KR20160096620A - 경량 배플 또는 보강 요소 및 이러한 경량 배플 또는 보강 요소를 제조하는 방법 - Google Patents

경량 배플 또는 보강 요소 및 이러한 경량 배플 또는 보강 요소를 제조하는 방법 Download PDF

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빈센트 벨페어
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시카 테크놀러지 아게
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Abstract

공동(C), 특히 차량의 공동을 밀봉 및/또는 보강하는 배플 또는 보강 요소(20)가 개시되되, 상기 배플 또는 보강 요소는 캐리어 요소(21)와, 상기 캐리어 요소에 의해 지지되는 팽창가능한 요소(25)를 포함하되, 상기 팽창가능한 요소는 마이크로셀룰러 구조물을 형성하는 복수의 가스 버블(24)을 혼입하고 있는 팽창가능한 물질(22)로 구성된다. 추가적으로 이러한 배플 또는 보강 요소를 제조하는 방법과 그의 용도가 개시된다.

Description

경량 배플 또는 보강 요소 및 이러한 경량 배플 또는 보강 요소를 제조하는 방법{LIGHTWEIGHT BAFFLE OR REINFORCEMENT ELEMENT AND METHOD FOR PRODUCING SUCH A LIGHTWEIGHT BAFFLE OR REINFORCEMENT ELEMENT}
본 발명은, 예를 들어 자동차의 공동(cavity)과 같은 공동을 밀봉, 차단 및/또는 보강하는 경량 배플 또는 보강 요소, 이러한 요소를 제조하는 방법, 및 그 사용에 관한 것이다.
제조된 제품은 제조 공정으로부터 초래되고/되거나 여러 목적을 위해, 예를 들어 중량 감소를 위해 제품에 설계된 오리피스(orifice)와 공동 또는 다른 중공부(hollow part)를 종종 포함한다. 예를 들어, 자동차는, 차량의 구조적 필러(structural pillar)에 그리고 차량 도어의 시트 금속에 있는 오리피스와 공동을 포함하여 차량 전체에 걸쳐 여러 개의 오리피스와 공동을 포함한다. 종종 오리피스 또는 공동에 형성된 밀봉 부재 또는 배플 요소에 의해 이러한 오리피스와 공동을 밀봉하여, 잡음, 진동, 연기(fume), 먼지, 물 등이 차량 내 하나의 영역으로부터 다른 영역으로 통과하는 것을 최소화하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 부재 또는 요소는, 제조된 제품, 예를 들어 자동차 부품의 중공 구조물을 보강하여, 기계적인 응력에 보다 저항성을 제공하면서도 중공 구조물의 중량이 낮은 장점을 여전히 유지할 수 있는 추가적인 임무를 종종 수행한다.
밀봉, 차단 또는 보강하는데 사용되는 이러한 요소는 종종 플라스틱, 금속, 또는 다른 강성의 물질로 만들어진 캐리어(carrier)와, 상기 캐리어에 부착되고 열 또는 다른 물리적 또는 화학적 형태의 에너지가 인가될 때 부피가 팽창될 수 있는 열가소성 물질의 하나 이상의 층으로 구성된다. 이러한 설계에서, 제조 공정 동안 배플 또는 보강 요소를 구조물의 중공부에 삽입하면서도 구조물의 내부 벽으로 예를 들어 액체가 여전히 접근가능하게(또는 공동으로 통과가능하게) 유지하는 것이 가능하다. 예를 들어, 차량의 제조 공정 동안, 금속 프레임(frame)의 중공부는, 배플 또는 보강 요소가 이미 삽입된 동안에도, 전기 코팅 액체로 여전히 대부분 커버될 수 있고, 이후 열 처리 단계 동안, 배플 또는 보강 요소의 팽창가능한 열가소성 물질층이 팽창하여 의도된 대로 공동을 폐쇄한다.
이러한 배플 또는 보강 요소를 개발하는 것에 의해 매우 개선된 시스템이 생성되었고, 여기서 팽창가능한 물질은 최대 2000% 이상만큼 부피가 증가하여, 공동을 충전하는 발포체-같은 구조물을 형성하여, 밀봉, 차단, 또는 보강되도록 의도된 구조물의 벽에 부착할 수 있다. 특히 자동차 제조에서, 이것은 차량 바디의 중량을 상당히 감소시키고, 차체에서의 잡음 또는 진동을 우수하게 댐핑시킬 수 있다.
훨씬 더 팽창할 수 있는 개선된 물질에 의해, 초기 물질의 질량을 감소시켜 중량 감소와 비용 효율에 더 기여하는 것이 가능하다.
그러나, 팽창가능한 물질의 작은 부분들이 점점 더 많아지면 또한 배플 또는 보강 요소를 제조하는데 문제를 야기할 수 있다. 이러한 요소(또는 적어도 팽창가능한 물질층)는 통상적으로 사출 성형 또는 압출에 의해 제조되기 때문에, 매우 작은 구획들을 공급하는 것은 더 높은 처리 요구, 예를 들어 더 높은 사출 압력을 야기하거나, 또는 품질 문제, 예를 들어, 플래싱(flashing), 주입 부족(short shot)(불완전하게 몰딩된 부품) 또는 물질 열화를 야기할 수 있다.
따라서 매우 작은 초기 부피의 팽창가능한 물질에 연관된 문제 없이 더 적은 초기 질량의 팽창가능한 물질로 배플 또는 보강 요소를 제조하는 방식을 획득하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 통상적으로 물질을-절감하는 소규모 제조로부터 발생하는 단점 없이 감소된 중량과 감소된 물질 비용으로 배플 및/또는 보강 요소를 제공하는 것이다. 나아가, 본 발명은 이러한 배플 및/또는 보강 요소를 제조하는 방식을 제안한다.
본 발명은 팽창가능한 물질층의 부피를 감소시키거나 또는 기하학적 형상을 변경시킴이 없이 제조 공정 동안 마이크로-셀룰러(micro-cellular) 가스 버블을 포함하는 것에 의해 상기 팽창가능한 물질의 밀도를 감소시켜서 일정한 부피에서 중량을 상당히 감소시키면서도 우수한 처리 능력을 유지하는 것에 의해 이 문제에 대한 해법을 제안한다.
본 발명은 복수의 미세한 가스 버블을 포함하는 팽창가능한 물질의 하나 이상의 층을 포함하는 배플 및/또는 보강 요소를 제공하는 것에 의해 독립 청구항 1의 특징부에 따라 이것을 달성한다. 종속 청구항은 본 발명에 따른 제품 또는 본 발명에 따른 제품을 획득하는 방법, 또는 이러한 제품의 사용의 실시예를 제시한다.
본 발명의 임의의 실시예의 원리는 배플 및/또는 보강 요소의 팽창가능한 열가소성 물질의 일부를 가스로 대체하여, 가스를 미세한 버블의 형태로 물질 내에 잘게 그리고 주로 균일하게 분산시키는 것이다. 이러한 미세한 버블은 일반적으로 약 1 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 범위, 바람직하게는 1 내지 100 마이크로미터의 범위의 사이즈를 구비하고, 이 버블은 주변 열가소성 매트릭스와 이를 제조하는 방법에 따라서 큰 사이즈의 분포를 구비하거나 또는 본질적으로 균일한 사이즈를 구비할 수 있다. 본 명세서에 개시된 본 발명에 따른 가스를 포함하지 않는 배플 및/또는 보강 요소에 비해, 본 발명의 실시예는 팽창가능한 물질의 부피의 1% 초과, 바람직하게는 10% 초과, 보다 바람직하게는 25% 초과, 가장 바람직하게는 40%를 초과하는 양을 가스로 대체한다. 물론, 이러한 대체는 열가소성 물질을 가스로 대체하는 양을 증가시켜 물질층의 총 질량(중량)을 비례적으로 감소시킬 수 있다. 그 결과 사용된 가스의 양에 직접 대응하는 열가소성 물질의 양을 주로 절감할 수 있고, 또는, 이에 따라, 동일한 양의 물질로 더 많은 물질층을 제조할 수 있어서, 공정 또는 품질 문제와 같은 소규모 몰딩 또는 압출과 연관된 문제를 줄일 수 있다.
가장 바람직한 실시예에서, 배플 및/또는 보강 요소의 팽창가능한 물질층은, 열가소성 물질이 몰드에 도입되는 동안 또는 도입되기 전에, 열가소성, 열-팽창가능한 물질을 원하는 형상으로 몰딩하거나 압출함과 동시에 초임계 상태(supercritical state)의 가스, 바람직하게는 질소 또는 이산화탄소를 열가소성 용융물에 공급하는 것에 의해 제조된다. 충분히 높은 온도와 충분히 높은 압력 하에서, 가스(또는 초임계 유체)와 열가소성 물질은 본질적으로 단상(single-phasic)의 주로 균일한 혼합물을 형성한다. 온도 및/또는 압력이 강하할 때, 초임계 유체가 가스를 방출할 때 복수의 잘게 분산된 미세한 버블이 형성되고, 이에 의해 팽창가능한 물질층에 마이크로-셀룰러 구조물이 형성된다. 이에 적절한 공정은 예를 들어 미국 트렉셀사(Trexel Inc.)에 의해 뮤셀(MuCell)(등록상표)이라는 상표명으로 시판된다.
다른 실시예에서, 미세한 가스 버블은 열가소성 물질을 소위 "팽창가능한 마이크로구체(expandable microsphere)"와 혼합하는 것에 의해 팽창가능한 물질층에 도입된다. 이들 가스 버블은, 예를 들어, 낮은-끓는점의 액체 탄화수소를 캡슐화하는 열가소성 쉘(shell)을 포함하는 미세한, 본질적으로, 구형의 바디이다. 상승된 온도 조건 하에서 이러한 마이크로구체는, 열의 영향 하에서 가스상으로 되기 때문에 열가소성 쉘을 연화시켜 액체 탄화수소 내용물의 압력을 증가시키는 것에 의해, 팽창하여 대략 5 마이크로미터의 직경으로부터 최대 대략 90 마이크로미터의 직경으로 성장한다. 이러한 마이크로구체는, 예를 들어, 네델란드 악조노벨사(AkzoNobel N.V.)에 의해 익스팬셀(Expancel)(등록상표)이라는 상표명으로 시판된다. 본 발명에 따른 가스 버블을 충분히 많이 포함하기 위하여, 팽창가능한 물질층을 포함하는 적어도 5 wt%의 물질은, 바람직하게는 적어도 10 wt%, 보다 바람직하게는 적어도 15 wt%, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 25 wt%, 특히 바람직하게는 적어도 30 wt%, 가장 바람직하게는 적어도 40 wt%의 마이크로구체로 구성되어야 한다.
추가적인 실시예에서, 배플 및/또는 보강 요소에서 팽창가능한 물질층의 마이크로셀룰러 구조물은, 팽창가능한 물질층을 몰딩하거나 압출하기 전에, 열가소성 물질에 제2 발포제(blowing agent)를 혼합하는 것에 의해 실현된다. 이러한 제2 발포제의 예로는 화학적 발포제, 예를 들어, 아조다이카본아미드, 설포하이드라자이드, 탄산염, 또는 물리적인 발포제를 포함한다. 본 발명에 사용가능한 제2 발포제는 몰딩 또는 압출 공정 직전에 또는 공정 동안 팽창가능한 물질 내에서 가스 방출이 일어나도록 팽창가능한 물질의 변환 온도에서 시작하는 (가스상 제품의 형성을 포함하는) 분해 반응성 또는 가스 방출 활동성을 가지고 있어야 한다. 바람직하게는, 제2 발포제는 50℃ 내지 150℃, 보다 바람직하게는 50℃ 내지 110℃, 훨씬 더 바람직하게는 50℃ 내지 90℃에서 가스를 분해하거나 방출한다. 그러나 이러한 제2 발포제가 가스를 방출하는 조건은 배플 및/또는 보강 요소에서 팽창가능한 물질이 팽창하는 조건과는 충분히 상이한 것이 중요하다. 두 공정이 열에 의해 트리거되는 경우, 버블을 형성하는 공정의 임계값은 팽창을 형성하는 임계값보다 상당히 더 낮아야 하는데, 바람직하게는 적어도 20℃ 더 낮아야 하고, 보다 바람직하게는 적어도 30℃ 더 낮아야 하고, 가장 바람직하게는 적어도 40℃ 더 낮아야 한다.
본 발명에 따른 배플 및/또는 보강 요소의 팽창가능한 물질층의 명백한 마이크로셀룰러 구조물은 예를 들어 잡음 또는 진동을 감소시키거나, 단열 등을 위한 것으로 배플 또는 밀봉 요소를 사용하는 것이 유리하다. 그러나, 캐리어 부품의 임의의 기하학적 형상도 가능하고, 캐리어를 위한 리브(rib), 횡방향 벽, 등과 강성의 물질을 포함하는 적절히 설계를 수행하는 것에 의해 강한 보강 요소들이 본 발명의 실시예에서 획득될 수 있다.
도면은 가능한 실시예(도 2a 및 도 2b)들 중 하나의 실시예를 제시하는 것에 의해 본 발명의 물체의 간단한 조망을 제공한다. 더 나은 이해와 비교를 위하여, 본 발명에 따르지 않는 예는 또한 (도 1a 및 도 1b)에 도시된다. 본 발명의 개념에 중요한 특징만이 표시된다.
도 1a는, 팽창가능한 물질층이 팽창하기 전에, 공동에 도입된 종래의 배플 또는 보강 요소의 단면도;
도 1b는, 팽창가능한 물질층이 팽창한 후에, 공동에 도입된 종래의 배플 또는 보강 요소의 단면도;
도 2a는, 팽창가능한 물질층이 팽창하기 전에, 공동에 도입된 본 발명에 따른 배플 및/또는 보강 요소의 일 실시예의 단면도;
도 2b는, 팽창가능한 물질층이 팽창한 후에, 공동에 도입된 본 발명에 따른 배플 및/또는 보강 요소의 일 실시예의 단면도.
"팽창가능한 물질층"과 "팽창가능한 요소"라는 용어는 본 문서에 걸쳐 상호 교환가능하게 사용된다. "wt%"라는 단위 용어는 중량 퍼센트를 의미한다. "질량"과 "중량"이라는 용어는 본 문서에서 상호 교환가능하게 사용된다.
본 발명은 1) 제조되거나 생성된 물체의 공동 또는 중공 구조부에 삽입되고, 2) (예를 들어, 열에 의해) 트리거된 화학적 또는 물리적 공정으로 인해 부분적으로 팽창하여, 이 공동을 완전히 또는 부분적으로 충전하고 하나 이상의 벽에 부착하는 것에 의해 물체의 공동 또는 중공 구조부를 충전할 수 있는 배플 및/또는 보강 요소를 제조하는 개선된 공정(과 그 제품)을 제공하는 것을 목표로 한다. 배플 및/또는 보강 요소가 여러 제조 물품 또는 생성 물품에 사용될 수 있는 것으로 고려되지만, 예시를 위하여, 배플 및/또는 보강 요소는 본 명세서에서는 주로 자동차에 사용되는 것으로 설명된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 배플 또는 보강 요소의 단면도를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 2a는 본래의 비팽창된 상태의 배플 또는 보강 요소(20)의 개략도이고, 도 2b는 팽창된 상태의 동일한 요소(20')를 도시한다. 도 2b는 팽창된 물질층(25')이 자동차의 중공 구조부 내 공동과 같은 공동(C)의 벽에 부착되는 방식을 도시한다. 차량에서 이러한 중공부는 바디 성분(예를 들어, 패널), 프레임 성분(예를 들어, 하이드로포밍으로 형성된 튜브(hydroformed tube)), 필러 구조물(예를 들어, A, B, C, 또는 D-필러), 범퍼, 루프(roof) 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배플 및/또는 보강 요소(20)는 의도된 임무에 적절한 임의의 형태와 기하학적 형상을 구비할 수 있는 캐리어 요소(21)와, 특정 제조 방식으로 인해, 복수의 가스 버블(24)을 포함하는 팽창가능한 물질(22)의 적어도 하나의 층(25)을 포함한다.
비교와 더 나은 이해를 위해, (본 발명에 따르지 않는) 종래의 배플 또는 보강 요소는 도 1a 및 도 1b에 도시되고, 캐리어 요소(11)와, 팽창가능한 물질층(12)을 포함하는 기본 특징을 도시한다. 도 1a는 팽창가능한 물질(12)이 팽창하기 전의 배플 또는 보강 요소(10)를 도시하는 반면, 도 1b는 팽창된 물질층(12')이 이제 공동(C)의 벽에 부착된 팽창 후의 배플 또는 보강 요소(10')를 도시한다. 팽창가능한 물질(12)이 개략적으로 그려진 층은 도 2a에 도시된 본 발명의 대응하는 층(25)보다 부피가 더 작으나, 동일한 양의 팽창가능한 물질이 두 비교예에서 사용된 것으로 고려된다. 이것은, 배플 및/또는 보강 요소(20)에 가스 버블(24)의 혼입에 의해, 더 큰 부피(와 작은 부분들의 더욱 용이한 제조)가 본 발명의 개시 내용을 적용함으로써 달성될 수 있다는 사실을 나타내고 있다.
캐리어 요소(21)는 본 발명의 일 실시예에 사용가능한 형상으로 처리될 수 있는 임의의 물질로 구성될 수 있다. 바람직한 물질은 폴리머 물질, 예를 들어, 플라스틱, 엘라스토머, 열가소성, 열경화성 폴리머, 이들의 혼합물 또는 다른 조합 등이다. 바람직한 열가소성 물질은 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리설폰, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리염화비닐, 클로리네이티드 폴리올레핀 등과 같은 폴리머를 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 추가적인 바람직한 예는 폴리(페닐 에터), 폴리설폰, 또는 폴리에터설폰과 같은 고온 안정성 폴리머이다. 다른 적절한 물질은 금속, 특히 알루미늄 또는 강철, 또는 자연적으로 성장된, 유기 물질, 예를 들어, 목재 또는 다른 (가압된) 섬유 물질을 포함한다. 또한 유리질 또는 세라믹 물질도 사용될 수 있다. 이러한 물질의 임의의 조합을 사용하는 것도 가능하다. 이러한 물질은 (예를 들어 섬유, 미네랄, 클레이(clay), 규산염, 탄산염, 이들의 조합 등으로) 충전되는 것도 고려된다. 이러한 캐리어 물질은 본 명세서에 병합된 WO2004043668에 개시된 바와 같이 발포될 수 있는 것으로 고려된다. 본 발명에 따른 배플 및/또는 보강 요소(20)에 사용되는 캐리어(21)에 특히 바람직한 물질은 폴리아미드, 바람직하게는 폴리아미드 6, 폴리아미드 6,6, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 또는 이들의 혼합물이다.
캐리어 요소(21)는 임의의 형상 또는 기하학적 형상을 더 구비할 수 있다. 이 캐리어 요소는 직접 연결되지 않은 여러 개의 부품으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이 캐리어 요소는 부피가 크거나(massive), 중공이거나, 또는 발포될 수 있고, 또는 이 캐리어 요소는 그리드(grid)-같은 구조물을 나타낼 수 있다. 캐리어 요소의 표면은 일반적으로 배플 및/또는 보강 요소(20)의 의도된 사용에 따라 평활하거나 거칠게 형성되거나 구조화될 수 있다.
본 발명에 따른 배플 및/또는 보강 요소(20)를 제조하는 공정은 캐리어(21)의 물질에 주로 의존한다. 캐리어의 물질은 (사출-) 성형 또는 압출될 수 있는 경우, 전체 배플 및/또는 보강 요소(20)는 캐리어(21)와 팽창가능한 물질층(25)을 2-단계 사출 성형 공정 또는 공압출 공정으로 제조될 수 있다. 2-단계 사출 성형 공정을 사용하는 경우, 제1 단계에서, 캐리어 요소(21)를 위한 물질이 몰드로 사출된다. 응고 후, 사출 성형 도구의 공동이 확대되거나 또는 조절되거나, 또는 사출 성형된 부품은 다른 도구로 전사되고, 이후 제2 성분, 이 경우에 팽창가능한 층(25)을 위한 물질(22)이 사출된다.
캐리어(21)가, 예를 들어, 금속 또는 합금으로 구성되기 때문에 사출 성형 또는 압출에 의해 형성될 수 없는 경우, 이 캐리어는 제일 먼저 적절한 공정에 의해 제조되고 나서 사출 성형 도구에 도입되고, 팽창가능한 물질층(25)이 캐리어 요소(21)가 놓여 있는 도구로 사출 성형된다. 팽창가능한 물질층(25)을 미리 제조된 캐리어(21)에 압출하는 다른 가능성도 있다. 물론 캐리어(21)와 팽창가능한 물질층(25)을 적절한 공정에 의해 개별적으로 제조하고 나서, 임의의 적절한 수단에 의해, 예를 들어 화학적으로 또는 물리적으로, 예를 들어, 접착 결합 등에 의해, 또는 기계적으로, 예를 들어, 볼트 결합, 나사 결합 등에 의해, 팽창가능한 물질층(25)을 캐리어(21)에 부착하는 것도 가능하다.
팽창가능한 물질층(25)은 팽창가능한 물질(22)과 복수의 가스 버블(24)로 구성된다. 제어된 조건 하에서 기본적으로 발포될 수 있는 임의의 물질이 팽창가능한 물질(22)로 적절하다. 일반적으로, 물질의 발포는 열, 습기, 또는 전자기 복사선에 의해 트리거될 수 있으나, 온도-제어된 팽창(발포)이 바람직하다.
이러한 팽창가능한 물질(22)은 일반적으로 화학적 또는 물리적 발포제를 포함한다. 화학적 발포제는 온도, 습도, 또는 전자기 복사선의 영향 하에서 분해하는 유기 또는 무기 화합물인 반면, 형성된 분해 제품들 중 적어도 하나는 가스이다. 물리적 발포제는 특정 온도에서 가스상인 화합물을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다. 따라서, 팽창가능한 물질층(25)의 팽창가능한 물질(22)에 팽창을 야기하는 화학적 발포제와 물리적인 발포제가 모두 적절하다.
바람직하게는, 화학적 발포제가 사용되는 동안 팽창가능한 물질(22)이 열적으로 발포된다. 적절한 화학적 발포제는, 예를 들어, 아조다이카본아미드, 디니트로소펜탐에틸렌테트라민, 4,4'-옥시-비스(벤젠설포닐하이드라자이드), 트리하이드라지노트리아진, 및 N,N'-디메틸-N,N'-디니트로소테레프탈아미드, 및 이들의 조합 등이다. 발포(팽창)를 야기하는 분해 반응에 요구되는 열은 외부적으로 또는 내부적으로 적용될 수 있고, 내부적으로 적용되는 것은 예를 들어 발열 반응으로 인한 것이다. 바람직하게는, 팽창가능한 물질(22)은 160℃ 미만, 특히 80℃ 내지 150℃, 보다 바람직하게는 90℃ 내지 140℃의 온도에서 발포된다.
배플 및/또는 보강 요소(20)가 자동차 제조에 사용되는 경우, 팽창가능한 물질(22)의 팽창 활성 온도는 차단되거나 또는 보강되는 자동차 부품의 제조 조건으로 조절되는 것이 바람직하다. 일례로서, 배플 및/또는 보강 요소(20)가 비팽창된 상태(20)에서 전기 코팅 액체에 의해 처리될 필요가 있는 구조물의 공동으로 삽입될 수 있으면서도 구조물의 표면에 여전히 접근가능하게 유지되고, 이후, 자동차 부품의 열 처리 동안, 배플 및/또는 보강 요소(20)가 의도된 최종 형상(20')으로 동시에 팽창한다. 이러한 경우에, 팽창 온도는 상기 열 처리의 온도 조건, 즉 90℃ 내지 200℃에 대응하여야 한다.
팽창가능한 물질(22)에 적절한 조성물 물질은, 실온(대략 20℃)에서 실질적으로 고체이고 높은 충격 강도를 나타내고 실리카 또는 나노클레이와 같은 틱소트로피(thixotropy) 첨가제를 포함하는, 예를 들어, 1-성분 에폭시 수지를 포함한다. 일례로서, 이러한 에폭시 계는 통상적으로 20 내지 50 wt%의 액체 에폭시 수지, 0 내지 30 wt%의 고체 에폭시 수지, 5 내지 30 wt%의 강화 첨가제(toughening additive), 1 내지 5 wt%의 물리적 또는 화학적 발포제, 10 내지 40 wt%의 충전제(filler), 1 내지 10 wt%의 틱소트로피 첨가제, 및 2 내지 10 wt%의 열-활성화 경화제(heat-activated hardener)를 포함한다. 강화제(toughener)로 적절한 것은 예를 들어 니트릴 고무에 기초한 반응성 액체 고무, 또는 폴리에터폴리올-폴리우레탄의 유도체, 코어-쉘-폴리머, 및 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 알려진 다른 이러한 계이다.
발포제와 함께 팽창가능한 물질(22)에 혼입될 수 있는 추가적인 적절한 물질은 결정성, OH-작용기를 갖는 폴리에스터와, 다른 폴리올, 바람직하게는 폴리에터폴리올과, 봉쇄된 아이소사이아네이트 기(blocked isocyanate group)를 갖는 폴리아이소사이아네이트를 포함하는 1-성분 폴리우레탄 조성물을 포함한다. 결정성 폴리에스터의 용융점(melting point)은 약 50℃를 초과하여야 한다. 아이소사이아네이트 기는, 예를 들어, 카프로락탐, 페놀, 또는 벤조살론(benzoxalone)과 같은 친핵체(nucleophile)에 의해 봉쇄될 수 있다. 나아가 적절한 것은, 독일 데구싸사(Degussa GmbH)에 의해, 예를 들어, 베스타곤(Vestagon)(등록상표) BF 1350과 베스타곤(등록상표) BF 1540이라는 상표명으로 상업적으로 구입가능한, 예를 들어, 분말 코팅에 사용되는 봉쇄된 폴리아이소사이아네이트이다. 다른 적절한 폴리아이소사이아네이트는, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 알려져 있고 예를 들어 EP 0 204 970에 설명된 소위 캡슐화되거나 또는 표면이-비활성화된 폴리아이소사이아네이트를 포함한다.
나아가 팽창가능한 물질(22)에 적절한 것은 본 명세서에 병합된 예를 들어 WO2005080524에 개시된 발포제를 포함하는 2-성분 에폭시/폴리우레탄 조성물이다. 팽창가능한 물질(22)에 추가적으로 적절한 물질은 에틸렌-비닐-아세테이트 폴리머 계, 폴리올레핀 물질, 적어도 하나의 모노머를 갖는 코폴리머와 터폴리머, 알파-올레핀, 페놀/폼알데하이드 수지, 또는 발포제를 포함하는 다른 것을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다.
특히 적절한 팽창가능한 물질은, 모두 본 명세서에 병합된, 특허 US 5,266,133과 US 5,373,027에 설명된, 미국 시카사(Sika Corp.)에 의해 시판되는, 예를 들어, 시카배플(SikaBaffle)(등록상표) 240, 시카배플(등록상표) 250, 또는 시카배플(등록상표) 255라는 상표명으로 상업적으로 구입가능하다. 이러한 물질은 본 발명에 따른 배플 및/또는 보강 요소(20)를 제조하는데 특히 바람직하다.
본 발명을 높은 보강 능력을 갖는 제품을 목표로 사용하는 경우, 특히 바람직한 물질은 예를 들어 미국 시카사에 의해 시카리인포서(SikaReinforcer)(등록상표) 941이라는 상표명으로 시판되는 것과 같은 물질을 포함한다. 이러한 물질은 본 명세서에 병합된 US 6,387,470에 개시된다.
가스 버블(24)은 팽창가능한 물질층(25)을 제조하기 전에 또는 제조하는 동안 물질(22)에 혼입된다. 바람직한 실시예에서, 배플 및/또는 보강 요소(20)의 팽창가능한 물질층은, 열가소성 물질이 몰드에 도입되는 동안 또는 도입되기 전에, 열가소성, 열-팽창가능한 물질을 원하는 형상으로 몰딩하거나 압출하고 거의 동시에 초임계 상태의 가스, 바람직하게는 질소 또는 이산화탄소를 열가소성 용융물에 공급하는 것에 의해 제조된다. 충분히 높은 온도와 충분히 높은 압력 하에서, 가스(또는 초임계 유체)와 열가소성 물질은 본질적으로 단상의 주로 균일한 혼합물을 형성한다. 온도 및/또는 압력이 강하할 때, 초임계 유체가 가스를 방출할 때 복수의 잘게 분산된 미세한 버블이 형성되어, 팽창가능한 물질층에 마이크로-셀룰러 구조물을 형성한다. 이에 적절한 공정은 예를 들어 미국 트렉셀사에 의해 뮤셀(등록상표)이라는 상표명으로 시판된다.
또한 열가소성 물질을 소위 "팽창가능한 마이크로구체"와 혼합하는 것에 의해 미세한 가스 버블(24)을 팽창가능한 물질(22)에 도입하는 것도 가능하다. 이 마이크로구체는, 예를 들어, 낮은-끓는점의 액체 탄화수소를 캡슐화하는 열가소성 쉘을 포함하는 미세한, 본질적으로, 구형의 바디이다. 상승된 온도 조건 하에서 이러한 마이크로구체는, 예를 들어, 팽창가능한 물질층(25)을 제조하는 공정 동안과 같이 열의 영향 하에서 가스상으로 되기 때문에, 열가소성 쉘을 연화시키고 액체 탄화수소 내용물의 압력을 증가시키는 것에 의해, 팽창하여 대략 5 마이크로미터 직경으로부터 최대 대략 90 마이크로미터 직경으로 성장한다. 이러한 마이크로구체는, 네델란드, 악조노벨사에 의해, 예를 들어, 익스팬셀(등록상표)이라는 상표명으로 시판된다. 본 발명에 따라 가스 버블의 충분히 높은 혼입을 달성하기 위하여, 팽창가능한 물질층을 포함하는 적어도 5 wt%의 물질은, 바람직하게는 적어도 10 wt%, 보다 바람직하게는 적어도 15 wt%, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 25 wt%, 특히 바람직하게는 적어도 30 wt%, 가장 바람직하게는 적어도 40 wt%의 마이크로구체로 구성되어야 한다.
나아가, 배플 및/또는 보강 요소(20)에서 팽창가능한 물질층(25)의 마이크로셀룰러 구조물은 팽창가능한 물질층(25)을 몰딩하거나 압출하기 전에 제2 발포제를 팽창가능한 물질(22)에 혼합하는 것에 의해 실현될 수 있다. 이 제2 발포제의 예로는 화학적 발포제, 예를 들어, 아조다이카본아미드, 설포하이드라자이드, 탄산염, 또는 물리적 발포제를 포함한다. 본 발명에 사용가능한 제2 발포제는 몰딩 또는 압출 공정 직전에 또는 공정 동안 팽창가능한 물질(22) 내에서 가스 방출이 일어나도록 팽창가능한 물질(22)의 변환 온도에서 시작하는 (가스상 제품의 형성을 포함하여) 분해 반응성 또는 가스 방출 활동성을 가지고 있어야 한다. 바람직하게는, 제2 발포제는 50℃ 내지 150℃, 보다 바람직하게는 50℃ 내지 110℃, 훨씬 더 바람직하게는 50℃ 내지 90℃에서 가스를 분해하거나 방출한다. 그러나 이러한 제2 발포제의 가스 방출을 초래하는 조건은 배플 및/또는 보강 요소(20)에서 팽창가능한 물질(22)의 팽창을 초래하는 조건과는 충분히 상이한 것이 중요하다. 두 공정이 열에 의해 트리거되는 경우, 버블을 형성하는 공정의 임계값은 팽창을 형성하는 임계값보다 상당히 더 낮아야 하는데, 바람직하게는 적어도 20℃ 더 낮아야 하고, 보다 바람직하게는 적어도 30℃ 더 낮아야 하고, 가장 바람직하게는 적어도 40℃ 더 낮아야 한다.
주위 조건, 즉 대략 1 바(bar)의 압력과 대략 20℃의 온도 하에서 가스상인 임의의 물질종은, 본 발명에 따른 배플 및/또는 보강 요소(20)의 팽창가능한 물질층(25)에 마이크로셀룰러 구조물을 가스 버블(24)에 의해 형성하기 위한 가스로 사용될 수 있다. 바람직하게 사용되는 가스는 상대적으로 저렴하거나 및/또는 비-반응성이어서, 원치 않는 화학적 부반응을 야기하지 않고/않거나, 초임계 유체로 용이하게 변환될 수 있어야 한다. 이러한 바람직한 가스의 예로는 공기, 질소, 이산화탄소, 가스상 탄화수소, 비활성 기체, 또는 이들의 혼합물을 포함한다(그러나 이들로 제한되지 않는다). 특히 바람직한 것으로는 질소 및/또는 이산화탄소 및/또는 가스상 탄화수소이고, 이 탄화수소의 예로는 프로판, 프로펜, 부탄, 부텐, 아이소부탄, 아이소부텐, 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
물론 본 발명은 본 명세서에 설명된 예로 제한되지 않고, 특히 본 발명의 일반적인 원리 또는 하나의 간단한 실시예를 도시하는 도면으로 제한되지 않는다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 특정 변형이 본 발명의 개시 내용 내에 있을 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 사상과 범위는 다음 청구범위에 의해 한정되어야 한다.
10; 20: 배플 및/또는 보강 요소
10'; 20': 팽창된 배플 및/또는 보강 요소
11; 21: 캐리어 요소
12; 22: 팽창가능한 물질
12'; 22': 팽창된 물질
24: 팽창가능한 물질에 혼입된 가스 버블
24': 팽창된 물질에 혼입된 가스 버블
25: 팽창가능한 물질층 또는 팽창가능한 요소
25': 팽창된 물질층 또는 팽창된 요소
C: 공동 또는 중공 구조물

Claims (15)

  1. 차량의 공동(cavity)과 같은 제조물의 구조물의 공동(C)을 밀봉, 차단 및/또는 보강하는 요소(20)로서,
    - 적어도 하나의 캐리어 요소(21), 및
    - 상기 캐리어 요소(21)에 의해 지지되는 적어도 하나의 팽창가능한 요소(25)를 포함하되,
    상기 팽창가능한 요소(25)는,
    - 열, 습기 및/또는 복사선에 의해 팽창가능한 물질(22), 및
    - 상기 팽창가능한 물질(22)에 혼입된 복수의 가스 버블(24)을 포함하는, 요소(20).
  2. 제1항에 있어서, 상기 팽창가능한 요소(25)는 상기 가스 버블(24)이 없는 동일한 요소보다 적어도 1% 더 적은 중량을 가지는 것을 특징으로 하는 요소(20).
  3. 제1항에 있어서, 상기 팽창가능한 요소(25)는 상기 가스 버블(24)이 없는 동일한 요소보다 적어도 10% 더 적은 중량을 가지는 것을 특징으로 하는 요소(20).
  4. 제1항에 있어서, 상기 팽창가능한 요소(25)는 상기 가스 버블(24)이 없는 동일한 요소보다 적어도 25% 더 적은 중량을 가지는 것을 특징으로 하는 요소(20).
  5. 제1항에 있어서, 상기 팽창가능한 요소(25)는 상기 가스 버블(24)이 없는 동일한 요소보다 적어도 40% 더 적은 중량을 가지는 것을 특징으로 하는 요소(20).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창가능한 물질(22)은 발포제를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소(20).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 버블(24)은 공기, 질소, 이산화탄소, 가스상 탄화수소, 비활성 기체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 요소(20).
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 버블(24)은 공기, 질소, 이산화탄소, 가스상 탄화수소, 비활성 기체, 또는 이들의 혼합물로 충전된 열가소성 쉘(shell)을 포함하는 것을 특징으로 하는 요소(20).
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창가능한 물질(22)은 상기 요소(20)를 제조하는 공정 동안 상기 가스 버블(24)을 형성하는 제2 발포제를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소(20).
  10. 제1항 내지 제7항의 요소(20)에 포함되는 팽창가능한 요소(25)를 제조하는 방법으로서,
    - 팽창가능한 물질(22)을 몰딩 및/또는 압출하여 팽창가능한 요소(25)를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 몰딩 및/또는 압출 공정은 상기 팽창가능한 요소(25)에 복수의 가스 버블(24)을 생성하기 위하여 상기 몰딩 및/또는 압출 공정 동안 가스, 액체 또는 초임계 유체를 상기 물질(22)에 공급하는 동안 충분히 높은 온도와 충분히 높은 압력을 상기 물질(22)에 인가하여 상기 물질(22) 내에 가스, 액체 또는 초임계 유체를 유지하는 단계를 포함하는, 팽창가능한 요소를 제조하는 방법.
  11. 제1항 내지 제6항 또는 제8항의 요소(20)에 포함되는 팽창가능한 요소(25)를 제조하는 방법으로서,
    - 팽창가능한 물질(22)을 몰딩 및/또는 압출하여 팽창가능한 요소(25)를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 팽창가능한 물질(22)은 상기 팽창가능한 요소(25)에 복수의 가스 버블(24)을 형성하기 위해 제공된 충분히 높은 온도에 의해 상기 몰딩 및/또는 압출 공정 동안 팽창하는 팽창가능한 가스, 액체 또는 초임계 유체로 충전된 열가소성 쉘로 구성된 본질적으로 구형의 바디를 포함하는, 팽창가능한 요소를 제조하는 방법.
  12. 제1항 내지 제6항 또는 제9항의 요소(20)에 포함되는 팽창가능한 요소(25)를 제조하는 방법으로서,
    - 팽창가능한 물질(22)을 몰딩 및/또는 압출하여 팽창가능한 요소(25)를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 팽창가능한 물질(22)은, 상기 몰딩 및/또는 압출 공정 동안 가스와 잔류물로 분해됨으로써 상기 팽창가능한 요소(25) 내에 복수의 가스 버블(24)을 형성하는 제2 발포제를 포함하는, 팽창가능한 요소를 제조하는 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창가능한 물질(22)은 에폭시 수지, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 또는 이들의 유도체 또는 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 열가소성 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창가능한 요소를 제조하는 방법.
  14. 지상-차량, 수상-차량, 또는 공중-차량, 바람직하게는 자동차의 공동 또는 중공 구조물(C), 및/또는 빌딩의 공동을 밀봉, 차단, 또는 보강하여 잡음, 진동, 및/또는 열의 전달을 감소시키고/시키거나, 상기 공동을 둘러싸는 물체를 기계적으로 강화시키기 위한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 배플 및/또는 보강 요소(20)의 용도.
  15. 공동 또는 중공 구조물(C)을 차단 및/또는 보강하는 방법으로서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 요소(20)를 상기 공동 또는 중공 구조물(C)에 도입하고 나서 상기 팽창가능한 요소(25)를 팽창시켜 팽창된 요소(20')를 형성하는 것을 특징으로 하는, 공동 또는 중공 구조물을 차단 및/또는 보강하는 방법.
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