ES2257615T3 - Elementos sandwich y su uso. - Google Patents
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Abstract
Elemento sándwich compuesto por a) una capa núcleo constituida por al menos un panal de papel y b) dos capas exteriores unidas fijamente con la capa núcleo, colocadas exteriormente, que están constituidas respectivamente por esteras de fibra de vidrio impregnadas con poliuretano, c) dado el caso, capas adhesivas entre la capa núcleo y las capas colocadas exteriormente, caracterizado porque sobre la cara de tracción del elemento sándwich está dispuesto un agente de deslaminación del grupo compuesto por papel, cartón, láminas de plástico y chapa, dado el caso provistos con capas adhesivas por una cara, al menos por una parte de la superficie del elemento sándwich, y el agente de deslaminación está entre la capa colocada exteriormente que se encuentra sobre la cara de tracción y la capa núcleo o en el primer tercio exterior de la capa núcleo sobre la cara de tracción del elemento sándwich.
Description
Elementos sándwich y su uso.
La invención se refiere a elementos sándwich con
puntos de rotura controlada en los que el elemento sándwich se
rompe en caso de una colisión, así como a su uso en la industria del
automóvil.
Los elementos sándwich pueden utilizarse, por
ejemplo en la industria del automóvil como módulos de techos, de
capós, de puertas de maleteros, de puertas o de paneles de suelo,
así como como suelos de carga, bandejas traseras o piezas para
revestimientos interiores. En este sentido es ventajosa su alta
rigidez a la flexión a, simultáneamente, bajo peso por unidad de
superficie en comparación con elementos constructivos realizados
de manera sólida. Especialmente los elementos constructivos que se
extienden principalmente en un plano, en el caso de carga en el
plano muestran altas rigideces y resistencias. No obstante, estas
altas resistencias en el plano son desventajosas en algunos
componentes.
componentes.
Por ejemplo, en los suelos de carga de
automóviles puede ocurrir que en un choque por detrás no se rompan
los suelos de carga, sino que la energía de choque se transmita al
habitáculo de pasajeros y/o los ocupantes. Esto supone un alto
potencial de peligro.
Por tanto, los suelos de carga que actualmente se
encuentran en el mercado están provistos, en el caso de que sea
necesario, con muescas o hendiduras. Tales puntos de rotura
controlada debilitan los suelos de carga en caso de accidente. No
obstante, al mismo tiempo, los suelos de carga también siempre
pierden una gran parte de su rigidez y resistencia a la flexión y
disminuyen la carga de servicio.
Técnicamente son posibles realizaciones con
articulaciones (charnelas) en los suelos de carga, en las que el
suelo de carga se pliega en caso de un choque, aunque son muy
costosas.
También hay suelos de carga divididos. En este
sentido es desventajoso que la carga total sólo esté sobre un
segmento parcial en el caso de relaciones de carga desfavorables.
Esto requiere una alta rigidez a la flexión adicional de los
segmentos individuales.
Además, mediante elementos constructivos de
almacenamiento especiales puede conseguirse que los suelos de
carga giren en caso de accidente en una posición sin peligro. Pero
tales medidas muy costosas no pueden realizarse en cualquier
vehículo.
Por tanto, el objetivo era proporcionar elementos
constructivos que presentaran, por una parte, un bajo peso y, por
otra parte, una alta rigidez y resistencia a la flexión y que además
en caso de un accidente (choque, especialmente choque por detrás)
no comuniquen la energía de choque a la célula para pasajeros y por
tanto no pongan en peligro a los ocupantes.
Este objetivo pudo alcanzarse mediante la
introducción de un punto de rotura controlada en un elemento
sándwich, en el que en caso de un accidente por colisión trasera,
el elemento sándwich se rompe en el punto de rotura controlada de
manera que la energía de choque no se comunica (resistencia
reducida del elemento sándwich en el plano), permaneciendo
inalterada la resistencia y rigidez a la flexión en carga de
servicio.
Objeto de la invención es un elemento sándwich
con al menos un punto de rotura controlada compuesto por
a) una capa núcleo constituida por al menos un
panal de papel y
b) dos capas exteriores unidas fijamente con la
capa núcleo, colocadas exteriormente, que están constituidas
respectivamente por esteras de fibra de vidrio impregnadas con
poliuretano,
c) dado el caso, capas adhesivas entre la capa
núcleo y las capas colocadas exteriormente,
caracterizado porque sobre la cara de tracción
del elemento sándwich está dispuesto al menos un agente de
deslaminación del grupo compuesto por papel, cartón, láminas de
plástico y chapa, dado el caso provistos con capas adhesivas por
una cara, al menos por una parte de la superficie del elemento
sándwich, y el agente de deslaminación está entre la capa colocada
exteriormente que se encuentra sobre la cara de tracción y la capa
núcleo o en el primer tercio exterior de la capa núcleo sobre la
cara de tracción del elemento sándwich.
La cara de tracción es aquella cara del elemento
sándwich que se pone a prueba en un esfuerzo de flexión mediante
fuerzas de tracción.
Para las capas colocadas exteriormente se
utilizan esteras de fibra de vidrio cargadas con resina de
poliuretano.
La capa núcleo está constituida por al menos un
panel de papel.
\newpage
Como agentes de deslaminación pueden usarse entre
las capas colocadas exteriormente y la capa núcleo agentes que
actúan de manera desacoplante (que aflojan la adherencia entre la
capa externa y la capa núcleo o debilitan la capa núcleo sobre la
cara de tracción), que se introducen in situ en la
fabricación de los elementos sándwich.
Son adecuados papel, cartón, láminas de plástico
o chapa que, dado el caso, se proveen por una cara con capas
adhesivas.
Los elementos sándwich según la invención se usan
en la industria del automóvil como módulos de techos, capós,
módulos de puertas de maleteros, módulos de puertas o módulos de
paneles de suelo, especialmente como suelos de carga, bandejas
traseras o piezas para revestimientos interiores.
La resistencia a la flexión es el límite del
esfuerzo de flexión con cuyo rebasamiento falla el elemento
constructivo.
La rigidez a la flexión es la resistencia de un
elemento constructivo frente a la deformación por flexión.
La invención se explicará más detalladamente
mediante los siguientes ejemplos.
En el ejemplo comparativo 1 se realizó un ensayo
de compresión en el plano de la placa (dirección de choque) en
muestras sin punto de rotura controlada y en el ejemplo 2 en
muestras con puntos de rotura controlada según la invención. En el
ejemplo comparativo 3 se determinó la rigidez y resistencia a la
flexión en muestras sin punto de rotura controlada y en el ejemplo
4 en muestras con punto de rotura controlada según la invención.
Los ejemplos 5 y 6 muestran mediante ensayos de compresión cómo
puede controlarse el comportamiento de rotura mediante
modificación del tipo y geometría del punto de rotura controlada
según la invención.
- Poliol 1:
- polioléter de índice de OH 865, fabricado mediante adición de óxido de propileno a trimetilolpropano como iniciador.
- Poliol 2:
- polioléter de índice de OH 1000, fabricado mediante adición de óxido de propileno a trimetilolpropano como iniciador.
- Poliol 3:
- polioléter de índice de OH 42, fabricado mediante adición de óxido de propileno al 86% y óxido de etileno al 14% a propilenglicol como iniciador.
- Poliisocianato:
- MDI polimérico con un contenido de isocianato del 31,5% en peso (Desmodur® 44V20L, Bayer AG).
- Estabilizante:
- estabilizante de silicona Polyurax® SR242, Osi Crompton Witco Specialities, Francfort.
- Catalizador:
- catalizador de amina Thancat® AN10, Air Products GmbH, Hattingen.
- Colorante:
- Baydur® Schwarzpaste DN, Bayer AG, Leverkusen.
| Poliol 1 | 30 partes en peso |
| Poliol 2 | 20 partes en peso |
| Poliol 3 | 33 partes en peso |
| Catalizador | 2,8 partes en peso |
| Estabilizante | 1,3 partes en peso |
| Ácido acético | 0,3 partes en peso |
| Colorante | 3,3 partes en peso |
| Poliisocianato | 140 partes en peso |
La mezcla de polioles de los polioles 1 a 3 tiene
un índice de OH promedio de 568 mg de KOH/g.
Ejemplo comparativo
1
Sobre una capa núcleo plana de un panal de papel
del tipo papel corrugado 5/5 con un espesor de 20 mm y un peso por
unidad de superficie de 1600 g/m^{2} se colocaron por ambas caras
esteras de fibra de vidrio cortada con un peso por unidad de
superficie de 450 g/m^{2}, que se presurizaron a temperatura
ambiente mediante pulverización de 450 g/m^{2} de formulación 1
de poliuretano. Este elemento sándwich se introdujo en un molde
plano, calentado hasta 130ºC y a continuación se presionó hasta 19,4
mm de espesor. Después de un tiempo de prensado de 180 s se abrió
el molde y se extrajo el elemento sándwich acabado. El tamaño de
este elemento sándwich ascendió aproximadamente a 1000 mm x 1000
mm.
Del elemento sándwich así fabricado se serraron 3
muestras rectangulares de tamaño 400 mm x 180 mm (longitud x
ancho), en las que el canto más largo de la muestra era
perpendicular al transcurso de las ondas de papel de la capa
núcleo. Estas muestras se sometieron a presión en una máquina de
ensayo universal de tracción/compresión de un solo eje por las
caras frontales con una velocidad de 5 mm/min. Por tanto, el
esfuerzo de compresión actuó en el plano de la placa en dirección
de la dimensión más larga de la muestra. Las fuerzas que condujeron
al fallo de las muestras ascendieron a 14173 N, 14093 N y 15928 N
(valor medio: 14 731 N).
Sobre una capa núcleo como la descrita
anteriormente se aplicó un agente de deslaminación compuesto por
tiras de aluminio recubiertas por una cara con adhesivo de la
empresa Beiersdorf AG, marca tesa®, denominación tesametal 4500.
El agente de deslaminación se cortó en un ancho de 15 mm y una
longitud de 1000 mm y se pegó sobre una cara paralelamente al
transcurso de las ondas de papel en medio de la capa núcleo. A
continuación se colocaron por ambas caras esteras de fibra de
vidrio cortada con un peso por unidad de superficie de 450
g/m^{2}, que se cargaron a temperatura ambiente mediante
pulverización de 450 g/m^{2} de formulación 1 de poliuretano.
Este elemento sándwich se introdujo en un molde plano, calentado
hasta 130ºC y a continuación se presionó hasta 19,4 mm de espesor.
Después de un tiempo de prensado de 180 s se abrió el molde y se
extrajo el elemento sándwich acabado. El tamaño de este elemento
sándwich ascendió aproximadamente a 1000 mm x 1000 mm. A
continuación se serraron 3 muestras rectangulares de tamaño 400 mm
x 180 mm de la placa, en las que el canto más largo de la muestra
era perpendicular al transcurso de las ondas de papel de la capa
núcleo. Las muestras se serraron de manera que el agente de
deslaminación se encontrara en medio de las muestras. Aparte del
agente de deslaminación, estas muestras se fabricaron de manera
idéntica a las del ejemplo comparativo 1.
La comprobación de la presión tuvo lugar de
manera análoga al ejemplo comparativo 1. Las fuerzas que condujeron
al fallo de las muestras (cargas de rotura) ascendieron a 5622 N,
5106 N y 5777 N (valor medio: 5502 N).
El valor medio de la carga de rotura se redujo
hasta el 37% mediante el punto de rotura controlada en el ejemplo
2 en comparación con los elementos sándwich sin punto de rotura
controlada (ejemplo comparativo 1).
Ejemplo comparativo
3
Del elemento sándwich descrito en el ejemplo
comparativo 1 se extrajeron 5 muestras con una longitud respectiva
de 240 mm y un ancho de 60 mm. La orientación del panal de ondas era
perpendicular a la longitud de la muestra. El ensayo de flexión se
realizó según DIN 53293. Como rigideces a la flexión efectivas se
determinaron 80,6·10^{6} Nmm^{2}, 82,1·10^{6} Nmm^{2},
72,1·10^{6} Nmm^{2}, 75,4·10^{6} Nmm^{2} y 77,5·10^{6}
Nmm^{2} (valor medio 77,5·10^{6} Nmm^{2}). Las fuerzas en
caso de fallo ascendieron a 853,6 N, 826,4 N, 828,7 N, 845,4 N y
820,6 N (valor medio 834,9 N).
Del elemento sándwich descrito en el ejemplo 2 se
extrajeron 5 muestras con una longitud respectiva de 240 mm y un
ancho de 60 mm. La orientación del panal de ondas era perpendicular
a la longitud de la muestra, el agente de deslaminación se
encontraba en medio de la muestra. El ensayo de flexión se realizó
según DIN 53293. Las muestras se colocaron en el dispositivo de
ensayo de tal manera que el agente de deslaminación se encontraba
sobre la cara de tracción de las muestras. Como rigideces a la
flexión efectivas se determinaron 84,3·10^{6} Nmm^{2},
76,1·10^{6} Nmm^{2}, 74,6·10^{6} Nmm^{2}, 79,2·10^{6}
Nmm^{2} y 72,3·10^{6} Nmm^{2} (valor medio 77,3·10^{6}
Nmm^{2}). Las fuerzas en el caso de fallo ascendieron a 875,2 N,
864,8 N, 872,2 N, 849,1 N y 867,7 N (valor medio 865,8 N).
En una disposición del agente de deslaminación
sobre la cara de tracción del elemento sándwich no se modificó la
rigidez a la flexión efectiva con y sin agente de deslaminación en
el marco de la dispersión estadística de los valores medidos. Las
fuerzas que condujeron al fallo de las muestras no estaban, en el
caso con agente de deslaminación (ejemplo 4), por debajo de los
valores para el caso sin agente de deslaminación (ejemplo
comparativo 3).
De manera análoga al ejemplo 2 se realizaron
ensayos de compresión con el mismo agente de deslaminación
(tesametal 4500), esta vez se cortó a un ancho de 35 mm. Las
fuerzas que condujeron al fallo de las muestras (cargas de rotura)
ascendieron a 1838 N, 1654 N y 1735 N (valor medio 1742 N).
De manera análoga al ejemplo 2 se realizaron
ensayos de compresión con otro agente de deslaminación (cintas
adhesivas de la empresa Beiersdorf AG, marca tesa® denominación
4304; tiras de papel recubiertas por una cara con adhesivo). El
agente de deslaminación se cortó a un ancho de 35 mm. Las fuerzas
que condujeron al fallo de las muestras (cargas de rotura)
ascendieron a 5146 N, 5374 N y 4712 N (valor medio 5077 N).
Claims (2)
1. Elemento sándwich compuesto por
a) una capa núcleo constituida por al menos un
panal de papel y
b) dos capas exteriores unidas fijamente con la
capa núcleo, colocadas exteriormente, que están constituidas
respectivamente por esteras de fibra de vidrio impregnadas con
poliuretano,
c) dado el caso, capas adhesivas entre la capa
núcleo y las capas colocadas exteriormente,
caracterizado porque sobre la cara de
tracción del elemento sándwich está dispuesto un agente de
deslaminación del grupo compuesto por papel, cartón, láminas de
plástico y chapa, dado el caso provistos con capas adhesivas por
una cara, al menos por una parte de la superficie del elemento
sándwich, y el agente de deslaminación está entre la capa colocada
exteriormente que se encuentra sobre la cara de tracción y la capa
núcleo o en el primer tercio exterior de la capa núcleo sobre la
cara de tracción del elemento sándwich.
2. Uso del elemento sándwich según la
reivindicación 1 en la industria del automóvil como módulo de
techo, capó, módulo de puerta de maletero, módulo de puerta, módulo
de paneles de suelo, suelo de carga, bandeja trasera o pieza para
revestimiento interior.
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