje a lo largo de la forma de la guarnición de puerta. Cuando el cojín amortiguador de choque está provisto de una ranura, el ángulo de la inclinación de tales porciones (ángulo \theta en la figura 1) deberá ser preferiblemente mayor que 15º.

Como ya se ha explicado, el cojín amortiguador de choque de la presente invención deberá incluir preferiblemente una espuma de poliuretano rígida que tiene una forma de onda F-S como la representada en la figura 2C, es decir, una que no tenga un límite de elasticidad (un punto en su forma de onda F-S donde el esfuerzo disminuye después de aumentar en correspondencia con la distorsión), siendo la distorsión y el esfuerzo casi proporcionales en el período inicial de compresión, siendo el esfuerzo prácticamente constante frente a cambios de distorsión después de llegar a un cierto valor de esfuerzo y aumentando después una vez más en el período de compresión final.

Tal espuma de poliuretano rígida se hace por reacción de espumación de materias primas de espuma de poliuretano, incluyendo compuestos polihidroxilo y compuestos poliisocianato como sus componentes principales. Se puede incluir en la materia prima de espuma partículas con un diámetro medio de 0,05 a 100 \mum a una relación de 1 a 200 partes en peso por 100 partes en peso de compuesto hidroxilo. Con esta espuma de poliuretano rígida, las partículas anteriores se dispersan dentro de las membranas celulares de la espuma de poliuretano rígida, donde permanecen. En consecuencia, cuando la espuma de poliuretano rígida se comprime, su esfuerzo con respecto a la distorsión cambiante es constante, como se representa en la figura 2C. No hay límite de elasticidad, dando buena eficiencia de amortiguamiento de energía.

En general, cuando se comprime una espuma de poliuretano rígida, se destruyen aleatoriamente celdas, creando un límite de elasticidad en la forma de onda F-S y el esfuerzo que no es constante con respecto a los cambios de distorsión. Sin embargo, en el caso de la espuma de poliuretano rígida de la presente invención, las celdas se destruyen secuencialmente desde el lado al que se aplica distorsión por compresión. Como resultado, como se representa en la figura 2C, se obtiene una forma de onda F-S en la que no hay límite de elasticidad, la distorsión y el esfuerzo son aproximadamente proporcionales durante la primera etapa de compresión, el esfuerzo es prácticamente constante con respecto a los cambios de la distorsión después de llegar a un cierto valor de esfuerzo, y el esfuerzo aumenta en el período de compresión final.

Todavía no es completamente claro el mecanismo por el que la presencia de partículas en la película alveolar garantiza que el esfuerzo sea constante con respecto a los cambios de la distorsión, pero se puede suponer que la presencia de partículas de una sustancia diferente mantiene constante la destrucción de cada celda. Es decir, la presencia de las partículas resulta el punto de concentración de esfuerzos en cada celda, temiendo por lo tanto el mismo efecto que disponer una ranura.

A continuación, se explicará un método de formar este tipo de espuma de poliuretano rígida.

Esta espuma de poliuretano rígida se prepara espumando materias primas de espuma de poliuretano rígida, incluyendo compuestos polihidroxilo y compuestos poliisocianato como sus componentes principales, a los que se añaden partículas de un diámetro específico, y además, un catalizador, un agente de soplado, un estabilizador de espuma, y otros agentes suplementarios, según se desee.

No hay restricciones particulares en el compuesto polihidroxilo usado. Por ejemplo, son aceptables poliéter polioles, obtenidos por polimerización de adición con apertura de anillo de un óxido de alquileno, tal como óxido de etileno u óxido de propileno, con glicerina, sacarosa, o etilendiamina; poliéter polioles, obtenidos por policondensación de un ácido polibásico, tal como ácido adípico y ácido succínico, y un compuesto polihidroxilo, tal como etilen glicol o propilen glicol; o poliéster polioles, obtenidos por polimerización con apertura de anillo de lactonas, y se pueden usar independientemente o en combinaciones de dos o más.

Para mejorar la durabilidad al calor de la espuma de poliuretano rígida obtenida, el valor OH medio del compuesto polihidroxilo total deberá ser superior a 200, y preferiblemente superior a 300.

Como el compuesto de poliisocianato, es posible usar un isocianato aromático tal como diisocianato de difenilmetano o diisocianato de tolileno; un isocianato alicíclico tal como diisocianato de isoforona; un isocianato alifático tal como diisocianato de hexametileno; y sus sustancias crudas, que se pueden usar independientemente o en combinaciones de dos o más.

La cantidad de poliisocianato usado con respecto a la cantidad total de compuestos polihidroxilo y compuestos que tienen hidrógeno activo, tal como agua, es decir, el índice de isocianato deberá ser preferiblemente entre 80 y 130 al fabricar espuma de poliuretano rígida normal, y entre 150 y 350 al fabricar espuma de poliuretano rígida desnaturalizada con isocianurato.

Las partículas de diámetro específico, formuladas para satisfacer la forma de onda F-S anterior, tienen un diámetro medio de 0,05 a 100 \mum, preferiblemente de 0,5 a 50 \mum, y más preferiblemente 1 a 30 \mum. Cuando el diámetro medio de las partículas usadas es inferior a 0,05 \mum, no es posible formar un punto de concentración de esfuerzos, y cuando el diámetro medio es superior a 100 \mum, es difícil utilizar un dispositivo de soplado de uretano, que se usa normalmente.

Mientras las partículas usadas tengan los diámetros medios antes indicados, no hay restricciones particulares. Se puede utilizar, por ejemplo, lo siguiente: un compuesto inorgánico tal como carbonato cálcico, hidróxido de aluminio; un metal tal como hierro y aluminio; se puede usar, además, sustancias orgánicas tal como poliimida, cloruro de polivinilo, y melamina; estos se pueden usar independientemente o en combinaciones de dos o más.

Con respecto a 100 partes en peso de compuestos polihidroxilo en total, la cantidad de las partículas anteriores utilizadas deben ser de entre 1 y 200 partes en peso, preferiblemente de 2 a 50 partes en peso, y más preferiblemente de 5 a 50 partes en peso. Cuando la cantidad de partículas usadas es inferior a 1 parte en peso, el punto de concentración de esfuerzos es demasiado pequeño, y el esfuerzo no será constante con respecto a la distorsión. Por otra parte, cuando la cantidad de partículas usadas excede de 200 partes en peso, el coeficiente de viscosidad del fluido del reactor, que se utiliza para mezclar y agitar cuando se forma la espuma de poliuretano rígida, aumentará considerablemente, disminuyendo por ello la eficiencia de la mezcla y agitación y aumentando el número de componentes no reactivos. Este aumento de componentes no reactivos conduce a una reducción del calor de formación durante la reacción, y en consecuencia reduce la capacidad para completar la reacción, produciendo resistencia insuficiente y análogos.

Un catalizador conocido utilizado en la fabricación de espuma de poliuretano rígida se puede usar como el catalizador. Por ejemplo, un compuesto organometálico tal como dilaurato de dibutilestaño, octoato de plomo, octoato estannoso; un compuesto de amina tal como trietilen diamina o tetrametilhexametilen diamina, y además, se puede usar un compuesto utilizado en modificación de isocianurato, tal como potasio N,N',N''-tris(diaminopropil) hexahidro-s-triazina, acetato de potasio, u octoato potásico.

Se puede usar cualquier agente de soplado utilizado en la fabricación de espuma de poliuretano rígida; por ejemplo, agua, y clorofluorocarbonos tal como triclorofluorometano, 1,1,2-tricloro-1,2,2-trifluoroetano; hidroclorofluorocarbonos tal como diclorotrifluoretano y diclorotetrafluoroetano; hidroclorocarbonos tal como cloruro de metileno; hidrofluorocarbonos tal como hexafluoropropano; e hidrocarbonos tal como pentano. Considerando los efectos en el entorno producidos por dispersión a la atmósfera y análogos, el agua es el más preferible. En general, cuando se utiliza agua excesiva, se genera una gran cantidad de calor durante la espumación, y tiende a producirse chamuscado dentro de la espuma de poliuretano rígida obtenida. Sin embargo, la presente invención tiene la ventaja (explicada más adelante) de que las partículas se mezclan, de manera que la cantidad de calor generado sea relativamente baja, evitando por ello el chamuscado. La cantidad de agua deberá ser preferiblemente entre 0,5 y 10 partes en peso por 100 partes en peso de compuesto polihidroxilo.

Se puede usar cualquier tipo de agente que sea eficaz cuando se utilice como espuma de poliuretano rígida para formular el estabilizador de espuma, por ejemplo, polioxialquilenos tal como polioxialquileno alquiléteres, siliconas tal como organo-polisiloxano, y análogos. Sin embargo, en la presente invención se deberá utilizar preferiblemente un estabilizador de espuma que tenga una tensión superficial entre 16 x 10^{-3} y 21 x 10^{-3} N/m (16 a 22 dina/cm), y en particular entre 18 x 10^{-3} y 21,5 x 10^{-3} N/m (18 a 21,5 dina/cm). Utilizando este tipo de estabilizador de espuma, se puede obtener fiablemente la espuma de poliuretano rígida deseada. Cuando se utiliza un estabilizador de espuma con tensión superficial de menos de 16 x 10^{-3} N/m (16 dina/cm), se pueden producir fenómenos tal como aspereza de celdas, y cuando la tensión superficial es superior a 22 x 10^{-3} N/m (22 dina/cm), las celdas que forman la espuma de poliuretano rígida obtenida son casi esféricas, y no pueden combarse uniformemente bajo un esfuerzo constante.

Es decir, cuando las celdas son casi esféricas, tienen una carrera de combado corta contra la entrada desde la dirección de su eje más largo, y como resultado, en la característica macroscópica de "distorsión-esfuerzo" de la espuma, que incluye una concentración de celdas, se disminuye la región de comba en la que el esfuerzo es constante, es decir, el rango de distorsión efectiva, disminuyendo la eficiencia de absorción de energía. En general, el esfuerzo obtenido está relacionado con la relación de eje largo/eje corto de las celdas, y cuando esta relación es grande, la dirección del eje largo tiene mayor esfuerzo. Por lo tanto, en la presente invención, la relación de eje largo/eje corto de las celdas de la espuma de poliuretano rígida obtenida deberá ser entre 1 y 5, y preferiblemente entre 1,5 y 4.

Además de los componentes antes mencionados, se puede usar como la materia prima de espuma otros componentes que no interfieren con los objetos de la presente invención, por ejemplo el retardo de llama y análogos.

Un método ordinario de fabricar espuma de poliuretano rígida se puede usar para espumación, pero la velocidad de soplado se deberá ajustar a un tiempo de subida de entre 10 y 140 segundos, y preferiblemente entre 15 y 110 segundos, para garantizar la obtención fiable de la espuma de poliuretano rígida deseada. Cuando el tiempo de subida es inferior a 10 segundos, no es posible obtener suficiente tiempo de agitación según sea preciso, y además, se pueden producir chamuscado en la espuma. Por otra parte, cuando el tiempo de subida es más largo que 140 segundos, las celdas son casi esféricas, disminuyendo la eficiencia de absorción de energía, como se ha descrito anteriormente.

Cuando la espuma de poliuretano rígida obtenida de esta manera se comprime a una temperatura de -30 a 100ºC, no hay límite de elasticidad, como se representa en la figura 2C, el esfuerzo es tan constante como sea posible en una amplia gama de distorsión cambiante, y las celdas se destruyen secuencialmente desde el lado de distorsión. Por lo tanto, la espuma de poliuretano rígida tiene excelentes características de compresión y alta eficiencia de absorción de energía de choque. Más específicamente, usando el método anterior para fabricar espuma de poliuretano rígida, es posible fabricar una espuma de poliuretano rígida que tiene características tales que cuando un cuerpo de prueba con una anchura 50 mm x longitud 50 mm x altura 30 mm se comprime en la dirección de su altura (la dirección del diámetro largo de las celdas) a una velocidad de compresión de 50 mm/segundo, el esfuerzo es prácticamente constante (fluctuando \pm 0,5 kg/cm^{2}) dentro de un rango de 2 a 8 kg/cm^{2} a una velocidad de compresión de 10 a 65%.

Para mantener las características de un amortiguador de choque, la espuma de poliuretano rígida anterior deberá tener una densidad de espuma medida usando la Norma Industrial Japonesa (JIS) A-9514 de 25 a 90 kg/m^{3}, y preferiblemente de 30 a 80 kg/m^{3}.

La espuma de poliuretano rígida anterior es adecuada como el material constituyente para el cojín amortiguador de choque de la presente invención, pero el cojín amortiguador de choque de la presente invención no se limita al fabricado usando la espuma de poliuretano rígida anterior. Es decir, incluso al utilizar una espuma de poliuretano rígida que no exhibe una forma de onda F-S lineal, tal como la representada en la figura 2C, es posible obtener una relación aproximadamente lineal entre el esfuerzo de compresión y la distorsión en la dirección del eje de compresión adaptando con cuidado la forma de la espuma, es decir, regulando el nivel de cambio en la dirección del eje de compresión en el área en sección transversal de la dirección del eje de compresión y la dirección vertical, de manera que el objeto de la presente invención se puede lograr usando otros tipos de espuma de poliuretano rígida. Sin embargo, puesto que la espuma de poliuretano rígida antes descrita hace posible realizar fácilmente la presente invención con una forma relativamente singular, es preferible por razones prácticas.

A continuación, la presente invención se explicará con más detalle con ejemplos y ejemplos comparativos.

Ejemplo 1

La forma de onda F-S de un cojín amortiguador de choque, incluyendo espuma de poliuretano rígida y que tiene una forma (anchura W = 100 mm, grosor D = 40 mm), se determinó cuando la superficie total del cojín amortiguador de choque se comprimió en la dirección indicada por el símbolo X a una velocidad de compresión de 6 m/segundo. La figura 5 muestra los resultados. Como se puede entender por la figura 5, el cojín amortiguador de choque tiene una forma de onda F-S aproximadamente lineal.

Ejemplo 2

Ejemplo comparativo 1

Se fabricó espuma de poliuretano rígida con la fórmula mostrada en la Tabla 1.

En primer lugar, se midieron 200 g de compuesto polihidroxilo en una copa de papel de un litro, y se le añadieron cantidades predeterminadas de un catalizador, un estabilizador de espuma de silicona, y agua. Esto se agitó durante aproximadamente 10 segundos usando un agitador del tipo de propulsor, se añadió una cantidad predeterminada de partículas, y esto se mezcló más y se agitó durante aproximadamente 30 segundos.

Después, se añadió una cantidad predeterminada de diisocianato de difenilmetano crudo a esta solución uniformemente mezclada, que después se agitó a alta velocidad durante aproximadamente 5 segundos a temperatura ambiente, y esta solución de reactor agitada a alta velocidad se vertió a una bolsa, hecha poniendo polietileno en un molde de madera de dimensiones 250 mm x 250 mm x 250 mm, y espumó a temperatura ambiente. La espuma obtenida se curó durante aproximadamente 10 minutos en un horno a 50ºC para producir espuma de poliuretano rígida. El tiempo de subida de espuma (tiempo de espumación y endurecimiento) se definió como el tiempo necesario desde el comienzo de la agitación a alta velocidad, después de añadir el diisocianato de difenilmetano crudo, hasta que era evidente que el volumen de solución del reactor había dejado de aumentar, y los valores se muestran en la Tabla 1. Además, la densidad de la espuma obtenida se midió usando la Norma Industrial Japonesa (JIS) A-9514, la relación de eje largo/eje corto de las celdas de espuma se midió por medición fotográfica en una fotografía ampliada de la espuma, y ambos resultados se muestran en la Tabla 1. Después del soplado y endurecimiento, la espuma se apartó durante tres días antes de tomar las mediciones.

TABLA 1

1

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 *Compuesto polihidroxi: Polyether Polyol fabricado por Takeda
Chemical Industries, Ltd., [GR30C]\cr  (valencia IH =
430).\cr}

Estabilizante de espuma: Silicone foam-stabilizer [L-5430] fabricado por Nippon Unicar Co., Ltd, (tensión superficial 19,2 x 10^{-3} N/m (19,2 dina/cm). (La tensión superficial del estabilizante de espuma se midió a 25ºC utilizando un medidor de tensión superficial A-3 type CBVP-system, fabricado por Kyowa Chemicals Co., Ltd.).

Catalizador: tetramethylhexamethylene diamine [Kao Riser No. 1] fabricado por Kao Corporation.

Partículas: [Whiteon SB] carbonato cálcico pesado fabricado por SHIRAISHI CALCIUN KAISHA LTD., (diámetro medio de partícula de 1,8 \mum).

Poliisocianato: diphenylmethane diisocyanate fabricado por Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd. [44V20].

Se hicieron piezas cúbicas de prueba de 50 mm x 50 mm x 50 mm usando varios tipos de espuma de poliuretano rígida, y sus formas de onda F-S se midieron usando el método mostrado en la figura 3. Como se representa en la figura 4A, en el caso de la espuma de poliuretano rígida del ejemplo 2, en la región donde la carrera de compresión es 0 a a, el esfuerzo y la carrera son aproximadamente proporcionales, en la región de carrera a a b, el esfuerzo es aproximadamente constante independientemente de la carrera, y en la región de carrera b a c, el esfuerzo es de nuevo aproximadamente proporcional a la carrera. En contraposición, como se representa en la figura 14A, la espuma de poliuretano rígida del ejemplo comparativo 1 tiene un punto de deformación. Además, como se muestra respectivamente en la figura 4B y la figura 14B, estos tipos de espuma de poliuretano rígida se utilizaron para formar cojines amortiguadores de choque 1 y 10, que tienen una porción superior (la porción lateral izquierda en la figura 4B y la figura 14B) 0 a a con una forma en sección transversal uniforme, pero en la región a a b que sigue, el área en sección transversal aumenta gradualmente, y en la región b a c, la forma en sección transversal es uniforme, formando por ello un cono aproximadamente truncado (el cojín amortiguador de choque 1 de la figura 4B y el cojín amortiguador de choque 10 de la figura 14B tienen idénticas dimensiones e idénticas formas). Como se representa en la figura 4C, cuando la forma de onda F-S se midió de la misma forma, se mejoró la forma de onda F-S para la región de carrera a a b, haciendo posible lograr una forma de onda F-S ideal que tiene una forma lineal general. Sin embargo, como se representa en la figura 14C, el rendimiento del cojín amortiguador de choque 10, que usa la espuma de poliuretano rígida del ejemplo comparativo 1, era insuficiente. Por lo tanto, para hacer un cojín amortiguador de choque con una forma de onda F-S ideal, como la representada en la figura 4C, usando la espuma de poliuretano rígida del ejemplo comparativo 1, su forma se debe ajustar más.

Como se explica con detalle anteriormente, según el cojín amortiguador de choque de la presente invención, es posible proporcionar un amortiguador de choque ligero incluyendo material de resina de espuma que tiene una forma de onda F-S ideal con forma lineal.

El amortiguador de choque de la presente invención deberá incluir preferiblemente espuma de poliuretano rígida, y la forma de onda F-S del cojín amortiguador de choque se puede ajustar fácilmente regulando su forma según sea apropiado.

El amortiguador de choque de la presente invención es sumamente útil cuando se utiliza industrialmente como material dentro de un vehículo como un cojín amortiguador de choque para proteger un pasajero en un vehículo, absorbiendo un choque recibido por el pasajero cuando el vehículo sufre una colisión, y especialmente como un cojín amortiguador de choque incorporado en una guarnición de puerta y guarnición de pilar central y análogos del vehículo, para proteger al pasajero en el torso superior.

Las figuras 6A a 6E son vistas en perspectiva de ejemplos de un amortiguador de energía de choque no según la presente invención, y la figura 7 es una vista en sección transversal de un ejemplo de cómo se une a una guarnición de puerta.

Los amortiguadores de energía 70A a 70E tienen un material amortiguador de energía 71 y un material de refuerzo 72 unido. No hay restricciones particulares en el área unible y la posición unible del material de refuerzo 72, siendo solamente necesario que se logre una adecuada inastillabilidad de manera que el amortiguador de energía se mantenga en su posición unida y los trozos rotos del material amortiguador de energía 71 no se astillen cuando se rompan debido a una colisión.

En el amortiguador de choque 70A de la figura 6A, el material de refuerzo 72 se dispone para cubrir completamente solamente una cara del amortiguador de energía trapezoidal sustancialmente cónico 71 (como se representa en la figura 7, esta cara es por lo general la cara en el lado opuesto a la guarnición de puerta 73 cuando el amortiguador de energía está unido a la guarnición de puerta 73. A continuación, esto se abreviará como "cara frontal").

En el amortiguador de choque 70B de la figura 6B, el material de refuerzo 72 se dispone para cubrir tres caras del material amortiguador de energía 71, es decir, cubre las caras que están expuestas cuando el material amortiguador de energía 71 está unido a la guarnición de puerta.

En el amortiguador de choque 70C de la figura 6C, el material de refuerzo 72 se dispone solamente en una porción de la cara frontal del material amortiguador de energía 71.

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En el amortiguador de choque 70D de la figura 6D, el material de refuerzo 72 se dispone en todas las caras circundantes del material amortiguador de energía 71.

En el amortiguador de choque 70E de la figura 6E, el material de refuerzo 72 se dispone en la cara que está en el mismo lado que la guarnición de puerta 73 cuando el amortiguador de choque está unido a la guarnición de puerta 73 (a continuación, esta cara se abreviará como "cara trasera").

Desde la cara a prueba de astillado, el material de refuerzo 72 se deberá disponer preferiblemente para cubrir al menos la cara frontal del material amortiguador de energía 71, como se representa en la figura 6A, o para cubrir las caras que están expuestas cuando se une el material amortiguador de energía 71, como se representa en la figura 6E, o para cubrir todas las caras circundantes del material amortiguador de energía 71, como se representa en la figura 6D. Sin embargo, puesto que el área unible y la posición unible del material de refuerzo que son adecuadas para obtener adecuada inastillabilidad difieren dependiendo de la forma del material amortiguador de energía y la posición unida del amortiguador de energía (es decir, la relación posicional del muñeco y la MDB al amortiguador de energía), el diseño se deberá realizar preferiblemente según sea apropiado en consideración a los costos y la efectividad de la inastillabilidad.

Como se representa en la figura 6C, cuando el material de refuerzo 72 se disponga parcialmente, se deberá disponer preferiblemente en al menos una de las caras expuestas del material amortiguador de energía 71 (la cara frontal en la figura 6C), para cubrir no menos del 15% del área de esta cara expuesta.

No hay restricciones particulares sobre la posición de unión del material de refuerzo 72, sino en consideración de la inastillabilidad, se deberá disponer preferiblemente en al menos el lado de la cara frontal del material amortiguador de energía 71.

Se usa un amortiguador de energía convencional como el material amortiguador de energía 71. Es posible usar la espuma de poliuretano rígida antes mencionada, o cuerpo de espuma en forma de perlas incluyendo polipropileno, polietileno o resina poliolefínica.

Para el material de refuerzo 72, no hay restricciones particulares, siendo los únicos requisitos que el material utilizado evita la rotura del material amortiguador de energía 71 y no aumente la altura y el peso del amortiguador de energía. En general, es posible usar una fibra natural o fibra compuesta o tela tejida o tela no tejida, por ejemplo, fieltro de estambre, gasa, tufnel, una lámina metálica, una hoja de resina y análogos.

Si el material de refuerzo es demasiado fino, no habrá suficientes efectos de refuerzo, y si es demasiado grueso, la altura y el peso del absorbedor de energía se incrementarán. Por lo tanto, dependiendo del material utilizado, el material de refuerzo tendrá preferiblemente un grosor de entre 0,5 y 3,0 mm. Igualmente, si se dispone demasiado poco material de refuerzo, su efecto de refuerzo será insuficiente, y si se dispone demasiado, se aumentará la altura y el peso. Por lo tanto, son preferibles aproximadamente 100 a 200 g/m^{2} de material de refuerzo.

Como métodos de unir este tipo de material de refuerzo al material amortiguador de energía, se puede pegar un adhesivo del tipo de uretano, tipo de caucho, tipo de fusión en caliente, o análogos, o se puede llevar a cabo espumación monodisparo durante la fabricación del amortiguador de energía, o análogos.

La forma y el tamaño del amortiguador de energía de la presente invención son los mismos que los de los amortiguadores de energía convencionales, y se puede unir a un vehículo por los mismos métodos que para los amortiguadores de energía convencionales.

Las figuras 6 y 7 explican ejemplos de un amortiguador de energía para el saliente lateral, pero el amortiguador de energía de la presente invención no se limita al amortiguador de energía para el saliente lateral, y también se puede aplicar en amortiguadores de energía incorporados en todos los tipos de componentes dentro de un vehículo, tal como una guarnición de revestimiento interior y una guarnición de pilar central, para proteger el tórax, la cintura, el estómago, porciones de la cabeza, y análogos, de los pasajeros.

A continuación, se explicarán con detalle otros ejemplos y un ejemplo comparativo.

Ejemplos 3 y 4

Ejemplo comparativo 2

Se prepararon los cuerpos de prueba 21, 22, y 23 representados en las figuras 9A a 9C. El cuerpo de prueba 21 incluye solamente espuma de poliuretano rígida 20 de dimensiones 250 mm x 110 mm x 40 mm; el cuerpo de prueba 22 incluye espuma de poliuretano rígida 20 de la misma forma que el cuerpo de prueba 21, que tiene un material de refuerzo incluyendo fieltro de estambre 20A (aplicación 180 g/m^{2}, grosor 3 mm) dispuesto en su superficie usando un adhesivo del tipo de uretano. Además, el cuerpo de prueba 23 incluye espuma de poliuretano rígida 20 de la misma forma que el cuerpo de prueba 21, que tiene un material de refuerzo incluyendo fieltro de estambre 20A (aplicación 180 g/m^{2}, grosor 3 mm) de tamaño 30 mm x 160 mm dispuesto en una parte de su superficie usando un adhesivo del tipo de uretano.

Los efectos de inastillabilidad de estos se confirmaron por el método mostrado en la figura 10, usando el cuerpo de prueba no reforzado 21 en el ejemplo comparativo 2, y los cuerpos de prueba 22 y 23 en los ejemplos 3, 4 respectivamente. Es decir, el cuerpo de prueba 23 (o 21 o 22) se unió a una placa fija 30, con un separador 31 de 50 mm de grosor entremedio (en los casos de los cuerpos de prueba 22 y 23, el fieltro de estambre 20A se unió en el lado del separador 31), la placa de polipropileno 32 de dimensiones 250 mm x 110 mm x 2 mm se unió a la superficie del cuerpo de prueba 21 a 23, y se chocó un elemento de carga de pecho 33 contra la placa de polipropileno 32 en la relación posicional representada en la figura 10, a una velocidad de 3,5 m/segundo, y entonces se determinó la forma de onda F-S.

Como resultado, como se representa en la figura 11, el cuerpo de prueba no reforzado 21 del ejemplo comparativo 2 solamente era capaz de absorber una carga de hasta 1,5 kN debido a la rotura de la espuma de poliuretano rígida. Como se representa en las figuras 12 y 13, cuando se utilizaron los cuerpos de prueba reforzados 22 y 23, el fieltro de estambre evitó la rotura de la espuma de poliuretano rígida e hizo posible absorber suficientemente una carga de energía de hasta 5 kN.

Como se describe con detalle anteriormente, debido al efecto de refuerzo del material de refuerzo del amortiguador de energía de la presente invención, incluso cuando el material amortiguador de energía se rompe en una colisión, no se fractura, y en consecuencia el amortiguador de energía puede lograr suficientemente los efectos deseados de absorción de energía. Por lo tanto, es posible proporcionar un amortiguador de energía con excelentes efectos de protección de los pasajeros.

Claims (14)

1. Un amortiguador de choque incluyendo material de resina de espuma, donde un área en sección transversal de dicho amortiguador de choque (1) en una dirección perpendicular a una dirección del eje de compresión (x) cambia al menos parcialmente en dicha dirección del eje de compresión (x), dicho material de resina de espuma es una espuma de poliuretano rígida formada espumando una materia prima de espuma de poliuretano que incluye compuestos polihidroxilo y compuestos poliisocianato como componentes principales, e incluye además partículas con un diámetro medio de 0,05 a 100 \mum a una relación de 1 a 200 en peso por 100 en peso de dichos compuestos hidroxilo, caracterizado porque para hacer la relación entre distorsión y esfuerzo de compresión en la dirección del eje de compresión (x) aproximadamente lineal, dicho amortiguador de choque (1) en un centro de su cara tiene una depresión (2) que se hunde en la dirección del eje de compresión (x), siendo dicha depresión (2C, 2D) triangular o trapezoidal en sección transversal.

2. El amortiguador de choque según la reivindicación 1, donde el área en sección transversal de dicho amortiguador de choque (1) en la dirección perpendicular a la dirección del eje de compresión (x) aumenta al menos parcialmente en la dirección del eje de compresión (x).

3. El amortiguador de choque según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde dicho amortiguador de choque (1) es un cojín amortiguador de choque para uso en un vehículo.

4. El amortiguador de choque según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde dicho amortiguador de choque (1) tiene una porción inclinada que interseca diagonalmente la dirección (x) del eje de compresión, y un ángulo \theta entre la dirección del eje de compresión (x) y la porción inclinada es al menos 15º.

5. El amortiguador de choque según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde dicha espuma de poliuretano rígida carece de un valor de deformación en su curva de distorsión por esfuerzo-compresión cuando se comprime a -30 a 100º.

6. El amortiguador de choque según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde un estabilizador de espuma que tiene tensión superficial de entre 16 x 10^{-3} y 22 x 10^{-3} N/m (16 a 22 dina/cm) se mezcla en la materia prima de espuma.

7. El amortiguador de choque según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la velocidad de espumación durante la espumación tiene un tiempo de subida de entre 10 y 140 segundos.

8. El amortiguador de choque según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde dicha materia prima se espuma utilizando agua como un agente espumante.

9. Un amortiguador de energía de choque incluyendo un material de refuerzo (72) unido a un material amortiguador de energía (71) compuesto del amortiguador de choque según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10. El amortiguador de energía según la reivindicación 9, donde el material de refuerzo (72) incluye al menos un material seleccionado de fieltro de estambre, gasa, tufnel, lámina metálica, y hoja de resina.

11. El amortiguador de energía según cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, donde el material de refuerzo (72) está fijado a una superficie del material amortiguador de energía por un adhesivo.

12. El amortiguador de energía según cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, donde el material de refuerzo (72) se une a una superficie del material amortiguador de energía (71) por espumación monodisparo durante la fabricación del material amortiguador de energía (71).

13. El amortiguador de energía según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, donde dicho amortiguador de choque (70) es para uso dentro de un vehículo.

14. El amortiguador de energía según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, donde el material amortiguador de energía (71) consta de espuma de poliuretano rígida.