MX2012001104A - Mejoras en, o con relacion a, piezas insertadas espumadas. - Google Patents
Mejoras en, o con relacion a, piezas insertadas espumadas.Info
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Abstract
El material espumable se monta en un primer componente definidor de cavidad al proporcionar el material espumable en una hoja fina y por la provisión de un medio de retención en el componente definidor de cavidad y un medio de unión de acoplamiento en la hoja fina de modo que la estructura laminar de hoja fina/material espumable se retenga en su lugar y la cavidad se forme por un segundo componente definidor de cavidad y el material espumable entonces se espume para producir una cavidad rellena de espuma.
Description
MEJORAS EN, O CON RELACION A, PIEZAS INSERTADAS ESPUMADAS
Campo de la Invención
La presente invención se refiere a productos laminados de material espumable y hoja fina y a su uso en la provisión de piezas insertadas espumadas, y en particular, a la provisión de piezas insertadas espumadas en las cavidades de vehículos tal como automóviles, camiones, autobuses, vehículos de ferrocarril y aeronaves.
Antecedentes de la Invención
Se conoce proporcionar piezas insertadas espumadas en las cavidades de vehículos por una variedad de razones . La espuma puede proporcionar refuerzo de peso ligero en vehículos tal como en los travesaños o columnas de automóviles. En este caso, la espuma tiende a ser una espuma rígida con un grado relativamente bajo de expansión. Las espumas reticuladas basadas en epoxi son ejemplos de estas espumas rígidas . También se pueden usar espumas para proporcionar aislamiento acústico, amortiguamiento de vibración o sellado, caso en el cual se puede emplear una espuma más blanda de mayor expansión tal como una basada en materiales termoplásticos .
También se conoce y se emplea un material espumable que se puede proporcionar en una cavidad de vehículo en un estado no espumado y los materiales espumables pueden ser tal
REF: 227240 que se espumarán bajo condiciones a las cuales se somete la cavidad que contiene el material espumable durante el procesamiento de la cavidad tal como en los procesos de montaje de vehículo. Una técnica particular es emplear una formulación espumable que espumará bajo las condiciones empleadas en el horno de revestimiento anticorrosión (algunas veces conocido como horno de cataforesis) o un horno de pintura. También se conoce que los materiales espumables se pueden proporcionar en un portador que puede ser rígido y pueden proporcionar refuerzo adicional cuando la espuma es un material estructural rígido, también se puede usar un portador para proporcionar soporte para una espuma más flexible tal como aquella usada para aislamiento acústico o amortiguamiento de vibración.
Se han propuesto varios medios para colocar el material espumable dentro de una cavidad. Por ejemplo, se puede proporcionar una pinza en el material espumable o como parte de un portador para el material espumable y se puede proporcionar un agujero en la pared de la cavidad a través del cual la pinza puede pasar para asegurar el material espumable en su lugar. Otras propuestas incluyen formar el material espumable en un soporte para el material de modo que se proporcione con salientes que se apoyarán contra las paredes interiores de la cavidad para retener al material espumable en su posición mediante fricción. Sin embargo, esto requiere que el material espumable esté más cerca a la pared de la cavidad y no permita una mayor expansión del material espumable en todas las direcciones. Una propuesta adicional incluye hacer que la expansión del material magnético llegue a ser alta dentro del material espumable de modo que se puede asegurar a la pared metálica de la cavidad. Esto padece de la desventaja que el material espumable está en contacto con la pared de la cavidad en ciertas áreas y el material espumable no puede expandirse de forma uniforme. Adicionalmente , si la cavidad es parte de un armazón de vehículo o armazón de asiento o respaldo que se va a someter a revestimiento anticorrosión (cataforesis) después de la instalación del material espumable puede no ser posible revestir la superficie de la cavidad que está en contacto con el material espumable. También se ha propuesto que se pueda pegar una tira de material espumable en una o más superficies de la cavidad por medio de un adhesivo. Aquí nuevamente, no es posible realizar una operación efectiva de revestimiento anticorrosión en el área donde el material espumable se está adhiriendo al metal.
Los problemas adicionales asociados con estas técnicas son que se han requerido técnicas complejas de moldeo para producir el material espumable del tamaño y forma deseadas para la cavidad particular bajo consideración. Permanece la necesidad de proporcionar tecnología más simple para producir componentes normales o similares que se pueden usar para rellenar una variedad de cavidades con espuma de alta expansión particularmente espuma que proporcione aislamiento acústico. Adicionalmente , se requieren técnicas adicionales para proporcionar un medio de unión ya sea al moldear un accesorio integral al portador o el material espumable o la necesidad de asegurar el medio de sujeción al portador o el material espumable. Además, si el accesorio se logra por el paso de una pinza a través de un agujero en una pared metálica en una cavidad, la necesidad del agujero puede hacer que se presente una ubicación para la corrosión y oxidación .
Breve Descripción de la Invención
Por lo tanto, la invención proporciona una estructura laminar que comprende una hoja fina que tiene un material espumable y provista con uno o más agujeros por lo que la hoja fina se adapta para permitir que se una dentro de la cavidad de un vehículo por acoplamiento de los agujeros con dispositivos colocadores provistos dentro de la cavidad.
Los dispositivos colocadores dentro de la cavidad son de manera preferente salientes de acoplamiento que acoplan los agujeros formados en la hoja fina que pueden acoplarse con los agujeros en la hoja fina para asegurar la estructura laminar dentro de la cavidad. Las salientes para asegurar la estructura laminar dentro de la cavidad se pueden proporcionar de cualquier manera adecuada. Por ejemplo, pueden ser pernos formados, adecuados que se pueden soldar o unir de otro modo a la superficie interior de uno o ambos de los miembros formadores de la cavidad. De manera alternativa, se pueden formar durante la producción del miembro formador de la cavidad al proporcionar uno o más elementos que se extienden desde el miembro formador de la cavidad durante el proceso de estampado empleado en la creación del miembro formador de la cavidad. De manera alternativa, se pueden proporcionar las salientes en una parte moldeada que se puede unir al miembro formador de la cavidad tal como por medio de una pinza.
De esta manera, la estructura laminar se retiene en su lugar por la fricción entre las salientes y la hoja fina y no se requiere adhesivo adicional. Además, la hoja fina también realiza la función de guía en el material espumable conforme se ablanda y espuma durante el proceso de espumación. Por lo tanto, la hoja proporciona retención de forma a la espuma, así como imparte cierta rigidez y/o flexibilidad. Si no está presente la hoja fina, el material espumable puede pandearse en la cavidad conforme se ablanda para permitir la espumación particularmente cuando se usa un material de alta expansión para proporcionar una espuma más blanda tal como aquella que proporciona aislamiento acústico.
En una modalidad particularmente preferida, el medio para acoplamiento comprende dos o más agujeros formados en la hoja fina que se forman para ser un ajuste estrecho en las salientes correspondientes para asegurar la estructura laminar dentro de la cavidad. Los agujeros pueden pasar a través del material espumable o el material espumable se puede unir a la hoja fina de una manera que deja expuestos los agujeros.
Por lo tanto, la presente invención proporciona piezas insertadas que permiten una técnica simple y confiable para la provisión de material espumable dentro de una cavidad y permite que se use un proceso de producción más normal y simplificada. La invención también se refiere a la espumación del material para proporcionar una estructura de espuma dentro de la cavidad. Las cavidades en los vehículos tal como travesaños y columnas o en asientos, armazones o respaldos de vehículo se forman frecuentemente por la unión conjunta de dos miembros definidores de la cavidad, adecuadamente formados que se pueden unir conjuntamente por soldadura en el caso donde sean de metal tal como acero, de manera alternativa pueden ser pegados conjuntamente por un adhesivo tal como un adhesivo estructural. Al menos uno de los miembros definidores de la cavidad está típicamente en forma de U o en forma de C y se proporciona con placas en la extremidad de la forma que proporciona un área para la unión a otro miembro definidor de la cavidad que puede ser plano o también un miembro en forma de U o C de mofo que la forma o formas en U o C definen la cavidad y las placas proporcionan áreas donde se pueden unir conjuntamente los dos miembros.
De acuerdo con la presente invención, se proporcionan salientes en uno o ambos de los miembros definidores de la cavidad y la hoja fina que tiene el material espumable se proporciona con agujeros de modo que se pueda fijar a las salientes.
En una modalidad adicional, la invención proporciona un proceso para proporcionar una espuma dentro de una cavidad que comprende proporcionar un primer miembro formador de cavidad con un medio de retención en la superficie definidora de cavidad, fijar una hoja fina que tiene un material espumable en el medio de retención, unir un segundo miembro formador de cavidad al primer miembro formador de cavidad y hacer que espume el material espumable.
Los miembros formadores de cavidad pueden ser estampados metálicos de metales tal como acero y aluminio y el medio de retención puede ser una o más salientes formadas durante el proceso de estampado, de manera alternativa las salientes se pueden proporcionar por pernos soldados sobre el miembro formador de cavidad. En una modalidad preferida, el medio de retención son salientes y se proporcionan de manera central en la porción definidora de cavidad del miembro de modo que la hoja fina que tiene el material espumable se puede instalar de forma central para permitir una formación uniforme. En una modalidad adicional, preferida, se proporcionan dos medios de retención y la hoja fina hace un puente entre los dos medios de retención de modo que se retiene en su lugar por los dos medios de retención.
La estructura laminar se diseña de modo que la hoja fina se puede aplicar a y retener por el medio de retención y en una modalidad preferida donde se proporcionan dos medios de retención, la hoja fina puede ser más larga que la distancia entre los dos medios de retención y la hoja fina se puede diseñar para acoplarse con el medio de retención. Por ejemplo, el medio de retención puede ser dos espigas o pernos y se pueden formar agujeros en la hoja fina en posiciones que corresponden a las espigas o pernos de modo que la hoja fina se puede empujar sobre las espigas o pernos de modo que sobresalgan y quizá a través de la hoja fina para retenerla en la posición deseada. En esta modalidad, los agujeros se pueden hacer de un tamaño preferentemente para ser un ajuste estrecho en las espigas de un modo que no se requiere adhesivo adicional para retener en su lugar la hoja fina. En una modalidad preferida, la superficie de las espigas o pernos se hace áspera o está biselada para incrementar el agarre en la circunferencia del agujero o agujeros formados en la hoja fina.
El material espumable se puede unir a uno o ambos lados de la hoja fina y se puede proporcionar con agujeros alineados con los agujeros en la hoja fina de modo que el medio de retención pase a través tanto de la hoja fina como del material espumable. De manera alternativa, el material espumable se puede unir a la hoja fina de una manera que deje expuestos los agujeros en la hoja fina para la recepción del medio de retención. En una modalidad adicional, se pueden unir dos hojas finas a ambos lados de una tira del material espumable .
La hoja fina puede ser de un metal, tal como hoja fina de aluminio o acero tal como laminillas; de manera alternativa se puede usar una hoja delgada de plástico tal como hojas delgadas de poliéster tal como polietilen-tereftalato, poliamida o poliolefina. El espesor óptimo de la hoja delgada dependerá del material del cual se haga, la longitud requerida de la hoja fina, la distancia entre los agujeros de aseguramiento y la cantidad de material espumable si se requiere que lleve. Sin embargo, se ha encontrado que las hojas finas de un espesor en el intervalo de 0.005 mm a 1.5 mm son particularmente útiles, más preferentemente de un espesor de 0.075 a 1 mm. El uso de la hoja fina ayuda a asegurar el material espumable dentro de la cavidad y mejora la capacidad de agarradera del material así como ayuda en la operación de espumación.
El material espumable puede cubrir todas o parte de una o ambas superficies de la hoja fina, en una modalidad preferida se proporciona una capa de material espumable en ambos lados de una hoja fina de aluminio. De manera conveniente, se pueden obtener las estructuras laminares por la extrusión del material espumable a una temperatura por de bajo de la cual se espuma sobre la hoja fina y cortar el producto extruido al tamaño requerido y estampar el producto laminado para proporcionar ubicaciones tal como agujeros para acoplamiento con el medio de retención en el miembro formador de cavidad. Por ejemplo, el material espumable se puede extruir sobre uno o ambos lados de una hoja fina en movimiento, obtenida de manera conveniente de un carrete o bobina, el material espumable entonces se deja solidificar y el producto laminado se corta para producir el tamaño y forma requeridos de la estructura laminar que entonces se puede estampar o cortar para proporcionar los agujeros de retención.
En tanto que se ha descrito la modalidad preferida con relación a la provisión de dos medios de retención en la sección formadora de cavidad de uno de los miembros formadores de cavidad, la invención es igualmente aplicable a cavidades más grandes o más pequeñas y el número de medios de retención y agujeros correspondientes en la hoja fina y opcionalmente en el material espumable se pueden adaptar para adecuar el tamaño y forma de la cavidad. Adicionalmente , se puede proporcionar un medio de retención en ambos miembros formadores de cavidad.
En una modalidad adicional de la invención, donde se proporcionan las estructuras que contienen la cavidad y la aplicación de la hoja fina/material laminar, espumable se va a lograr en una línea de montaje, el material de estructura laminar se puede proporcionar con un medio para permitirles el manejo y aplicación por un robot. En este proceso, el primer miembro formador de cavidad provisto con el medio de retención se puede distribuir a una estación donde la estructura laminar se acopla con el medio de retención, el segundo medio formador de cavidad que puede ser cualquier forma también provista con placas, por ejemplo, puede ser plana o una imagen de acoplamiento entonces se puede aplicar sobre las placas del primer miembro formador de cavidad donde se asegure para proporcionar la cavidad que contiene la estructura laminar montada en la posición deseada dentro de la cavidad. La estructura de cavidad que contiene la estructura laminar entonces puede pasar para montaje y tratamiento adicional y el material espumable se puede formular de modo que se espume durante el tratamiento subsiguiente tal como por exposición al calor empleado durante el horneado de las capas anticorrosión y/o de pintura que se aplican durante la manufactura y montaje del artículo que contiene la pieza insertada, espumada.
El material espumable se seleccionará de acuerdo con las propiedades que se requiera que la espuma imparta a la cavidad. La invención es particularmente útil cuando la espuma se requiere para proporcionar sellado y/o absorción acústica caso en el cual se puede usar material espumable de alta expansión, típicamente 100%-2500 %, de manera preferente 400-2500 % para producir una espuma blanda. De manera alternativa, se puede requerir que la espuma reduzca la vibración y/o dureza en el vehículo y/o se puede requerir para proporcionar resistencia a colisiones. Si la espuma es para proporcionar un efecto de refuerzo puede ser una espuma rígida proporcionada de un material espumable con un grado relativamente bajo de expansión, típicamente de 30 % a 200 % y también puede ser un material que se reticule a una temperatura similar a aquella a la cual se espuma. Se puede usar una formulación basada en resina epoxi reticulable. Los materiales espumables preferidos son formulaciones que son termoplásticas a temperaturas por abajo de las cuales se espuman y por consiguiente se puede extruir o moldear por inyección para proporcionar el material espumable de la estructura laminar a temperaturas por abajo de la temperatura de espumación. En el calentamiento para provocar la espumación, el material también puede reticularse si se requiere una espuma rígida de refuerzo. El material espumable incluye de manera preferente un adhesivo tal como una resina de petróleo o un éster de colofonia para ayudar a la adhesión del material espumable a la hoja fina y para ayudar a la adhesión de la espuma a las paredes de la cavidad.
La invención es particularmente útil en la provisión de aislamiento acústico dentro de cavidades automotrices cuando se requiere el material espumable para proporcionar aislamiento acústico y/o sellado el material puede tener un grado de expansión tal como desde 200 % a 2500 %. También puede ser una espuma blanda sin reticulación.
En la producción preferida de deflectores acústicos para automóviles, el material espumable es para producir una espuma blanda altamente expandida típicamente de polímeros tal como copolímeros de etileno-éster insaturado, típicamente copolímeros de etileno-acetato de vinilo y/o copolímeros de etileno-acrilato . En esta modalidad, un material particularmente preferido es una espuma acústica basada en polímero olefínico, y de manera más particular un polímero basado en etileno. Por ejemplo, el material espumable se puede basar en un copolímero o terpolímero de etileno que puede contener un comonómero de C3 a C8-alfa-olefina . Los ejemplos de polímeros particularmente preferidos incluyen copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato, EPDM, o mezclas de estos. Otros ejemplos de formulaciones preferidas de espuma que están comercialmente disponibles incluyen materiales basados en polímeros comercialmente disponibles de L & L Products, Europa, bajo las designaciones como L-2704, L-2806, L-2811, 1-2820, L-2821, , L-1066, , L-2105, L-2106, L-2115, L-2308, L-2411, L-2412, L-2663, L-2664, L-2700, L-2703, L-4161, L-4200, L-4300, L-4315, L-4316, L-7102, L-7107, y L-7220. Estos productos se pueden laminar fácilmente a una hoja fina tal como hoja fina de aluminio, acero o plástico por extrusión para formar la estructura laminar empleada en esta invención.
En la técnica se conocen varios materiales adecuados diferentes y también se pueden usar para producir espumas para atenuación de ruido y/o amortiguamiento de vibración. Esta espuma incluye un material base polimérico de celdas abiertas, tal como un polímero basado en etileno que, cuando se combina con ingredientes apropiados (típicamente un agente de soplado y curación) , se expande y cura de una manera confiable y predecible en la aplicación de calor o la ocurrencia de una condición ambiental particular. Desde un punto de vista químico para un material térmicamente activado, una espuma acústica usualmente se procesa de forma inicial como un material termoplástico fluido antes de la acumulación. De manera preferente, cuando se retícula en la curación, que hace al material resistente a fluir adicionalmente o cambiar de forma final.
En tanto que se han descrito los materiales preferidos para fabricar un material de amortiguamiento de vibración y/o de absorción acústica, el material se puede formar de otros materiales (por ejemplo, espumas consideradas en la técnica como espumas estructurales) con la condición que el material seleccionado se active con calor o se active de otro modo por una condición ambiente (por ejemplo, humedad, presión, tiempo o similar) y cure de una manera predecible y confiable bajo condiciones apropiadas para la aplicación seleccionada.
Algunos otros posibles materiales incluyen, pero no se limitan a, materiales de poliolefina, copolímeros y terpolímeros , materiales de fonol/formaldehído, materiales de fenoxi, y poliuretanos . Las Patentes de los Estados Unidos Nos. 5,266,133; 5,766,719; 5,755,486; 5,575,526; 5,932,680; y WO 00/27920 describen materiales adecuados. En general, las características deseadas de la espuma resultante incluyen un punto relativamente bajo de transición vitrea y buenas propiedades de resistencia a la corrosión. De esta manera, el material no interfiere en general con los sistemas de materiales empleados por los fabricantes de automóviles. Además, resistirá las condiciones de procesamiento -encontradas típicamente en la manufactura de un vehículo, tal como la imprimación de cataforesis, limpieza y desengrasado y otros procesos de revestimiento.
En general, las espumas expandibles adecuadas tienen un intervalo de expansión que varía desde aproximadamente 100 a más de 1000 por ciento. El nivel de expansión de la espuma acústica puede ser tan alto como 1500 a 2000 por ciento o más.
En otra modalidad, el material de absorción acústica se puede proporcionar en una forma encapsulada o parcialmente encapsulada, por ejemplo un material espumable, expandible se encapsula o encapsula parcialmente en una capa de adhesivo. Además, el material de absorción acústica puede incluir un material fluido en estado fundido tal como aquel descrito en la Patente de los Estados Unidos No. 6,030,701.
Se pueden incluir uno o más agentes de curación en el material espumable usado en esta invención. Opcionalmente también se pueden incluir aceleradores de agente de curación. Las cantidades de agentes de curación y aceleradores de agentes de curación usadas pueden variar ampliamente dependiendo del tipo de estructura deseada, las propiedades deseadas del material espumado y la cantidad deseada de expansión del material espumable y la velocidad deseada de expansión. Los intervalos de ejemplo para los agentes de curación o aceleradores de agente de curación presentes en el material espumable varían desde aproximadamente 0.001 % en peso a aproximadamente 7 % en peso.
De manera preferente, los agentes de curación ayudan al material espumable en la curación por reticulación de los polímeros, resinas de fenoxi-epoxi o ambas y cualquier resina epoxi que pueda estar presente. También se prefiere a los agentes de curación para ayudar en el termoendurecimiento del material espumado. Las clases útiles de agentes de curación son materiales seleccionados de aminas alifáticas o aromáticas o sus respectivos aductos, amidoaminas, poliamidas, aminas cicloalifáticas, anhídridos, poliésteres policarboxílieos , isocianatos, resinas basadas en fenol (por ejemplo, resinas novolak de fenol o cresol, copolímeros tal como aquellos de fenol-terpeno, polivinil- fenol o copolímeros de bisfenol-A-formaldehído, bishidroxifenil-alcanos o similares), o mezclas de los mismos. Los agentes de curación particularmente preferidos incluyen poliaminas o poliamidas modificadas o no modificadas tal como trietilentetramina, dietilentriamina, tetraetilenpentamina, cianoguanidina, diciandiamidas , y similares. Si un acelerador para el agente de curación se usa los ejemplos de materiales incluyen una urea modificada o no modificada tal como metilen-difenilo-bis-urea, un imidazol o una combinación de estos.
Dependiendo de la función requerida del material espumado, puede incluir uno o más polímeros o copolímeros adicionales, que pueden incluir una variedad de diferentes polímeros, tal como termoplásticos , elastómeros, plastómeros y combinaciones de los mismos. Por ejemplo, y sin limitación, los polímeros que se pueden incorporar de manera apropiada en el material espumable incluyen polímeros halogenados, policarbonatos , policetonas, poliuretanos , poliésteres, y polímeros derivados de silanos, sulfonas, alilos, olefinas, estírenos, acrilatos, metacrilatos , epoxis, siliconas, fenólicos, cauchos, óxidos de polifenileno, tereftalatos , acetatos (por ejemplo, EVA), acrilatos, metacrilatos (por ejemplo, polímero de etileno-acrilato de metilo) o mezclas de los mismos. Otros materiales poliméricos potenciales pueden ser o pueden incluir, sin limitación, poliolefina (por ejemplo, polietileno, polipropileno) poliestireno, poliacrilato, poli (óxido de etileno) , poli (etilenimina) , poliéster, poliuretano, polisiloxano, poliéter, polifosfazina, poliamida, poliimida, poliisobutileno, poliacrilonitrilo, poli (cloruro de vinilo) , poli (metacrilato de metilo), poli (acetato de vinilo), poli (cloruro de vinilideno) , politetrafluoroetileno, poliisopreno, poliacrilamida, ácido poliacrílico, polimetacrilato .
Cuando se usan, estos materiales pueden comprender una pequeña porción o una porción más sustancial del material. Cuando se usan, uno o más polímeros adicionales comprenden de manera preferente de aproximadamente 0.1 % a aproximadamente 50 %, de manera más preferente de aproximadamente 1 % a aproximadamente 20 %, y de manera más preferente de aproximadamente 2 % a aproximadamente 10 % en peso del material espumable.
Los ejemplos de materiales rígidos adecuados incluyen resinas basadas en epoxi espumables y los ejemplos de estos materiales son los productos L0507, L5207, L5214, L5234, L5235, L5236, L5244, L-8050 y L-8150, que están comercialmente disponibles de L & L Europe, Strasbourg, Francia. El producto se debe elegir de modo que se pueda formar a temperaturas por abajo de las cuales espumará, típicamente de 80 °C a 90 °C y De acuerdo con la velocidad de expansión y densidades de espuma requeridas. Además se prefiere que donde se use en manufactura de asientos o armazones automotrices, se expanda a la temperatura experimentada en el horno usado para secar y curar el revestimiento anticorrosión depositado en el proceso de cataforesis, típicamente de 120°C a 180°C, más típicamente de 130 °C a 150 °C. Antes de la activación, el material espumable está preferentemente seco y no se pega al tacto, puesto que esto facilita el envío y manejo e impide la contaminación.
En la presente, resina epoxi hace referencia a cualquiera de los materiales epoxi diméricos, oligoméricos o poliméricos convencionales que contienen al menos un grupo epoxi funcional. El contenido de epoxi es típicamente más de 40 %. Además, el término resina epoxi se puede usar para denotar una resina epoxi o una combinación de múltiples resinas epoxi. Los materiales basados en polímero pueden ser materiales que contienen epoxi que tienen uno o más anillos de oxirano polimerizables por una reacción de abertura de anillo. En una modalidad preferida, el material espumable incluye entre aproximadamente 2 % y 75 % en peso de resina epoxi, de manera más preferente entre aproximadamente 4 % y 60 % en peso de resina epoxi, de manera aún más preferente entre aproximadamente 25 % y 50 % en peso de resina epoxi. Por supuesto, las cantidades de resina epoxi pueden ser mayores o menores dependiendo de la aplicación propuesta del material activable.
La epoxi puede ser alifática, cicloalifática, aromática o similares. La epoxi puede ser suministrada como un sólido (por ejemplo, como granulos, trozos, piezas o similares) un líquido (por ejemplo, una resina epoxi) aunque se prefieren las resinas líquidas para mejorar la capacidad de proceso de la formulación adhesiva. Como se usa en la presente, a menos que se señale de otro modo, una resina es una resina sólida si es sólida a una temperatura de 23 °C y es una resina líquida si es líquida a 23 °C. La epoxi puede incluir un copolímero o terpolímero de etileno.
Se puede adicionar una resina epoxi al material espumable para incrementar la adhesión, propiedades de flujo o ambas del material. Una resina epoxi de ejemplo puede ser una resina fenólica, que puede ser una resina tipo novolac o de otro tipo. Otros materiales preferidos que contienen epoxi pueden incluir un polímero de bisfenol-A-epiclorhidrina-éter, o una resina de bisfenol-A-epoxi que se puede modificar con butadieno u otro aditivo polimérico o resinas epoxi tipo bisfenol-F. Además, se pueden emplear también varias mezclas de varias resinas epoxi diferentes. Los ejemplos de resinas epoxi adecuadas se venden bajo el nombre comercial Araldite GY 282, GY 281 y GY 285 suministrado por Huntsman.
En ciertas modalidades, puede ser deseable incluir uno o más poliéteres termoplásticos y/o resinas epoxi termoplásticas en el material espumable. Cuando se incluyen, el uno o más poliéteres termoplásticos comprenden de manera preferente entre aproximadamente 1 % y aproximadamente 90 % en peso del material espumable, de manera más preferente entre aproximadamente 3 % y aproximadamente 60 % en peso del material espumable y de manera aún más preferente entre aproximadamente 4 % y aproximadamente 25 % del material espumable. Como con los otros materiales, sin embargo, se pueden emplear más o menos de poliéter termoplástico dependiendo del uso propuesto del material espumable.
Los poliéteres termoplásticos incluyen típicamente porciones hidroxilo colgantes. Los poliéteres termoplásticos también pueden incluir unidades repetitivas de éter/amina aromáticas en sus estructuras. Los poliéteres termoplásticos de la presente invención tienen de manera preferente un índice de fusión de entre aproximadamente 5 y aproximadamente 100, de manera más preferente entre aproximadamente 25 y aproximadamente 75 y de manera aún más preferente entre aproximadamente 40 y aproximadamente 60 gramos por 10 minutos para muestras que pesan 2.16 kg a una temperatura de aproximadamente 190°C. Por supuesto, los poliéteres termoplásticos pueden tener mayores o menores índices de fusión dependiendo de su aplicación propuesta. Los poliéteres termoplásticos preferidos incluyen, sin limitación, poliéter amidas, poli (amino-éteres) , copolímeros de monoetanolamina y diglicidil-éter, combinaciones de estos o similares. De manera preferente, los poliéteres termoplásticos se forman al hacer reaccionar una amina con una funcionalidad promedio de dos o menos (por ejemplo, una amina difuncional) con un diglicidil—éter (por ejemplo, un diglicidil-éter) . Como se usa en la presente, el término amina difuncional se refiere a una amina con un promedio de dos grupos reactivos (por ejemplo, hidrógenos reactivos) .
De acuerdo con una modalidad, el poliéter termoplástico se forma al hacer reaccionar una amina primaria, una diamina bis ( secundaria) , una diamina cíclica, una combinación de las mismas o similares (por ejemplo, monoetanolamina) con un diglicidil-éter o al hacer reaccionar una amina con un poli (óxido de alquileno) con grupos funcionales epoxi para formar un poli (amino-éter) . De acuerdo con otra modalidad, el poliéter termoplástico se prepara al hacer reaccionar una amina difuncional con un diglicidil-éter o un poli (óxido de alquileno) con grupos funcionales diepoxi bajo condiciones suficientes para hacer que las porciones de amina reaccionen con las porciones epoxi para formar una estructura de polímero que tiene enlaces de amina, enlaces de éter y porciones hidroxilo colgantes. Opcionalmente , el polímero se puede tratar con un nucleofilo monofuncional que puede o no ser una amina primaria o secundaria.
Adicionalmente , se contempla que las aminas (por ejemplo, amina cíclica) con un grupo reactivo (por ejemplo, un hidrógeno reactivo) se pueden emplear para formar el poliéter termoplástico . De manera ventajosa, estas aminas pueden ayudar a controlar el peso molecular del éster termoplástico formado.
Los ejemplos de poliéteres termoplásticos preferidos y sus métodos de formación se describen en las Patentes de los Estados Unidos Nos. 5,275,853; 5,464,924 y 5,962,093. De manera ventajosa, los poliéteres termoplásticos pueden proporcionar el material espumable con varias características deseables tal como propiedades físicas y químicas deseables para una amplia variedad de aplicaciones como se describe adicionalmente en la presente.
Aunque no se requiere, la formulación puede incluir uno o más polímeros o copolímeros de etileno tal como acrilato de etileno, copolímeros y copolímeros de acetato de etileno. El metacrilato de etileno y etileno-acetato de vinilo son dos copolímeros de etileno preferidos.
También puede ser deseable incluir una resina de poliéter reactiva que se modifique con uno o más grupos reactivos tal como metacrilato de glicidilo o anhídrido maleico. Los ejemplos de estas resinas de polietileno se venden bajo el nombre comercial LOTADERMR (por ejemplo LOTADER AX 8900) y están comercialmente disponibles de Arkema Group.
Uno o más agentes de soplado pueden usarse para hacer que el material se espume al producir gases inertes que forman, como se desea, una estructura celular abierta y/o cerrada del material espumado.
El agente de soplado puede incluir uno o más grupos que contienen nitrógeno tal como amidas, aminas y similares. Los ejemplos de agentes de soplado adecuados incluyen azodicarbodamida, dinitrosopentametilentetramina, azodicarbonamida, initrosopentametilentetramina, 4,4i-oxi-bis- (bencenosulfonilhidrazida) , trihidrazinotirazina y N,N-dimetil-N, i-dinitrosotereftalamida . También se puede proporcionar un acelerador para los agentes de soplado. Se pueden usar varios aceleradores para incrementar la velocidad a la cual los agentes de soplado forman gases inertes. Un acelerador preferido de agente de soplado es una sal metálica, tal como un óxido, por ejemplo, óxido de zinc. Otros aceleradores preferidos incluyen tiazoles o imidazoles modificados o no modificados. Las cantidades de agentes de soplado y aceleradores de agente de soplado que se deben usar pueden variar ampliamente dependiendo del tipo de estructura celular deseada, la cantidad deseada de expansión, la velocidad deseada de expansión y similares. Los intervalos de ejemplo para las cantidades de agentes de soplado y aceleradores de agentes de soplado en el material activable varían desde aproximadamente 0.001 % en peso a aproximadamente 5 % en peso.
El material espumable también puede incluir uno o más agentes de relleno, incluyendo pero no limitado a materiales en partícula (por ejemplo polvo) , cuentas, microesferas tal como Zeospheres disponibles de Zeelan Industries, o similares. De manera preferente, el agente de relleno incluye un material que en general no es reactivo con los otros componentes presentes en el material activable. En tanto que los agentes de relleno pueden estar en general presentes para tomar espacio a un peso relativamente bajo, se contempla que los agentes de relleno también puedan impartir propiedades tal como resistencia y resistencia al impacto.
Los ejemplos de agentes de relleno que se pueden usar incluyen sílice, tierra diatomácea, vidrio, arcilla (por ejemplo, incluyendo arcilla nanométrica) , talco, pigmentos, colorantes, cuentas o burbujas de vidrio, vidrio, fibras de carbono o cerámicas, fibras de nilón o poliamida (por ejemplo Kevlar) , antioxidantes, y similares. Estos agentes de relleno, particularmente arcillas, pueden ayudar a nivelar por sí mismas durante el flujo del material espumable. Las arcillas que se pueden usar como agentes de relleno pueden incluir arcillas de los grupos de caolinita, ilinita, cloritem, esmecitita o sepiolita, que se pueden calcinar. Los ejemplos de agentes de relleno adecuados incluyen, sin limitación, talco, vermiculita, pirofilita, sauconita, saponita, nontronita, montmorillonita o mezclas de los mismos. Las arcillas también pueden incluir cantidades menores de otros ingredientes tal como carbonatos, feldespatos, micas y cuarzo. Los agentes de relleno también pueden incluir cloruros de amonio tal como cloruro de dimetil-amonio y cloruro de dimetil-bencil-amonio . También se puede emplear dióxido de titanio.
En una modalidad preferida, como agentes de relleno se pueden usar uno o más agentes de relleno del tipo mineral o piedra tal como carbonato de calcio, carbonato de sodio o similares. En otra modalidad preferida, los materiales de silicato tal como sílice se pueden usar como agentes de relleno .
Cuando se emplean, los agentes de relleno pueden variar desde 10 % o menos a 90 % o más en peso del material espumable, pero más típico de aproximadamente 20 a 55 % en peso del material espumable. De acuerdo con algunas modalidades, el material espumable puede incluir de aproximadamente 0 % a aproximadamente 3 % en peso, de manera más preferente ligeramente menos de 1 % en peso de arcillas o agentes de relleno similares. El agente de relleno tipo mineral en polvo (por ejemplo de aproximadamente 0.01 a aproximadamente 50, de manera más preferente de aproximadamente 1 a 25 micrones de diámetro medio de partícula) pueden comprender entre aproximadamente 5 % y 70 % en peso, de manera más preferente de aproximadamente 10 % a aproximadamente 50 % en peso.
Otros aditivos, agentes o modificadores de desempeño se pueden incluir en el material espumable como se desee, pero no incluido a un antioxidante, un agente resistente a UV, un retardante a la flama, un modificador de impacto, un estabilizador térmico, un colorante, una ayuda de procesamiento, un lubricante, un refuerzo (por- ejemplo, vidrio triturado o continuo, cerámica, aramida, o fibra de carbono, partículas o similares) . Se pueden usar polisulfuros líquidos mará mejorar la exposición ambiental tal como exposición a humedad y agua salina.
En una modalidad preferida, el material espumable contiene un material promotor de adhesión tal como una resina de petróleo o un adhesivo de éster de colofonia sintético o que se presenta de forma natural. El uso de estos materiales puede mejorar la adhesión del material espumable a la espuma y también pueden mejorar la adhesión del material espumado a las paredes de la cavidad. Se prefiere incluir de 0.5 a 10 % en peso de este material promotor de adhesión.
Cuando se determinan los componentes apropiados para el material espumable, puede ser importante formular el material de modo que espumará en tiempos o temperaturas apropiadas. Por ejemplo, en algunas aplicaciones, es indeseable que el material sea reactivo a temperatura ambiente o de otro modo a la temperatura ambiente en un ambiente de producción. Más típicamente, el material fluye y espuma a temperaturas mayores de procesamiento. Como un ejemplo, las temperaturas tal como aquellas encontradas en una planta de montaje automotriz pueden ser apropiadas, especialmente cuando el material espumable se procese junto con los otros componentes a temperaturas elevadas o a mayores niveles aplicados de energía, por ejemplo, durante pasos de preparación de pintura.
La cantidad de material espumable empleada se determinará por el tamaño de la cavidad en la que se va a proporcionar la espuma y el grado deseado de expansión. Sin embargo, para la mayoría de los vehículos, se ha encontrado que una estructura laminar que contiene una mayor material espumable de 1.5 mm a 10 mm de grueso es apropiada particularmente para la producción de unas espuma amortiguadora de vibración y/o de absorción acústica.
La presente invención se puede usar en cavidades en armazones automotrices y en asientos para el refuerzo estructural de secciones huecas en automóviles u otros sistemas de transporte tal como camiones, autobuses, vehículos de ferrocarril y aeronaves. Aquí, el material espumable en general es una capa de termoendurecimiento, de refuerzo, rígida, tal como una resina epoxi espumable o un poliuretano espumable que puede ser un poliuretano en bloque. En este caso, el material espumable sirve para dos funciones principales, se expandirá a través del espacio entre la hoja fina del interior de la sección hueca y se unirá a algo o todas las paredes interiores de la sección hueca. Por lo tanto, la activación permite que el material espumable se expanda y rellene una separación entre la hoja fina y una estructura hueca se diseña para reforzar y unirse a las superficies internas seleccionadas de la estructura hueca. Por consiguiente, el material espumable debe expandirse a la temperatura deseada y ser suficientemente adhesivo para unirse firmemente al miembro de refuerzo dentro de la estructura del vehículo. En esta modalidad, una vez que se ha espumado, debe ser suficientemente rígida de modo que no contribuya a ninguna debilidad al efecto total de refuerzo proporcionado .
Breve Descripción de las Figuras
La invención se ilustra pero no se limita de ningún modo por referencia a las figuras anexas en las cuales:
La Figura 1 es una vista en perspectiva de una estructura laminar de la invención.
i
La Figura 2 es una vista terminal de la estructura mostrada en la Figura 1.
La Figura 3 es una vista superior de la estructura mostrada en la Figura 1.
La Figura 4 muestra un primer estampado metálico que define la cavidad, provisto con una estructura laminar de la invención.
La Figura 5 muestra la cavidad mostrada en la
Figura 4 completada por la presencia de un segundo estampado metálico que define la cavidad.
La Figura 6 muestra la cavidad rellena con espuma producida por la espumacion del material espumable.
La Figura 7 muestra una estructura laminar de unas forma diferente.
La Figura 8 es una vista en sección transversal de la estructura mostrada en la Figura 7.
La Figura 9 muestra diferente formas de salientes que se pueden proporcionar en un miembro definidor de cavidad para recibir la estructura laminar.
La Figura 10 muestra una forma alterna de la saliente que se puede formar durante la producción del miembro definidor de cavidad.
La Figura 11 muestra un soporte provisto con salientes que se pueden unir a la superficie interior del miembro definidor de cavidad.
La Figura 12 muestra una pinza con salientes integralmente moldeadas .
La Figura 13 muestra una estructura laminar de la invención colocada con un miembro definidor de cavidad.
La Figura 14 es una sección a través de B-B de la
Figura 13.
La Figura 15 es una vista frontal de la cavidad que contiene la estructura laminar mostrada en la Figura 13.
La Figura 16 muestra un método alternativo para montar una estructura laminar en un miembro formador de cavidad .
La Figura 17 muestra una diferente estructura laminar formada unida a un miembro formador de cavidad.
La Figura 18 es una vista isométrica de la construcción mostrada en la Figura 17.
La Figura 19 es la vista frontal de la construcción de la Figura 18 con la cavidad terminada.
La Figura 20 muestra una estructura laminar con material espumable en ambos lados de la hoja fina.
La Figura 21 muestra una estructura laminar con material espumable en un lado de la hoja fina.
Descripción Detallada de la Invención
La Figura 1 muestra una estructura laminar de la invención que comprende una hoja fina (1) circundada por material espumable (2) y provista con agujeros (3) y (4) que pasan a través de la estructura para permitir que la estructura se una a salientes provistas en un miembro definidor de cavidad. La Figura 2 es una vista terminal de la estructura de la Figura 1 y la Figura 3 es una vista superior de la estructura.
La Figura 4 muestra una estructura laminar (5) tal como aquella mostrada en la Figura 1 unida a salientes (6) y (7) formadas en un miembro (8) formador de cavidad. La estructura laminar se mantiene en su lugar debido a la fricción entre las salientes (6) y (7) y la hoja fina (1) (no mostrada en la Figura 4) de la estructura laminar. La Figura 5 muestra la cavidad que se termina por el segundo miembro (9) formador de cavidad y la Figura 6 muestra la cavidad rellena con espuma (10) debido a la expansión del material espumable (2) de la estructura laminar (5) .
La Figura 7 es una vista superior de una forma alterna de la estructura laminar (11) provista con agujeros (12) y (13) para la unión a salientes provistas en una cavidad. La Figura 8 es una vista en sección transversal de la estructura mostrada en la Figura 7 con el material espumable (14) entre dos hojas finas (15) y (16) .
La Figura 9 muestra cinco diferentes formas de las salientes (17) , (18) , (19) , (20) y (21) que se pueden proporcionar en el miembro formador de cavidad para la retención de la estructura laminar. La saliente se puede soldar al miembro formador de cavidad o se puede formar durante la formación de estampado de miembros .
La Figura 10 muestra cómo se puede formar una saliente (22) al romper y flexionar el metal durante la producción de un miembro (23) formador de cavidad. La Figura 11 muestra un soporte que comprende una extremidad (24) que se puede soldar al miembro formador de cavidad y una extremidad (25) en la cual se forman dos salOientes (26) y (27) para la unión a la estructura laminar de la invención.
La Figura 12 muestra una pinza moldeada (28) provista con brazos (29) y (30) que pueden pasar a través de un agujero en un miembro formador de cavidad y también provista con salientes (31) y (32) para la recepción de una estructura laminar de la invención. Las modalidades mostradas en las Figuras 11 y 12 se pueden usar para retener la estructura laminar mostrada en la Figura 7 al colocar los agujeros (12) y (13) sobre las salientes (26) y (27) o (31) y (32) .
La Figura 13 es la vista de fondo del miembro (33) formador de cavidad que contiene una estructura laminar (34) de la presente invención provista con agujeros (35) y (36) para la retención por salientes en el miembro formador de cavidad (no mostrado en la Figura 13) .
La Figura 14 es una vista en sección a través de B-B de la Figura 13 que muestra la hoja (37) y el material espumable (38) de la estructura laminar (34) y que también muestra las salientes (39) y (40) formadas en el miembro formador de cavidad para la retención de la estructura laminar (34 ) .
La Figura 15 es una vista frontal de la cavidad formada al proporcionar un segundo miembro (41) formador de cavidad al primer miembro formador de cavidad mostrado en la Figura 13.
La Figura 16 muestra cómo una estructura laminar similar a la estructura (34) se puede unir a salientes (42) y (43) que están integrales con el miembro (33) formador de cavidad y se forma durante su estampado.
La Figura 17 es una vista del lado inferior de una estructura laminar (44) similar a aquella mostrada en la Figura 7 excepto que la hoja fina se proporciona con cuatro agujeros de retención. La hoja fina se une a dos soportes (45) y (46) tal como se muestra en la Figura 11, las salientes (26) y (27) no se muestran puesto que están dentro de la estructura laminar. Los soportes se sueldan al miembro (47) formador de cavidad.
La Figura 18 es una vista del lado superior de la estructura mostrada en la Figura 17 que muestra los cuatro agujeros (48), (49), (50) y (51) en los cuales se ajustan las dos salientes de cada soporte.
La Figura 19 es una vista frontal de la construcción mostrada en la Figura 18 con la cavidad que se ha completado por la adición del segundo miembro (52) formador de cavidad y que muestra las cabezas de las salientes de los soportes (53) , (54) , (55) y (56) .
La Figura 20 muestra cómo se puede retener una estructura laminar tal como aquella mostrada en la Figura 1 en su lugar dentro de un miembro (52) formador de cavidad con la condición que la hoja fina (1) sea un ajuste estrecho alrededor de las salientes (58) y (59) . La Figura 21 es similar a la Figura 20 que muestra que el material espumable (2) se puede unir a sólo un lado de la hoja fina (1) y que no es esencial que el material espumable (2) haga contacto con las salientes (58) y (59) que proporcione un ajuste suficientemente estrecho entre la hoja fina (1) y las salientes .
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (15)
1. Una estructura laminar, caracterizada porque comprende una hoja fina que tiene un material espumable y está provista con uno o más agujeros por lo que la hoja fina se adapta para permitir que se una dentro de una cavidad de un vehículo por acoplamiento de los agujeros con dispositivos colocadores provistos dentro de la cavidad.
2. Una estructura laminar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende dos o más agujeros formados en la hoja fina.
3. Una estructura laminar de hoja fina de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque los agujeros pasan a través del material espumable.
4. Una estructura laminar de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el material espumable se une a ambos lados de la hoja fina.
5. Una estructura laminar de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la hoja fina es de un metal, tal como una hoja fina de aluminio o acero tal como laminillas; o un plástico tal como poliéster tal como polietilen-tereftalato, poliamida o poliolefina .
6. Una estructura laminar de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la hoja fina es de un espesor en el intervalo de 0.005 mm a 1.5 mm .
7. Una estructura laminar de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el material espumable tiene una capacidad de expansión de 100 % a 3000 %.
8. Una estructura laminar de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el material espumable contiene una resina promotora de adhesión.
9. El uso de una estructura laminar de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la provisión de aislamiento acústico dentro de cavidades automotrices .
10. Un proceso para proporcionar una espuma dentro de una cavidad, caracterizado porque comprende proporcionar un primer miembro formador de cavidad con un medio de retención en la superficie definidora de cavidad, fijar una hoja fina que tiene un material espumable en el medio de retención, unir un segundo miembro formador de cavidad al primer miembro formador de cavidad y hacer que espume el material espumable.
11. Un proceso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el medio de retención comprende una o más salientes formadas durante la manufactura del primer miembro formador de cavidad.
12. Un proceso de conformidad con la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque las salientes son pernos soldados en el miembro formador de cavidad.
13. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque se proporcionan dos medios de retención y la hoja fina hace puente con los dos medios de retención y se mantiene en su lugar por los dos medios de retención.
14. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque el material espumable contiene un material promotor de adhesión.
15. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque la espumación toma lugar en un horno de revestimiento anticorrosión.
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