WO2009071347A1 - Method for reinforcing, damping, attenuating and/or sealing hollow components - Google Patents

Method for reinforcing, damping, attenuating and/or sealing hollow components Download PDF

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WO2009071347A1
WO2009071347A1 PCT/EP2008/059430 EP2008059430W WO2009071347A1 WO 2009071347 A1 WO2009071347 A1 WO 2009071347A1 EP 2008059430 W EP2008059430 W EP 2008059430W WO 2009071347 A1 WO2009071347 A1 WO 2009071347A1
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WO
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thermally expandable
expandable material
balls
reinforcing
inert
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/059430
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German (de)
French (fr)
Inventor
Helmut Endres
Karl Wesch
Original Assignee
Henkel Ag & Co. Kgaa
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/02Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C44/12Incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or reinforcements
    • B29C44/18Filling preformed cavities
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C44/34Auxiliary operations
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    • B29C44/38Feeding the material to be shaped into a closed space, i.e. to make articles of definite length
    • B29C44/44Feeding the material to be shaped into a closed space, i.e. to make articles of definite length in solid form
    • B29C44/445Feeding the material to be shaped into a closed space, i.e. to make articles of definite length in solid form in the form of expandable granules, particles or beads

Definitions

  • the invention relates to a method for structural reinforcement or reinforcement, insulation, damping and / or sealing of hollow components such as parts of vehicles, aircraft, ships or engineering structures such as architectural parts, beams, bridges and the like.
  • US-A-4,978,562 describes a specifically lightweight, reinforcing door beam made of a composite material consisting of a metal tube partially filled by a specific light weight polymer having a cellular structure. It is proposed to mix curable resins based on epoxy resins, vinyl ester resins, unsaturated polyester resins and polyurethane resins with the corresponding hardeners, fillers and cell-forming agents in an extruder, hardening this mixture into a core and so insert into the metal tube that the core through Frictional forces or mechanically fixed in the pipe. Alternatively, you can the polymer core of liquid or pasty polymeric material are prepared by casting and pressed into the tube.
  • US-A-4,861,097 and US-A-4,901,500 specifically describe lightweight composite beams of foamed polymers and metallic structures for reinforcing vehicle doors.
  • the polymeric core part is first formed by producing a liquid or pasty reinforcing material, which is then injected or poured into a channel-like structure and then cured. Thereafter, this hardened core part is introduced into the metallic hollow body structure.
  • the core may be preformed or molded by injection molding and then inserted into the cavity.
  • EP 1064188 A1 discloses a method for producing a hollow profile with internal stiffening, in particular for use in automobile bodies, in which a solid core material is coated with activatable material and an outer metal sheet is arranged to form a defined cavity. In this case, the cavity is completely filled by the foaming process of the activatable material.
  • the solid core material is formed from a foamed or unfoamed metallic material or from a reinforced with metal fibers, carbon fibers or glass fibers synthetic material or by a hollow profile and the profile is supplied before the foaming of the activatable material an anticorrosion dip, wherein the corrosion inhibitor in all areas of the inner profile arrives.
  • the hollow profile is fed to a drying oven and triggered in the drying oven, a reaction of the activatable material, whereby the defined predetermined cavity between the activatable material and the outer panel is filled.
  • EP 383 498 describes carrierless, foamable moldings for insertion in vehicle cavities and subsequent foaming.
  • the molded parts can be produced by extrusion, with their cross section being adapted to the cross section of the cavity to be filled.
  • preforms are preformed, which are adapted to the cross section of the hollow profile to be reinforced. These are attached during assembly of the hollow profile to one of the two half-shells, which form the cavity.
  • the production of the preformed parts takes place either in an injection molding or an extrusion process, wherein the contour of the parts is predetermined by the injection mold or the extrusion die.
  • the inventors have set themselves the task of providing a method for reinforcement, insulation, damping and / or sealing of hollow components available, in which it is not necessary, reinforcing elements in prefabricated form or with a to produce the respective hollow component adapted cross-section. Furthermore, the required amount of thermally expandable material should be kept as low as possible.
  • the present invention relates, in a first aspect, to a method for reinforcing, damping, damping and / or sealing hollow components having inner boundary walls enclosing a cavity, using a thermally expanding material and inert reinforcement parts, characterized in that one or more inert ones reinforcement parts and thermally expandable material that is not fixedly connected to the inert reinforcing members, side by side so inserted into the cavity that the thermally expandable material between the reinforcing member (s) and the inner boundary walls is disposed, and the thermally expandable material by heating expanded to a temperature in the range of 130 to 220 0 C and cures if desired.
  • thermally expandable material instead of the term "thermally expandable material", the terms “thermally expandable material” or “reactive structural material” will also be used Preferably, this composition hardens during or after the thermal expansion.
  • “Inert reinforcing parts” are understood to mean parts of a material which does not significantly deform at temperatures of up to 220 ° C. Examples include parts made of ceramic (including glass ceramic) or of metals such as steel or, for weight reasons, aluminum in particular Reinforcing parts made of plastics suitable as "inert reinforcing parts", provided that the plastic meets the conditions mentioned.
  • An example of this is polyamide.
  • Parts made of ceramic or plastic, in particular polyamide may be reinforced with fibers. These can be selected, for example, from aramid fibers, carbon fibers, metal fibers-for example from aluminum, glass fibers, polyamide fibers, polyethylene fibers or polyester fibers.
  • the inert reinforcement parts have at least one inner cavity and / or consist of a foam structure. Preference is given to using those reinforcing parts which, with the inclusion of the cavities, have an apparent specific gravity in the range from 0.1 to 0.8, preferably in the range from 0.2 to 0.5, g / cm 3 .
  • thermally expandable material To reinforce the cavity of the hollow component after expansion of the thermally expandable material must be at least in one direction in a cross-sectional area of the hollow component completely filled with the expanded thermally expandable material and the reinforcing member or the reinforcing members be.
  • the size and number of reinforcing parts and the amount of thermally expandable material and the degree of expansion of the thermally expandable material must be coordinated accordingly.
  • thermally expandable material is in the form of parts in which a dimension corresponds to at least 90% of the length of that side of the inert filler part adjacent to which the part of thermally expandable material is placed.
  • these may have the form of cuboids, in particular of bars, plates, bands or strips.
  • the thermally expandable material is introduced as an arrangement of large and small balls, wherein the large balls have an average outer diameter in the range of 2 to 20 mm and the small balls are selected from first small balls and second small Spheres or a mixture thereof, wherein the first small balls have an average outer diameter which differs by not more than 20% of the diameter of a ball which fits exactly into a Tetreaderlücke a closest packing of the large balls and wherein the second small balls average outer diameter that deviates by no more than 20% from the diameter of a sphere that fits exactly into an octahedral gap of a closest packing of the large balls, and wherein either the large balls of a thermally expandable material and the small balls of a thermally inert Material exist, o that the small balls of a thermally expandable material and the large balls made of a thermally inert material, wherein the thermally expandable material is selected so that when heated from 20 0 C to a temperature in the range of 130 to 220 0 C.
  • thermally inert material is defined as a material that does not soften or melt at a temperature of not more than 230 0 C.
  • the concept of this embodiment of the present invention is based on the theoretical model of a densest sphere of large spheres known to contain so-called tetrahedral voids and so-called octahedral voids.
  • a tetrahedral gap is equally bounded by 4 spheres, an octahedral gap of 6 spheres.
  • a densest sphere packing contains just as many octahedral voids and twice as many tetrahedral voids as spheres.
  • the diameter of spheres that fit exactly into an octahedral or tetrahedral gap depends on the diameter of the spheres that make up the sphere packing through a simple geometric relationship.
  • the present invention leaves open whether preferably the large balls or preferably the small balls are made of a thermally expandable material.
  • the material for the thermally non-expandable balls can be chosen to be cheaper than the thermally expandable material, it is preferred for cost reasons that the large balls be made of a thermally inert and the small balls of a thermally expandable material consist.
  • the number of large and small balls is in each case not more than 50%, preferably not more than 30% and in particular not more than 20% deviates from at least one of the following conditions:
  • the arrangement contains twice as many first small balls as large balls, b) the arrangement contains as many second small balls as large balls.
  • the composition of the array of large and small spheres does not deviate by more than 50%, preferably not more than 30%, and in particular not more than 20%, from the ideal condition that the assembly comprises both twice as many first small spheres as also contains as many second small balls as big balls.
  • the number of large and small balls that are used to make the arrangement can be determined not only by direct counting, but in known mass of the individual balls by weighing.
  • the thermally expandable material is introduced in the form of an array of balls selected from hollow spheres having an inner diameter in the range of 0.5 to 10 mm and a wall thickness in the range of 0.01 to 2 mm and from Balls of a foam having a diameter in the range of 0.5 to 12 mm, which is solid at a temperature below 220 ° C., the balls being coated on the outside with a thermally expandable material.
  • the balls are preferably coated with the thermally expandable material so that the thickness of the thermally expandable material is 10 to 50% of the outer diameter of the uncoated balls.
  • the coating thickness should be selected the greater the less the thermally expandable material expands when heated. Expansion rate and thickness of the thermally expandable material should be coordinated so that assuming a densest sphere packing, the gaps between the balls when foaming the thermally expandable material can be at least completely filled.
  • the arrangement of balls in practice will differ from the densest ball packing, so that the proportion of the volume of the spaces between the balls in the total volume of the arrangement of the balls is greater than in the theoretical limit of the densest ball packing, layer thickness and rate of expansion of the thermally expanding Baren material to be matched to one another so that at least 1, 2-fold, preferably at least 1.5 times, and in particular at least twice the void volume of a dense spherical packing can be filled during foaming.
  • balls is intended to encompass not only balls in the strict geometric sense, but generally ball-like structures such as, for example, drawn or compressed balls, egg-shaped structures or spherical structures with a bulged or dented surface.
  • ball-like structures such as, for example, drawn or compressed balls, egg-shaped structures or spherical structures with a bulged or dented surface.
  • Kugei-shaped structures of metal foam or ceramic, such as expanded clay generally do not have the shape of an exact geometrical sphere , which are summarized here by the term “balls”, have a longest and a shortest diameter, which do not differ by more than 20%.
  • this formulation should take into account the fact that deviations in diameter may occur in the production of the approximately spherical bodies For example, it may be possible that the actual diameters of the individual balls can deviate by up to 20% from the mean value.
  • An “arrangement of balls” is understood to mean a three-dimensional arrangement of 10 or more balls, with at least 90% of the balls touching three or more adjacent balls, for example a ball of balls in a container with fixed or yielding limitations
  • it can be an arrangement of balls in a hollow component to be reinforced, the balls being held together by the inner walls of the hollow component and boundary surfaces of the inert reinforcement parts.
  • a hose filled with balls or a bag filled with balls for example a plastic bag.
  • these spheres may constitute hollow spheres and consist of a material which is selected from glass, ceramic, metal or of a plastic that does not deform significantly upon heating to a temperature up to 220 0 C.
  • polyamide is suitable for this purpose.
  • these balls can also consist of a foam.
  • this may be a metal foam, for reasons of weight, in particular of aluminum, magnesium or alloys which consist of at least 50 wt .-% of at least one of these metal.
  • the foam may also be a ceramic foam such as expanded clay.
  • the arrangement of balls should have the lowest possible specific gravity. Therefore, the material of the balls is preferably chosen so and in the case of hollow spheres their outer diameter and wall thickness coordinated so that a jarred arrangement of uncoated balls or balls of a non-thermally expandable material has a bulk density in the range of 0.1 to 0.8 , preferably 0.2 to 0.5 g / cm 3 .
  • the balls may be provided in the form of a loose fill in the space (s) provided between several inert reinforcement parts or between inert reinforcement parts and inner boundary parts. bring tioning walls of the cavity to be reinforced.
  • the ball fill can be generated by mechanically introducing the balls into the hollow component to be reinforced, for example, blowing in or dropping under the action of gravity.
  • the array of balls consists of a preselected amount located in a flexible container in the manner of a bag, the material of the container being chosen to be heated to a temperature in the range of 130 to 220 0 C softens or melts.
  • a cavity two or more such ball-filled bags are placed in the interstices to be filled.
  • Shape and size of the bag and the amount of balls are preferably matched to the shape and size of the space to be filled.
  • the bag may be in the form of a tube.
  • the ball-filled bag can be placed, for example, in a prefabricated, but at least one end open hollow component in or put into it. In the simplest case, it fixes itself by frictional forces in the cavity itself. However, holding elements such as projections or pins can also be provided in the cavity on which the ball-filled bag can be placed.
  • the ball-filled small bag can be attached to one of the half-shell inner walls before the two half-shells are connected. This can be done by hooking the bag into an intended mechanical fastener such as a hook or by means of a clip in a hole or by sticking the bag to the wall of a half-shell.
  • the material of the bag should soften at the expansion temperature at least so far that the expansion of the thermally expandable mass is not hindered.
  • thermally expandable material is introduced as granules into at least one space between the reinforcing part (s) and the inner boundary walls of the cavity.
  • thermally expandable material is introduced as a pumpable mass in at least one space between the (the) reinforcing member (s) and the inner boundary walls of the cavity.
  • the inert material can be chosen cheaper than the thermally expandable material, it is preferred that the cavity to be reinforced as far as possible is filled by the inert material. Therefore one agrees preferential wise size and number of reinforcing parts and the amount of thermally expandable material and the degree of expansion of the thermally expandable material from each other so that the volume of the cavity, which is filled by the expanded thermally expandable material and the reinforcing member or the reinforcing members, at least 50, preferably at least 70% by volume is filled by the reinforcing member or the reinforcing members.
  • both the reinforcing members and the pieces of thermally expandable material or bags containing balls of thermally expandable material may be shaped differently.
  • the reinforcing members may be round or polyhedral closed or partially open hollow bodies or tubulars of round or polygonal cross-section. If the reinforcing members are made of a foam structure, they may be round or polyhedral bodies or columns of round or polygonal cross-section.
  • both the reinforcing members and the pieces of thermally expandable material are elongate, i. H. have a longitudinal axis which is at least 1.5 times as long as the next shorter axis.
  • reinforcing members and pieces of thermally expandable material may be used whose longest axis is at least 5 times as long as the next shorter axis.
  • the thermally expandable material is introduced in one of the other ways described: In this case, it is ensured that the corresponding elongated spaces between inert reinforcement part and inner boundary wall of the cavity to be reinforced are filled. For example, this can be done by introducing the thermally expandable material into correspondingly shaped bags in the interstices.
  • the inert molded part preferably has projecting walls or ribs which point in the direction of the inner walls of the cavity and laterally delimit the intermediate space to be filled with the thermally expandable material. This allows the thermally expandable material better on the To fill in the space provided. At the same time, these walls or ribs inhibit lateral expansion of the thermally expandable mass as it expands so that this mass is preferably trapped between the inert reinforcement member and interior walls of the cavity.
  • Figures 1 and 2 show this schematically.
  • the thermally expandable and preferably curable material is preferably selected so that it expands upon heating of 20 0 C to a temperature in the range of 130 to 220 0 C by 5 to 200%, preferably by 10 to 100%.
  • Such materials are known in the art and are described below by way of example.
  • the expandable mass contains at least the following components: a) at least one reactive prepolymer, b) at least one (chemical or physical) latent blowing agent.
  • the mass may additionally contain: c) at least one latent hardener for the reactive prepolymer.
  • “latent” means that the desired reaction of the respective component does not occur below 80 ° C., but in the temperature range from 130 to 220 ° C.
  • the thermally expandable composition contains at least: a) a resin which crosslinks with itself or with other constituents of the composition (for example an optionally added hardener) at temperatures in the range from 130 to 220 ° C. (also referred to below as "binder"), b) a blowing agent which reacts at a temperature in the range of 130 to 220 0 C under increase in volume or evolution of gas and thereby increases the volume of the mass at least in the extent specified above.
  • a resin which crosslinks with itself or with other constituents of the composition (for example an optionally added hardener) at temperatures in the range from 130 to 220 ° C. (also referred to below as "binder")
  • a blowing agent which reacts at a temperature in the range of 130 to 220 0 C under increase in volume or evolution of gas and thereby increases the volume of the mass at least in the extent specified above.
  • the compositions for the thermally curable structural material additionally contain fibers based on aramide fibers, carbon fibers, metal fibers - for example aluminum, glass fibers, polyamide fibers, polyethylene fibers or polyester fibers, these fibers preferably being pulp fibers or staple fibers have a fiber length between 0.5 and 6 mm and a diameter of 5 to 20 microns.
  • fibers based on aramide fibers, carbon fibers, metal fibers - for example aluminum, glass fibers, polyamide fibers, polyethylene fibers or polyester fibers these fibers preferably being pulp fibers or staple fibers have a fiber length between 0.5 and 6 mm and a diameter of 5 to 20 microns.
  • Particularly preferred are polyamide fibers of the type of aramid fiber or polyester fibers.
  • thermally expandable composition also referred to below as "structural material”.
  • the curable resin a) may for example be selected from: polyurethanes with free or blocked isocyanate groups, unsaturated polyester / styrene systems, polyester / polyol mixtures, polymercaptans, siloxane-functional reactive resins or rubbers, benzoxazine-based resins and resins based on of reactive epoxide groups.
  • polymeric base binders for the thermally expandable structural material are, for example, ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA), copolymers of ethylene with (meth) acrylate esters, which may also contain copolymerized (meth) acrylic acid in copolymerized form, random or block copolymers of styrene with butadiene or isoprene or their hydrogenation products, the latter also being able to be triblock copolymers of the SBS, SIS or their hydrogenation products SEBS or SEPS
  • the binders may also contain crosslinkers, adhesion promoters, tackifiers, plasticizers and other auxiliaries and additives such as B. low molecular weight oligomers.
  • epoxy resins are a variety of polyepoxides having at least 2 1, 2-epoxy groups per molecule.
  • the epoxide equivalent of these polyepoxides may vary between 150 and 50,000, preferably between 170 and 5,000.
  • the polyepoxides may in principle be saturated, unsaturated, cyclic or acyclic, aliphatic, alicyclic, aromatic or heterocyclic polyepoxide compounds.
  • suitable polyepoxides include the polyglycidyl ethers prepared by reaction of epichlorohydrin or epibromohydrin with a polyphenol in the presence of alkali.
  • Suitable polyphenols for this purpose are, for example, resorcinol, pyrocatechol, hydroquinone, bisphenol A (bis (4-hydroxy-phenyl) -2,2-propane)), bisphenol F (bis (4-hydroxyphenyl) methane), bis (4 -hydroxy-phenyl) -1,1-isobutane, 4,4'-dihydroxybenzophenone, bis (4-hydroxyphenyl) -1,1-ethane, 1,5-hydroxy-naphthalene.
  • Other suitable polyphenols as a basis for the polyglycidyl ethers are the known condensation products of phenol and formaldehyde or acetaldehyde type of novolac resins.
  • polyepoxides are polyglycidyl esters of polycarboxylic acids, for example reactions of glycidol or epichlorohydrin with aliphatic or aromatic polycarboxylic acids such as oxalic acid, succinic acid, glutaric acid, terephthalic acid or dinner fatty acid.
  • epoxides are derived from the epoxidation products of olefinically unsaturated cycloaliphatic compounds or of native oils and fats.
  • the epoxy resins which are derived by reaction of bisphenol A or bisphenol F and epichlorohydrin, the liquid epoxy resins preferably being based on bisphenol A and having a sufficiently low molecular weight.
  • the room temperature liquid epoxy resins typically have an epoxide equivalent weight of 150 to about 480, more preferably an epoxide equivalent weight range of 182 to 350.
  • Flexibilizing agents which can be used are flexibilizing epoxy resins, such as the known adducts of carboxyl-terminated butadiene-acrylonitrile copolymers (CTBN) and liquid epoxy resins based on the diglycidyl ether of bisphenol A.
  • reaction products of Hycar CTBN 1300 X8, 1300 X13 or 1300 X15 from BF Goodrich with liquid epoxy resins are examples.
  • reaction products of amino-terminated polyalkylene glycols (Jeffamine) can be used with an excess of liquid polyepoxides.
  • reaction products of mercapto-functional prepolymers or liquid Thiokol polymers with an excess of polyepoxides are also possible.
  • reaction products of polymeric fatty acids in particular dimer fatty acid with epichlorohydrin, glycidol or in particular diglycidyl ether of bisphenol A (DGBA).
  • DGBA diglycidyl ether of bisphenol A
  • the reactive structural material may contain reactive diluents to set a desired viscosity for, for example, an extrusion process.
  • Reactive diluents for the purposes of this invention are epoxide-containing, low-viscosity substances (glycidyl ethers or glycidyl esters) having an aliphatic or aromatic structure. These reactive diluents serve on the one hand to reduce the viscosity of the binder system above the softening point, on the other hand they control the pre-gelation process by injection molding.
  • Typical examples of reactive diluents for use in accordance with the invention are mono-, di- or triglycidyl ethers of C 1 -C 4 -monoalcohols or alkylphenols and the monoglycidyl ethers of cashew nut shell oil, diglycidyl ethers of ethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, tetraethylene glycol, 1, 2-propylene glycols, 1, 4 Butylene glycols, 1, 5-pentanediol, 1, 6-hexanediol, cyclohexanedimethanol, triglycidyl ether of tri-methylolpropans and the glycidyl esters of Ce- to C 24 - carboxylic acids or mixtures thereof.
  • the curable structural material is preferably one-component and should be curable in the heat, it also contains a latent curing agent and / or additionally one or more accelerators.
  • thermally activatable or latent hardeners for an epoxy resin binder system guanidines, substituted guanidines, substituted ureas, melamine resins, guanamine derivatives, cyclic tertiary amines, aromatic amines and / or mixtures thereof can be used.
  • the hardeners may be involved in the curing reaction both stoichiometrically, but they may also be catalytically active.
  • substituted guanidines are methyl guanidine, dimethylguanidine, trimethylguanidine, tetramethylguanidine, methylisobiguanidine, dimethylisobiguanidine, tetramethylisobiguanidine, hexamethylisobiguanidine, hepamethylisobiguanidine and, in particular, cyanoguanidine (dicyandiamide).
  • suitable guanamine derivatives include alkylated benzoguanamine resins, benzoguanamine resins or methoxymethylethoxymethylbenzoguanamine.
  • thermosetting compositions the selection criterion is the low solubility of these substances at room temperature in the resin system, so that solid, finely ground hardeners are preferred, in particular dicyandiamide is suitable. This ensures good storage stability of the composition.
  • catalytically active substituted ureas can be used. These are in particular the p-chlorophenyl-N, N-dimethylurea (monuron), 3-phenyl-1, 1-di-methylurea (Fenuron) or 3,4-dichlorophenyl-N, N-dimethylurea (diuron).
  • catalytically active tertiary acrylic or alkyl amines such as, for example, the benzyldimethylamine, ths (dimethylamino) phenol, piperidine or piperidine derivatives, but these have in many cases a too high solubility in the binder system, so that here no useful storage stability of the one-component system is achieved.
  • various, preferably solid, imidazole derivatives can be used as catalytically active accelerators.
  • Representative examples include 2-ethyl-2-methylimidazole, N-butylimidazole, benzimidazole and N-C1 to C12 alkylimidazoles or N-arylimidazoles, Thazindehvate and imidazole / triazine compounds (eg C11-Z-azines). It is also possible to use combinations of hardener and accelerator in the form of so-called accelerated dicyandiamides in finely ground form. As a result, the separate addition of catalytically active accelerators to the epoxy curing system is sometimes unnecessary.
  • finely ground powdery curing accelerators based on adducts of amines with epoxy resins; these adducts have tertiary amino groups and epoxy groups.
  • These latent powdery accelerators can be used in combination with the aforementioned latent hardeners and / or accelerators.
  • the reactive and thermally expandable structural materials may contain at least one finely divided thermoplastic polymer powder.
  • These thermoplastic polymer powders may in principle be selected from a large number of finely divided polymer powders, examples being vinyl acetate homopolymer, vinyl acetate copolymer, ethylene vinyl acetate copolymer, vinyl chloride homopolymer (PVC) or copolymers of vinyl chloride with vinyl acetate and / or (meth) acrylates, Styrene homopolymers or copolymers, (meth) acrylate homo- or copolymers or polyvinyl butyral.
  • thermoplastic polymers contain functional groups such as carboxyl groups, carboxylic anhydride groups or imidazole groups and have a core / shell structure, the shell of these polymers having a low swelling behavior at room temperature compared to plasticizers or reactive diluents.
  • these core / shell polymers swell very rapidly and, upon cooling the extruded mass, immediately cause a tack-free surface of the expandable binder. destoff Anlagen.
  • These polymer powders should have an average particle size of less than 1 mm, preferably less than 350 ⁇ m and most preferably less than 100 ⁇ m.
  • the reactive structural material further contains per se known fillers such as the various milled or precipitated chalks, carbon black, calcium magnesium carbonates, barite and in particular silicatic fillers of the type of aluminum-magnesium-calcium silicate, z. B. wollastonite, chlorite.
  • fillers such as the various milled or precipitated chalks, carbon black, calcium magnesium carbonates, barite and in particular silicatic fillers of the type of aluminum-magnesium-calcium silicate, z. B. wollastonite, chlorite.
  • the thermally expandable, thermosetting structural material preferably contains, in addition to the aforementioned "normal" fillers, so-called light fillers which are selected from the group of hollow metal spheres, such as e.g. Hollow hollow spheres, glass hollow spheres, fly ash (Fillite), plastic hollow spheres based on phenolic resins, epoxy resins or polyesters, expanded hollow microspheres with wall material of (meth) acrylic acid ester copolymers, poly-styrene, styrene (meth) acrylate copolymers and in particular polyvinylidene chloride and copolymers of vinylidene chloride with acrylonitrile and / or (meth) acrylic esters, ceramic hollow spheres or organic light fillers of natural origin such as ground nutshells, for example the shells of cashew nuts, coconuts or peanut shells and cork powder or coke powder. Particular preference is given to such lightweight fillers based on hollow microspheres
  • blowing agents are in principle all known blowing agents such.
  • “chemical blowing agents” released by decomposition gases or “physical blowing agent” ie expanding hollow spheres.
  • the former blowing agents are azobisisobutyronitrile, azodicarbonamide, di-nitroso-pentamethylenetetramine, 4,4'-oxybis (benzenesulfonic acid) hydrazide, diphenylsulfone-3,3'-disulfonazole, benzene-1,3-disulfohydrazide, p-toluenesulfonyl semicarbazide , Especially
  • the expandable Kunststoffmikrohohlkugeln based on polyvinylidene chloride copolymers or acrylonitrile / (meth) acrylate copolymers are preferred, these are available for example under the name "Dualite®” or "Expancel®” from the companies Pierce & Stevens and Casco
  • the reactive structural materials common other auxiliaries and additives such.
  • plasticizers rheology aids, wetting agents, adhesion promoters, anti-aging agents, stabilizers and / or color pigments.
  • the structural material used In order to be able to fulfill the task of stiffening the space between the cavity profile and the inert reinforcement part after curing, it is expedient for the structural material used to have an E-modulus of at least 300 MPa. As known to those skilled in the art, this can be adjusted by the type and amount of hardeners and accelerators.
  • thermally curable structural materials are suitable which form ductile structural foams after curing and which are described in German patent application 102006050697.9, which has not been pre-published. These have a ductile behavior in the temperature range from -20 to +80 0 C, with essentially no lowering of the force level.
  • This allows for improved finite element analysis (FEA) calculations by providing a constant force level across the deformation range. This allows new applications, since under load a defined deformation of the structural foam takes place, instead of a brittle bursting of the foams at low deformations.
  • FEA finite element analysis
  • the corresponding curable structural material contains: at least one epoxy resin, at least one phenolic compound, at least one polyether amine, at least one blowing agent, at least one hardener and at least one filler.
  • epoxy resins are a variety of polyepoxides having at least 2 1, 2-epoxy groups per molecule and have been described in detail above.
  • the binder compositions may contain reactive diluents to adjust the flow behavior, as also described in more detail above.
  • Preferred phenolic compounds are solid at room temperature (ie, in a temperature range between 18 ° C. and 25 ° C., preferably 22 ° C.) and have a molecular weight (Mn) of between 2,800 and 9,000.
  • the phenolic compounds are difunctional with respect to the phenolic ones Groups, ie they have a content of phenolic hydroxyl groups between 1 400 and 2 500 mmol / kg.
  • all phenol compounds which fulfill the abovementioned criteria are suitable, but very particular preference is given to reaction products of difunctional epoxy compounds with bisphenol A in stoichiometric excess.
  • Preferred polyetheramines are amino-terminated polyalkylene glycols, in particular the difunctional amino-terminated polypropylene glycols, polyethylene glycols or copolymers of propylene glycol and ethylene glycol. These are also known under the name "Jeffamine” (trade name of Huntsman). Also suitable are the difunctional amino-terminated polyoxytetramethylene glycols, also called polyTHF.
  • the molecular weight range (Mn) of the preferably difunctional polyetheramines (based on the primary amino groups) is between 900 and 4,000, preferably between 1,500 and 2,500.
  • Suitable blowing agents are in principle all known blowing agents, as described in more detail above.
  • the hardeners used are thermally activatable or latent hardeners for the epoxy resin binder system, which have also been described in greater detail above.
  • thermoplastic copolymers as described in greater detail above.
  • these thermally curable compositions further contain per se known fillers such as the various milled or precipitated chalks, carbon black, calcium magnesium carbonates, barite and in particular silicatic fillers of the type of aluminum-magnesium-calcium silicate, z. B. wollastonite, chlorite.
  • fillers such as the various milled or precipitated chalks, carbon black, calcium magnesium carbonates, barite and in particular silicatic fillers of the type of aluminum-magnesium-calcium silicate, z. B. wollastonite, chlorite.
  • Preference is given to using mica-containing fillers, with very particular preference here being given to a so-called two-component filler of muscovite mica and quartz with a low heavy metal content.
  • the curable structural materials to be used according to the invention can be customary further auxiliaries and additives, such as, for example, As plasticizers, reactive diluents, rheology aids, wetting agents, adhesion promoters, anti-aging agents, stabilizers and / or color pigments.
  • As plasticizers reactive diluents
  • rheology aids wetting agents
  • adhesion promoters adhesion promoters
  • anti-aging agents anti-aging agents
  • stabilizers / or color pigments.
  • the proportions of the individual components can vary within relatively wide limits. Typical ranges for the essential components are:
  • Polyetheramine 0.5 to 15% by weight, preferably 2 to 10% by weight
  • Blowing agent 0.1 to 5 wt .-%
  • Hardener and accelerator 1 5 to 5 wt .-%
  • Mica-based filler 0 to 40% by weight, preferably 1 to 30% by weight Other fillers 5 to 20% by weight
  • Reactive diluents 0 to 15% by weight, preferably 0 to 10% by weight
  • Ethylene-vinyl acetate copolymer 0 to 10% by weight, preferably 1 to 10% by weight
  • compositions According to WO 00/37554, compositions
  • C) contain at least one epoxy resin.
  • compositions comprising:
  • reaction product preparable by reacting a carboxylic anhydride or dianhydride with a di- or polyamine and a polyphenol or aminophenol
  • those expandable materials are preferred which are compatible with the inner walls (eg made of steel or another metal or plastic) of the cavity structure to be reinforced and with the walls of the inert reinforcement. kungsmaschine can bond so that the impact forces can be introduced by the adhesion frictionally in the reinforcing structure optimally.
  • the thermally expandable material may already be formed into the desired pieces at the place of its manufacture, for example by casting into a suitable mold or by extrusion into a strand and cutting the extruded strand.
  • this has the disadvantage that the preformed pieces have to be packed, shipped and removed at the point of application of the package. Therefore, in one embodiment, it is preferable to proceed by extruding and shipping the thermally expandable material as a strand and cutting it into pieces of predetermined length only prior to insertion into the cavity at the point of use. For example, this can be done by rolling up the extruded strand into a roll, unwinding at the point of use and cutting into pieces of predetermined length.
  • the cut pieces can be gripped and inserted into the hollow component.
  • the reinforcing members of inert material are preferably provided at the point of use so that they can also be gripped by a robotic arm and inserted into the cavity.
  • thermally expandable material in spherical form that you can fill them in the bags described above, whose size and shape is matched to the spaces to be filled.
  • the reinforcing members and the pieces of thermally expandable material are disposed in the cavity such that a portion of a thermally expandable material comes to rest between the inner wall of the cavity and a reinforcing member.
  • a single inert reinforcement part can be used, which fills the cavity to be reinforced at least in a cross-sectional plane by more than 50% and which is at least approximately positioned in the middle of the cavity, while at least two, but preferably a plurality of pieces of thermally expandable material are introduced into the remaining space between inner walls of the cavity and the reinforcement part.
  • the bags corresponding to the above are classified, which contain the thermally expandable material. Or one brings this loosely into the corresponding spaces, to better limit the above-mentioned projecting walls or ribs on the inert reinforcement parts can be helpful.
  • the hollow component holding elements provided on soft the reinforcing member or the reinforcing members and the pieces of the bags or set up with a thermally expandable material or to which the reinforcing member or the reinforcing members and the pieces be ajar from a thermally expandable material.
  • Such holding elements may be, for example, nets, screens or preferably perforated plates.
  • Such holding elements can also serve to fix in a spherical or granular form or as a pumpable mass introduced thermally expandable material.
  • a preferred embodiment of the present invention may be provided to prefabricate the desired spatial arrangement of the parts of a thermally expanding material and the inert reinforcing parts and insert in the prefabricated state in the hollow profile to be reinforced.
  • prefabrication can be provided, for example, holding plates, in which the parts of the thermally expandable part and the inert reinforcing parts are inserted and fixed in the desired arrangement.
  • holding plates can also have the form of a lattice structure.
  • the retaining plates can be made of a material which can also serve as material for the reinforcing parts, as described above.
  • the holding plates fastening elements such as clips or glued or weldable flanges, so that the entire assembly of retaining plate and the parts of the thermally expanding material and the inert reinforcing parts are mounted on the one half shell during assembly of a hollow profile of two half-shells can before it is connected to the other half-shell.
  • fastening elements such as clips or glued or weldable flanges
  • an embodiment of the method according to the invention is that one arranges parts of thermally expandable material and inert reinforcing parts side by side on a holding device and uses this holding device with the arrangement of the parts of thermally expandable material and the inert reinforcing parts in the hollow component.
  • a corresponding arrangement of parts of a thermally expandable material and of inert reinforcing parts, which are fixed by a holding device relative to each other, also belongs to the scope of the present invention.
  • This flood gap ensures that the various process fluids with which the body shell is treated can wet all parts of the insides of the cavity walls.
  • the flood gap closes only during the thermal expansion of the thermally expandable and curable material, whereby the purpose of filling the reinforcement, insulation, damping and / or sealing of the hollow components is achieved.
  • the present invention relates to an article which contains at least one hollow component which has been stiffened, insulated, damped or sealed by the method according to the invention.
  • this item may be a land vehicle such as a rail vehicle. vehicle or a motor vehicle.
  • reinforced hollow components can also be installed in aircraft, ships, engineering structures such as architectural parts, carriers, bridge parts and the like.
  • This object may in particular be a vehicle which contains a hollow component equipped in this way.
  • hollow beams such as the A-, B- or C-pillar, sills or similar hollow components come into consideration.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section through a hollow component, such as one of the "pillars" of a motor vehicle.
  • This hollow member is created by connecting two half shells 1 a and 1 b to the flanges between them and includes a cavity 2 a.
  • a, also shown in cross section, inert reinforcing member 3 is used, which in turn surrounds a cavity 8.
  • the inert reinforcing member 3 has in this example a total of four projecting walls or ribs 4, each narrowing in pairs gaps 9, which are to receive the thermally expandable material.
  • the thermally expandable material is used as a compact piece 5 in the space 9 between the reinforcement part 3 and the inner walls of the half-shells 1 a and 1 b.
  • Fig. 2 shows two alternative embodiments, the thermally expandable mass as balls in the space 9 between reinforcement part 3 and the inner wall of a half-shell 1 a and 1 b to introduce.
  • a variant with approximately equal sized balls shown which consist of an inert core and a shell of thermally expandable material, as has been described in detail as an embodiment above.
  • these balls are enclosed in a bag 7, while they are introduced in the lower space 9 as a loose ball bed.

Landscapes

  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

The invention relates to reinforcing, insulating, attenuating and/or sealing hollow components, having internal limiting walls encasing a hollow space (2), using a thermally expanding material (5) and inert reinforcement parts (4), characterized in that one or more inert reinforcement parts and thermally expanding material that is not firmly connected to the inert reinforcement parts are incorporated next to each other into the hollow space such that the thermally expanding material is disposed between the reinforcement part(s) and the internal limiting walls and such that the thermally expanding material expands to a temperature in the range of 130 to 220°C by heating and cures, if desired. The invention further relates to an object comprising at least one hollow component, which has been stiffened, insulated, attenuated, or sealed according to such a method.

Description

„Verfahren zur Verstärkung, Dämmung, Dämpfung und/oder Abdichtung von Hohlbauteilen" "Method for reinforcement, insulation, damping and / or sealing of hollow components"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturversteifung bzw. zu Verstärkung, Dämmung, Dämpfung und/oder Abdichtung von Hohlbauteilen wie beispielsweise Teilen von Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder Ingenieurbauten wie Architekturteile, Träger, Brücken und ähnlichem.The invention relates to a method for structural reinforcement or reinforcement, insulation, damping and / or sealing of hollow components such as parts of vehicles, aircraft, ships or engineering structures such as architectural parts, beams, bridges and the like.
Seit vielen Jahren ist die Automobilindustrie bestrebt, verbesserte Fahrzeugstrukturen bereit zu stellen, die in der Lage sind, impuls- oder schlagartige Belastungen der Fahrgastzelle zu absorbieren oder abzulenken („deflect"). Hierzu wurden beispielsweise Strukturen verwendet, die den Rahmen, der die Fahrgastzelle umgibt, durch metallische Komponenten verstärken oder versteifen. Diese metallischen Komponenten erhöhen jedoch in nicht erwünschter Weise das Fahrzeuggewicht. Andere Lösungswege sehen Verstärkungsteile aus komplex geformten Bauteilen vor, die durch Schweißen oder durch mechanische Befestigungsmittel mit dem Fahrzeugrahmen verbunden werden.For many years, the automotive industry has endeavored to provide improved vehicle structures capable of absorbing or deflecting impulsive loads on the passenger compartment by, for example, using structures including the frame that houses the passenger compartment However, these metallic components undesirably increase the vehicle weight Other solutions provide for reinforcing members of complex shaped components which are joined to the vehicle frame by welding or by mechanical fasteners.
Die US-A-4,978,562 beschreibt einen spezifisch leichten, verstärkenden Türbalken aus einem Verbundmaterial bestehend aus einem Metallrohr, das teilweise durch ein spezifisch leichtes Polymer mit Zellstruktur gefüllt ist. Es wird vorgeschlagen, härtbare Harze auf der Basis von Epoxidharzen, Vinylesterharzen, ungesättigten Polyesterharzen und Polyurethanharzen mit den entsprechenden Härtern, Füllstoffen und zellbildenden Agenzien in einem Extruder zu mischen, diese Mischung zu einem Kern auszuhärten und so in das Metallrohr einzubringen, dass der Kern durch Reibungskräfte oder mechanisch in dem Rohr fixiert wird. Alternativ kann der Polymerkern aus flüssigem oder pastösem polymeren Material durch Gießen hergestellt werden und in das Rohr eingepresst werden.US-A-4,978,562 describes a specifically lightweight, reinforcing door beam made of a composite material consisting of a metal tube partially filled by a specific light weight polymer having a cellular structure. It is proposed to mix curable resins based on epoxy resins, vinyl ester resins, unsaturated polyester resins and polyurethane resins with the corresponding hardeners, fillers and cell-forming agents in an extruder, hardening this mixture into a core and so insert into the metal tube that the core through Frictional forces or mechanically fixed in the pipe. Alternatively, you can the polymer core of liquid or pasty polymeric material are prepared by casting and pressed into the tube.
In analoger Weise beschreiben die US-A-4,861 ,097 und US-A-4,901 ,500 spezifisch leichte Verbundbalken aus geschäumten Polymeren und metallischen Strukturen zur Verstärkung von Fahrzeugtüren. Nach dieser Lehre wird der polymere Kernteil zunächst durch Herstellen eines flüssigen oder pastösen Verstärkungsmaterials gebildet, das anschließend in eine kanalartige Struktur injiziert oder gegossen und anschließend ausgehärtet wird. Danach wird dieses ausgehärtete Kernteil in die metallische Hohlkörperstruktur eingebracht. Alternativ kann der Kern vorgeformt oder durch Spritzguss gegossen werden und anschließend in den Hohlraum eingelegt werden.Similarly, US-A-4,861,097 and US-A-4,901,500 specifically describe lightweight composite beams of foamed polymers and metallic structures for reinforcing vehicle doors. According to this teaching, the polymeric core part is first formed by producing a liquid or pasty reinforcing material, which is then injected or poured into a channel-like structure and then cured. Thereafter, this hardened core part is introduced into the metallic hollow body structure. Alternatively, the core may be preformed or molded by injection molding and then inserted into the cavity.
Die EP 1064188 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils mit Innenversteifung, insbesondere zur Verwendung bei Automobilkarossen, bei dem ein festes Kernmaterial mit aktivierbarem Material beschichtet und unter Bildung eines definierten Hohlraums ein Außenblech angeordnet ist. Dabei wird der Hohlraum durch den Schäumvorgang des aktivierbaren Materials voll ausgefüllt. Das feste Kernmaterial wird aus einem geschäumten oder ungeschäumten metallischen Werkstoff oder aus einem mit Metallfasern, Kohlefasern oder Glasfasern verstärkten synthetischen Werkstoff oder durch ein Hohlprofil gebildet und das Profil wird vor dem Schäumvorgang des aktivierbaren Materials einem Korrosionsschutztauchbad zugeführt, wobei das Korrosionsschutzmittel in alle Bereiche des Innenprofils gelangt. Anschließend wird das Hohlprofil einem Trockenofen zugeführt und im Trockenofen eine Reaktion des aktivierbaren Materials ausgelöst, wodurch der definiert vorgegebene Hohlraum zwischen dem aktivierbaren Material und dem Außenblech ausgefüllt wird.EP 1064188 A1 discloses a method for producing a hollow profile with internal stiffening, in particular for use in automobile bodies, in which a solid core material is coated with activatable material and an outer metal sheet is arranged to form a defined cavity. In this case, the cavity is completely filled by the foaming process of the activatable material. The solid core material is formed from a foamed or unfoamed metallic material or from a reinforced with metal fibers, carbon fibers or glass fibers synthetic material or by a hollow profile and the profile is supplied before the foaming of the activatable material an anticorrosion dip, wherein the corrosion inhibitor in all areas of the inner profile arrives. Subsequently, the hollow profile is fed to a drying oven and triggered in the drying oven, a reaction of the activatable material, whereby the defined predetermined cavity between the activatable material and the outer panel is filled.
EP 383 498 beschreibt trägerlose, schäumbare Formteile zum Einsetzen in Fahrzeughohlräume und anschließendem Aufschäumen. Die Formteile können durch Extrusion hergestellt werden, wobei ihr Querschnitt dem Querschnitt des auszufüllenden Hohlraums angepasst ist. Zum Einbringen solcher Massen in die Hohlprofile gibt es prinzipiell zwei Wege: Im ersten Fall werden Formteile vorgeformt, die den Querschnitt des zu verstärkenden Hohlprofils angepasst sind. Diese werden beim Zusammenbau des Hohlprofils an einer der beiden Halbschalen, die den Hohlraum bilden, befestigt. Die Herstellung der vorgeformten Teile erfolgt entweder in einem Spritzguss- oder einem Extrusionsverfahren, wobei die Kontur der Teile durch die Spritzgussform bzw. die Extrusionsmatrize vorgegeben wird. Für jede geometrische Form des Verstärkungsteils müssen daher entsprechende Spritzgussformen oder Extrusionsmatri- zen angefertigt werden. Die vorgeformten Teile müssen für den Transport so verpackt werden, dass sie nicht beschädigt werden. Die Entnahme aus der Verpackung und das Einsetzen in das Hohlprofil erfolgen manuell. Dieser gesamte Pro- zess ist sehr arbeitsaufwändig und damit kostenträchtig.EP 383 498 describes carrierless, foamable moldings for insertion in vehicle cavities and subsequent foaming. The molded parts can be produced by extrusion, with their cross section being adapted to the cross section of the cavity to be filled. In principle, there are two ways of introducing such masses into the hollow sections: In the first case, preforms are preformed, which are adapted to the cross section of the hollow profile to be reinforced. These are attached during assembly of the hollow profile to one of the two half-shells, which form the cavity. The production of the preformed parts takes place either in an injection molding or an extrusion process, wherein the contour of the parts is predetermined by the injection mold or the extrusion die. For each geometric shape of the reinforcement part, therefore, corresponding injection molds or extrusion matrices must be made. The preformed parts must be packed for transport so that they are not damaged. The removal from the packaging and the insertion into the hollow profile are done manually. This entire process is very labor-intensive and thus costly.
Eine Alternative hierzu besteht in der Herstellung von Granulat des thermisch expandierbaren Materials und dessen Versand in Granulatform zum Anwendungsort. Dort wird das Granulat aufgeschmolzen und durch einen Extruder in den zu verstärkenden Hohlraum gepresst. Dies setzt entsprechende Extrudereinrichtungen am Anwendungsort und hierfür geschultes Bedienungspersonal voraus.An alternative to this is the production of granules of the thermally expandable material and its shipping in granular form to the site. There, the granules are melted and pressed by an extruder into the cavity to be reinforced. This requires appropriate extruder facilities at the site and this trained operators.
Im Hinblick auf den bekannten Stand der Technik haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Verstärkung, Dämmung, Dämpfung und/oder Abdichtung von Hohlbauteilen zur Verfügung zu stellen, bei dem es nicht erforderlich ist, Verstärkungselemente in vorgefertigter Form oder mit einem an das jeweilige Hohlbauteil angepassten Querschnitt herzustellen. Weiterhin soll die erforderliche Menge an thermisch expandierbarem Material möglichst gering gehalten werden.With regard to the known prior art, the inventors have set themselves the task of providing a method for reinforcement, insulation, damping and / or sealing of hollow components available, in which it is not necessary, reinforcing elements in prefabricated form or with a to produce the respective hollow component adapted cross-section. Furthermore, the required amount of thermally expandable material should be kept as low as possible.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Verstärkung, Dämmung, Dämpfung und/oder Abdichtung von Hohlbauteilen, die einen Hohlraum umschließende innere Begrenzungswände aufweisen, unter Verwendung eines thermisch expandierenden Materials und inerter Verstärkungsteile, dadurch gekennzeichnet, dass man eines oder mehrere inerte Verstärkungsteile und thermisch expandierbares Material, das nicht fest mit den inerten Verstärkungsteilen verbunden ist, nebeneinander so in den Hohlraum einbringt, dass das thermisch expandierbare Material zwischen dem (den) Verstärkungsteil(en) und den inneren Begrenzungswänden angeordnet ist, und das thermisch expandierbare Material durch Erwärmen auf eine Temperatur im Bereich von 130 bis 2200C expandiert und erwünschtenfalls aushärtet. In der folgenden Beschreibung werden anstelle des Begriffs „thermisch expandierbares Material" auch die Begriffe „thermisch expandierbare Masse" oder „reaktives Strukturmaterial" verwendet. Vorzugsweise härtet diese Masse während oder nach der thermischen Expansion aus.The present invention relates, in a first aspect, to a method for reinforcing, damping, damping and / or sealing hollow components having inner boundary walls enclosing a cavity, using a thermally expanding material and inert reinforcement parts, characterized in that one or more inert ones reinforcement parts and thermally expandable material that is not fixedly connected to the inert reinforcing members, side by side so inserted into the cavity that the thermally expandable material between the reinforcing member (s) and the inner boundary walls is disposed, and the thermally expandable material by heating expanded to a temperature in the range of 130 to 220 0 C and cures if desired. In the following description, instead of the term "thermally expandable material", the terms "thermally expandable material" or "reactive structural material" will also be used Preferably, this composition hardens during or after the thermal expansion.
Als „inerte Verstärkungsteile" werden hier Teile aus einem Material verstanden, das sich bei Temperaturen bis zu 2200C nicht signifikant verformt. Beispiele hierfür sind Teile aus Keramik (inklusive Glaskeramik) oder aus Metallen wie beispielsweise Stahl oder aus Gewichtsgründen insbesondere Aluminium. Weiterhin sind Verstärkungsteile aus Kunststoffen als „inerte Verstärkungsteile" geeignet, sofern der Kunststoff die genannten Bedingungen erfüllt. Ein Beispiel hierfür ist Polyamid. Teile aus Keramik oder aus Kunststoff, insbesondere aus Polyamid, können mit Fasern verstärkt sein. Diese können beispielsweise ausgewählt sein aus Aramid- fasern, Kohlenstoff-Fasern, Metallfasern - z.B. aus Aluminium -, Glasfasern, Polyamidfasern, Polyethylenfasern oder Polyesterfasern."Inert reinforcing parts" are understood to mean parts of a material which does not significantly deform at temperatures of up to 220 ° C. Examples include parts made of ceramic (including glass ceramic) or of metals such as steel or, for weight reasons, aluminum in particular Reinforcing parts made of plastics suitable as "inert reinforcing parts", provided that the plastic meets the conditions mentioned. An example of this is polyamide. Parts made of ceramic or plastic, in particular polyamide, may be reinforced with fibers. These can be selected, for example, from aramid fibers, carbon fibers, metal fibers-for example from aluminum, glass fibers, polyamide fibers, polyethylene fibers or polyester fibers.
Zur Gewichtsersparnis ist es bevorzugt, dass die inerten Verstärkungsteile mindestens einen inneren Hohlraum aufweisen und/oder aus einer Schaumstruktur bestehen. Vorzugsweise werden solche Verstärkungsteile verwendet, die unter Einbeziehung der Hohlräume ein scheinbares spezifisches Gewicht im Bereich von 0,1 bis 0,8, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,5 g/cm3 aufweisen.To save weight, it is preferred that the inert reinforcement parts have at least one inner cavity and / or consist of a foam structure. Preference is given to using those reinforcing parts which, with the inclusion of the cavities, have an apparent specific gravity in the range from 0.1 to 0.8, preferably in the range from 0.2 to 0.5, g / cm 3 .
Zur Versteifung muss der Hohlraum des Hohlbauteils nach der Expansion des thermisch expandierbaren Materials zumindest in einer Richtung in einer Querschnittsfläche des Hohlbauteils völlig mit dem expandierten thermisch expandierbaren Material und dem Verstärkungsteil bzw. den Verstärkungsteilen ausgefüllt sein. Die Größe und Anzahl der Verstärkungsteile und der Menge an thermisch expandierbarem Material sowie den Expansionsgrad des thermisch expandierbaren Materials müssen entsprechend aufeinander abgestimmt sein.To reinforce the cavity of the hollow component after expansion of the thermally expandable material must be at least in one direction in a cross-sectional area of the hollow component completely filled with the expanded thermally expandable material and the reinforcing member or the reinforcing members be. The size and number of reinforcing parts and the amount of thermally expandable material and the degree of expansion of the thermally expandable material must be coordinated accordingly.
Eine mögliche Ausführungsform dieser Erfindung besteht darin, dass das thermisch expandierbare Material in Form von Teilen vorliegt, bei denen eine Abmessung mindestens 90 % der Länge derjenigen Seite des inerten Füllteils entspricht, neben der das Teil aus thermisch expandierbarem Material angeordnet wird. Beispielsweise können diese die Form von Quadern, insbesondere von Stäben, Platten, Bändern oder Leisten haben.A possible embodiment of this invention is that the thermally expandable material is in the form of parts in which a dimension corresponds to at least 90% of the length of that side of the inert filler part adjacent to which the part of thermally expandable material is placed. For example, these may have the form of cuboids, in particular of bars, plates, bands or strips.
Eine weitere mögliche Ausführungsform besteht darin, dass das thermisch expandierbare Material als Anordnung aus großen und kleinen Kugeln eingebracht wird, wobei die großen Kugeln einen mittleren Außendurchmesser im Bereich von 2 bis 20 mm aufweisen und die kleinen Kugeln ausgewählt sind aus ersten kleinen Kugeln und zweiten kleinen Kugeln oder aus einer Mischung hiervon, wobei die ersten kleinen Kugeln einen mittleren Außendurchmesser aufweisen, der um nicht mehr als 20 % von dem Durchmesser einer Kugel abweicht, die genau in eine Tetreaderlücke einer dichtesten Packung der großen Kugeln passt und wobei die zweiten kleinen Kugeln einen mittleren Außendurchmesser aufweisen, der um nicht mehr als 20 % von dem Durchmesser einer Kugel abweicht, die genau in eine Oktaederlücke einer dichtesten Packung der großen Kugeln passt, und wobei entweder die großen Kugeln aus einem thermisch expandierbaren Material und die kleinen Kugeln aus einem thermisch inerten Material bestehen, oder dass die kleinen Kugeln aus einem thermisch expandierbaren Material und die großen Kugeln aus einem thermisch inerten Material bestehen, wobei das thermisch expandierbare Material so ausgewählt ist, dass es sich beim Erhitzen von 20 0C auf eine Temperatur im Bereich von 130 bis 220 0C um 5 bis 200 % ausdehnt und sich hierbei verfestigt, und wobei das thermisch inerte Material als ein Material definiert ist, das bei einer Temperatur von nicht mehr als 2300C nicht erweicht oder schmilzt. Das Konzept dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geht von dem theoretischen Modell einer dichtesten Kugelpackung aus großen Kugeln aus, die bekanntermaßen so genannte Tetraederlücken und so genannte Oktaederlücken enthält. Eine Tetraederlücke ist gleichmäßig von 4 Kugeln begrenzt, eine Oktaederlücke von 6 Kugeln. Im idealen Grenzfall enthält eine dichteste Kugelpackung genau so viele Oktaederlücken und doppelt so viele Tetraederlücken wie Kugeln. Der Durchmesser von Kugeln, die genau in eine Oktaederlücke bzw. Tetraederlücke passen, hängt über eine einfache geometrische Beziehung von dem Durchmesser der Kugeln ab, die die Kugelpackung bilden.Another possible embodiment is that the thermally expandable material is introduced as an arrangement of large and small balls, wherein the large balls have an average outer diameter in the range of 2 to 20 mm and the small balls are selected from first small balls and second small Spheres or a mixture thereof, wherein the first small balls have an average outer diameter which differs by not more than 20% of the diameter of a ball which fits exactly into a Tetreaderlücke a closest packing of the large balls and wherein the second small balls average outer diameter that deviates by no more than 20% from the diameter of a sphere that fits exactly into an octahedral gap of a closest packing of the large balls, and wherein either the large balls of a thermally expandable material and the small balls of a thermally inert Material exist, o that the small balls of a thermally expandable material and the large balls made of a thermally inert material, wherein the thermally expandable material is selected so that when heated from 20 0 C to a temperature in the range of 130 to 220 0 C. 5 to 200% expands and solidifies, and wherein the thermally inert material is defined as a material that does not soften or melt at a temperature of not more than 230 0 C. The concept of this embodiment of the present invention is based on the theoretical model of a densest sphere of large spheres known to contain so-called tetrahedral voids and so-called octahedral voids. A tetrahedral gap is equally bounded by 4 spheres, an octahedral gap of 6 spheres. In the ideal borderline case, a densest sphere packing contains just as many octahedral voids and twice as many tetrahedral voids as spheres. The diameter of spheres that fit exactly into an octahedral or tetrahedral gap depends on the diameter of the spheres that make up the sphere packing through a simple geometric relationship.
In ihrer allgemeinen Form lässt es die vorliegende Erfindung offen, ob bevorzugt die großen Kugeln oder ob bevorzugt die kleinen Kugeln aus einem thermisch expandierbaren Material bestehen. Da in der Praxis das Material für die thermisch nicht expandierbaren Kugeln so gewählt werden kann, dass es billiger ist als das thermisch expandierbare Material, ist es aus Kostengründen bevorzugt, dass die großen Kugeln aus einem thermisch inerten und die kleinen Kugeln aus einem thermisch expandierbaren Material bestehen.In its general form, the present invention leaves open whether preferably the large balls or preferably the small balls are made of a thermally expandable material. In practice, since the material for the thermally non-expandable balls can be chosen to be cheaper than the thermally expandable material, it is preferred for cost reasons that the large balls be made of a thermally inert and the small balls of a thermally expandable material consist.
Im theoretischen Idealfall einer dichtesten Kugelpackung wäre eine optimale Füllung des Gesamtvolumens dann erreicht, wenn die Anordnung aus großen und kleinen Kugeln doppelt so viele erste kleine Kugeln wie große Kugeln sowie genau so viele zweite kleine Kugeln wie große Kugeln enthält. Um der praktischen Situation einer nicht idealen Kugelpackung Rechnung zu tragen, ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Anzahl der großen und der kleinen Kugeln um jeweils nicht mehr als 50 %, vorzugsweise um nicht mehr als 30 % und insbesondere um nicht mehr als 20 % von mindestens einer der folgenden Bedingungen abweicht:In the theoretical ideal case of a densest sphere packing, an optimal filling of the total volume would be achieved if the arrangement of large and small balls contains twice as many first small balls as large balls and as many second small balls as large balls. In order to take into account the practical situation of a non-ideal ball packing, it is preferred in the context of the present invention that the number of large and small balls is in each case not more than 50%, preferably not more than 30% and in particular not more than 20% deviates from at least one of the following conditions:
a) Die Anordnung enthält doppelt so viele erste kleine Kugeln wie große Kugeln, b) die Anordnung enthält genau so viele zweite kleine Kugeln wie große Kugeln. Vorzugsweise weicht die Zusammensetzung der Anordnung aus großen und kleinen Kugeln um nicht mehr als 50 %, vorzugsweise um nicht mehr als 30 % und insbesondere um nicht mehr als 20 % von der idealen Bedingung ab, dass die Anordnung sowohl doppelt so viele erste kleine Kugeln als auch genau so viele zweite kleine Kugeln wie große Kugeln enthält.a) The arrangement contains twice as many first small balls as large balls, b) the arrangement contains as many second small balls as large balls. Preferably, the composition of the array of large and small spheres does not deviate by more than 50%, preferably not more than 30%, and in particular not more than 20%, from the ideal condition that the assembly comprises both twice as many first small spheres as also contains as many second small balls as big balls.
Die Anzahl von großen und kleinen Kugeln, die zur Herstellung der Anordnung eingesetzt werden, kann nicht nur durch direktes Abzählen, sondern bei bekannter Masse der einzelnen Kugeln auch durch Wägung bestimmt werden.The number of large and small balls that are used to make the arrangement, can be determined not only by direct counting, but in known mass of the individual balls by weighing.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegende Erfindung wird das thermisch expandierbare Material in Form einer Anordnung von Kugeln eingebracht, die ausgewählt aus Hohlkugeln mit einem Innendurchmesser im Bereich von 0,5 bis 10 mm und einer Wandstärke im Bereich von 0,01 bis 2 mm und aus Kugeln aus einem bei einer Temperatur unterhalb von 2200C festen Schaum mit einem Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 12 mm, wobei die Kugeln außen mit einem thermisch expandierbaren Material beschichtet sind.In a further embodiment of the present invention, the thermally expandable material is introduced in the form of an array of balls selected from hollow spheres having an inner diameter in the range of 0.5 to 10 mm and a wall thickness in the range of 0.01 to 2 mm and from Balls of a foam having a diameter in the range of 0.5 to 12 mm, which is solid at a temperature below 220 ° C., the balls being coated on the outside with a thermally expandable material.
In dieser Ausführungsform sind die Kugeln vorzugsweise so mit dem thermisch expandierbaren Material beschichtet, dass die Dicke des thermisch expandierbaren Materials 10 bis 50 % des Außendurchmessers der unbeschichteten Kugeln beträgt. Dabei ist die Beschichtungsdicke um so größer zu wählen, je weniger sich das thermisch expandierbare Material beim Erwärmen ausdehnt. Ausdehnungsrate und Schichtdicke des thermisch expandierbaren Materials sollen so aufeinander abgestimmt sein, dass unter Annahme einer dichtesten Kugelpackung die Lücken zwischen den Kugeln beim Aufschäumen des thermisch expandierbaren Materials mindestens vollständig gefüllt werden können. Da die Anordnung von Kugeln im Praxisfall von der dichtesten Kugelpackung abweichen wird, so dass der Anteil des Volumens der Zwischenräume zwischen den Kugeln am Gesamtvolumen der Anordnung der Kugeln größer ist als im theoretischen Grenzfall der dichtesten Kugelpackung, sollen Schichtdicke und Ausdehnungsrate des thermisch expandier- baren Materials so aufeinander abgestimmt sein, dass mindestens das 1 ,2-fache, vorzugsweise mindestens das 1 ,5-fache und insbesondere mindestens das doppelte Lückenvolumen einer dichtesten Kugelpackung beim Aufschäumen ausgefüllt werden kann.In this embodiment, the balls are preferably coated with the thermally expandable material so that the thickness of the thermally expandable material is 10 to 50% of the outer diameter of the uncoated balls. The coating thickness should be selected the greater the less the thermally expandable material expands when heated. Expansion rate and thickness of the thermally expandable material should be coordinated so that assuming a densest sphere packing, the gaps between the balls when foaming the thermally expandable material can be at least completely filled. Since the arrangement of balls in practice will differ from the densest ball packing, so that the proportion of the volume of the spaces between the balls in the total volume of the arrangement of the balls is greater than in the theoretical limit of the densest ball packing, layer thickness and rate of expansion of the thermally expanding Baren material to be matched to one another so that at least 1, 2-fold, preferably at least 1.5 times, and in particular at least twice the void volume of a dense spherical packing can be filled during foaming.
Im Sinne dieser Erfindung soll der Begriff „Kugeln" nicht nur Kugeln im streng geometrischen Sinne umfassen, sondern allgemein Kugel-ähnliche Gebilde wie beispielsweise gezogene oder gestauchte Kugeln, eiförmige Gebilde oder kugelartige Gebilde mit ausgebeulter oder eingedellter Oberfläche. Es sollen also auch deformierte Kugel-artige Gebilde eingeschlossen werden, wie sie bei der technischen Herstellung möglichst Kugel-ähnlicher Gebilde erhalten werden. Beispielsweise haben Kugei-förmige Gebilde aus Metallschaum oder Keramik, wie beispielsweise Blähton, im allgemeinen nicht die Form einer exakten geometrischen Kugel. Im allgemeinen sollen die kugelförmigen Körper, die hier unter dem Begriff "Kugeln" zusammengefasst werden, einen längsten und einen kürzesten Durchmesser aufweisen, die um nicht mehr als 20 % voneinander abweichen.For the purposes of this invention, the term "balls" is intended to encompass not only balls in the strict geometric sense, but generally ball-like structures such as, for example, drawn or compressed balls, egg-shaped structures or spherical structures with a bulged or dented surface. For example, Kugei-shaped structures of metal foam or ceramic, such as expanded clay, generally do not have the shape of an exact geometrical sphere , which are summarized here by the term "balls", have a longest and a shortest diameter, which do not differ by more than 20%.
Wenn hierbei von einem „mittleren (Außen)Durchmesser" die Rede ist, so soll mit dieser Formulierung dem Umstand Rechnung getragen werden, dass bei der Herstellung der angenähert kugelförmigen Körper Abweichungen im Durchmesser auftreten können. Beispielsweise kann es möglich sein, dass die tatsächlichen Durchmesser der einzelnen Kugeln um bis zu 20 % vom Mittelwert abweichen können.If this is referred to as a "mean (outer) diameter", then this formulation should take into account the fact that deviations in diameter may occur in the production of the approximately spherical bodies For example, it may be possible that the actual diameters of the individual balls can deviate by up to 20% from the mean value.
Unter einer „Anordnung von Kugeln" wird dabei eine dreidimensionale Anordnung von 10 oder mehr Kugeln verstanden, wobei mindestens 90 % der Kugeln drei oder mehr benachbarte Kugeln berühren. Beispielsweise kann es sich um eine Schüttung von Kugeln in einem Behältnis mit festen oder nachgiebigen Begrenzungen handeln. Beispielsweise kann es sich um eine Anordnung von Kugeln in einem zu verstärkenden Hohlbauteil handeln, wobei die Kugeln durch die Innenwände des Hohlbauteils und Begrenzungsflächen der inerten Verstärkungsteile zusammen gehalten werden. Die Anordnung von Kugeln kann jedoch beispiels- weise auch einen mit Kugeln gefüllten Schlauch oder ein mit Kugeln gefülltes Säckchen, beispielsweise ein Plastikbeutel, darstellen.An "arrangement of balls" is understood to mean a three-dimensional arrangement of 10 or more balls, with at least 90% of the balls touching three or more adjacent balls, for example a ball of balls in a container with fixed or yielding limitations For example, it can be an arrangement of balls in a hollow component to be reinforced, the balls being held together by the inner walls of the hollow component and boundary surfaces of the inert reinforcement parts. Also, a hose filled with balls or a bag filled with balls, for example a plastic bag.
Die nach der Expansion des thermisch expandierbaren Materials noch vorliegenden Kugeln aus nicht thermisch expandierbarem Material sollen im Stande sein, Druck-, Stoß- oder Torsionskräfte aufzunehmen, ohne merklich zu verformen. Im Falle von Hohlkugeln müssen daher Wandmaterial, Wandstärke und Innendurchmesser entsprechend aufeinander abgestimmt sein. Je geringer der Innendurchmesser, desto geringer kann auch die Wandstärke sein. Bei leichter deformierbarem Material sind größere Wandstärken erforderlich als bei weniger leicht deformierbarem Material. Beispielsweise können diese Kugeln Hohlkugeln darstellen und aus einem Material bestehen, das ausgewählt ist aus Glas, Keramik, Metall oder aus einem Kunststoff, der sich beim Erwärmen auf eine Temperatur bis zu 220 0C nicht signifikant verformt. Beispielsweise ist hierfür Polyamid geeignet.The still present after the expansion of the thermally expandable material balls of non-thermally expandable material to be able to absorb pressure, shock or torsional forces without deforming noticeable. In the case of hollow balls therefore wall material, wall thickness and inner diameter must be coordinated accordingly. The smaller the inner diameter, the lower the wall thickness can be. For more easily deformable material, greater wall thicknesses are required than for less easily deformable material. For example, these spheres may constitute hollow spheres and consist of a material which is selected from glass, ceramic, metal or of a plastic that does not deform significantly upon heating to a temperature up to 220 0 C. For example, polyamide is suitable for this purpose.
Als Alternative zu Hohlkugeln können diese Kugeln auch aus einem Schaum bestehen. Beispielsweise kann dies ein Metallschaum sein, aus Gewichtsgründen insbesondere aus Aluminium, Magnesium oder Legierungen, die zu mindestens 50 Gew.-% aus mindestens einem dieser Metall bestehen. Der Schaum kann auch ein keramischer Schaum wie beispielsweise Blähton sein.As an alternative to hollow balls, these balls can also consist of a foam. For example, this may be a metal foam, for reasons of weight, in particular of aluminum, magnesium or alloys which consist of at least 50 wt .-% of at least one of these metal. The foam may also be a ceramic foam such as expanded clay.
Die Anordnung von Kugeln soll ein möglichst geringes spezifisches Gewicht aufweisen. Daher wird das Material der Kugeln vorzugsweise so gewählt und im Falle von Hohlkugeln ihr Außendurchmesser und ihre Wandstärke so aufeinander abgestimmt, dass eine gerüttelte Anordnung unbeschichteter Kugeln bzw. Kugeln aus einem nicht thermisch expandierbaren Material eine Schüttdichte im Bereich von 0,1 bis 0,8, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 g/cm3 aufweist.The arrangement of balls should have the lowest possible specific gravity. Therefore, the material of the balls is preferably chosen so and in the case of hollow spheres their outer diameter and wall thickness coordinated so that a jarred arrangement of uncoated balls or balls of a non-thermally expandable material has a bulk density in the range of 0.1 to 0.8 , preferably 0.2 to 0.5 g / cm 3 .
Unabhängig davon, welche der beiden vorstehend genannten Arten einer Anordnung von Kugeln man einsetzt, kann man die Kugeln in Form einer losen Schüttung in den oder die vorgesehenen Zwischenräume zwischen mehreren inerten Verstärkungsteilen oder zwischen inerten Verstärkungsteilen und inneren Begren- zungswänden des zu verstärkenden Hohlraums einbringen. Beispielsweise kann die Kugelschüttung dadurch erzeugt werden, dass man die Kugeln in das zu verstärkende Hohlbauteil mechanisch einträgt, beispielsweise hinein bläst oder unter Einwirkung von Schwerkraft hinein fallen lässt.Whichever of the above two types of ball arrangement is used, the balls may be provided in the form of a loose fill in the space (s) provided between several inert reinforcement parts or between inert reinforcement parts and inner boundary parts. bring tioning walls of the cavity to be reinforced. For example, the ball fill can be generated by mechanically introducing the balls into the hollow component to be reinforced, for example, blowing in or dropping under the action of gravity.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Anordnung von Kugeln aus einer vorgewählten Menge, die sich in einem nachgiebigen Behältnis in der Art eines Säckchens befindet, wobei das Material des Behältnisses so gewählt ist, das es beim Erwärmen auf eine Temperatur im Bereich von 130 bis 220 0C erweicht oder schmilzt. Zum Verstärken eines Hohlraums werden zwei oder mehr solche kugelgefülltes Säckchen in den auszufüllenden Zwischenräumen angeordnet. Form und Größe des Säckchens und die Menge der Kugeln sind vorzugsweise auf Form und Größe des zu füllenden Zwischenraums abgestimmt. Beispielsweise kann bei der Verstärkung länglicher Hohlbauteile unter Verwendung länglicher inerter Verstärkungsteile das Säckchen die Form eines Schlauches haben.In a further preferred embodiment, the array of balls consists of a preselected amount located in a flexible container in the manner of a bag, the material of the container being chosen to be heated to a temperature in the range of 130 to 220 0 C softens or melts. To reinforce a cavity, two or more such ball-filled bags are placed in the interstices to be filled. Shape and size of the bag and the amount of balls are preferably matched to the shape and size of the space to be filled. For example, in reinforcing elongate hollow members using elongate inert reinforcing members, the bag may be in the form of a tube.
Das kugelgefüllte Säckchen kann beispielsweise in ein vorgefertigtes, jedoch an mindestens einem Ende offenes Hohlbauteil hinein gelegt oder hinein gestellt werden. Im einfachsten Falle fixiert es sich durch Reibungskräfte in dem Hohlraum selbst. Es können jedoch auch Halteelemente wie beispielsweise Vorsprünge oder Stifte in dem Hohlraum vorgesehen werden, auf die das kugelgefüllte Säckchen aufgestellt werden kann.The ball-filled bag can be placed, for example, in a prefabricated, but at least one end open hollow component in or put into it. In the simplest case, it fixes itself by frictional forces in the cavity itself. However, holding elements such as projections or pins can also be provided in the cavity on which the ball-filled bag can be placed.
Wird wie üblich das Hohlbauteil dadurch gefertigt, dass man zwei vorgeformte Halbschalen miteinander verbindet, kann das kugelgefüllte Säckchen vor dem Verbinden der beiden Halbschalen an einer der Halbschalen-Innenwände befestigt werden. Dies kann dadurch geschehen, dass man das Säckchen in ein vorgesehenes mechanisches Befestigungselement wie beispielsweise einen Haken einhängt oder mit Hilfe eines Clipses in einer Bohrung befestigt oder indem man das Säckchen an der Wand einer Halbschale festklebt. Das Material des Säckchens soll bei der Expansionstemperatur zumindest so weit erweichen, dass die Expansion der thermisch expandierbaren Masse nicht behindert wird. Bei der Wahl des Materials, aus dem das Behältnis für das Gemenge aus großen und kleinen Kugeln besteht, ist darauf zu achten, dass es die Haftung der thermisch expandierten Masse an der Innenwand des ausgefüllten Hohlbauteils nicht beeinträchtigt. Dies lässt sich insbesondere dadurch gewährleisten, dass sich das Material des Behältnisses mit der thermisch expandierenden Masse vermischt, sich in dieser löst und/oder mit dieser reagiert.If, as usual, the hollow component is produced by connecting two preformed half-shells together, the ball-filled small bag can be attached to one of the half-shell inner walls before the two half-shells are connected. This can be done by hooking the bag into an intended mechanical fastener such as a hook or by means of a clip in a hole or by sticking the bag to the wall of a half-shell. The material of the bag should soften at the expansion temperature at least so far that the expansion of the thermally expandable mass is not hindered. When choosing the material that makes up the container for the mixture of large and small balls, make sure that it does not affect the adhesion of the thermally expanded mass to the inner wall of the filled hollow component. This can be ensured, in particular, by mixing the material of the container with the thermally expanding compound, dissolving in and / or reacting with it.
Weiterhin stellt sich in der Praxis das Problem, dass sich eine vorgegebene Anordnung von großen und kleinen Kugeln beim Rütteln entmischt. Dies kann beispielsweise beim Transport der Fall sein. Schließt man das Gemenge aus großen und kleinen Kugeln so in ein Behältnis ein, dass sich die Kugeln möglichst wenig gegeneinander verschieben können, wird die Entmischung stark eingeschränkt. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass das Material des Behältnisses schrumpfbar ist, beispielsweise durch Erwärmen, und nach dem Befüllen des Behältnisses mit dem Gemenge aus großen und kleinen Kugeln geschrumpft wurde. Das Gemenge wird dann durch das geschrumpfte Behältnismaterial zusammen gepresst, so dass die Beweglichkeit der Kugeln gegeneinander weiter eingeschränkt ist.Furthermore, in practice there is the problem that a predetermined arrangement of large and small balls segregates when jogging. This can be the case during transport, for example. If the mixture of large and small balls is enclosed in a container in such a way that the balls can move as little as possible against each other, segregation is severely restricted. This can be achieved in particular in that the material of the container is shrinkable, for example by heating, and after filling the container with the mixture of large and small balls shrunk. The mixture is then pressed together by the shrunken container material, so that the mobility of the balls is further limited against each other.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das thermisch expandierbare Material als Granulat in mindestens einen Zwischenraum zwischen dem (den) Verstärkungsteil(en) und den inneren Begrenzungswänden des Hohlraums eingebracht wird. Oder aber das thermisch expandierbare Material wird als pumpbare Masse in mindestens einen Zwischenraum zwischen dem (den) Verstärkungsteil(en) und den inneren Begrenzungswänden des Hohlraums eingebracht.Another embodiment of the present invention is that the thermally expandable material is introduced as granules into at least one space between the reinforcing part (s) and the inner boundary walls of the cavity. Or the thermally expandable material is introduced as a pumpable mass in at least one space between the (the) reinforcing member (s) and the inner boundary walls of the cavity.
Da das inerte Material billiger gewählt werden kann als das thermisch expandierbare Material, ist es bevorzugt, dass der zu verstärkende Hohlraum möglichst weitgehend von dem inerten Material ausgefüllt wird. Daher stimmt man Vorzugs- weise Größe und Anzahl der Verstärkungsteile und der Menge an thermisch expandierbaren Material sowie den Expansionsgrad des thermisch expandierbaren Materials so aufeinander ab, dass das Volumen des Hohlraums, das durch das expandierte thermisch expandierbare Material und das Verstärkungsteil oder die Verstärkungsteile ausgefüllt ist, zu mindestens 50, vorzugsweise zu mindestens 70 Vol-% durch das Verstärkungsteil oder die Verstärkungsteile ausgefüllt ist.Since the inert material can be chosen cheaper than the thermally expandable material, it is preferred that the cavity to be reinforced as far as possible is filled by the inert material. Therefore one agrees preferential wise size and number of reinforcing parts and the amount of thermally expandable material and the degree of expansion of the thermally expandable material from each other so that the volume of the cavity, which is filled by the expanded thermally expandable material and the reinforcing member or the reinforcing members, at least 50, preferably at least 70% by volume is filled by the reinforcing member or the reinforcing members.
Je nach Form des Hohlraums können sowohl die Verstärkungsteile als auch die Stücke aus thermisch expandierbarem Material bzw. Säckchen, die Kugeln mit thermisch expandierbarem Material enthalten, unterschiedlich geformt sein. Beispielsweise können die Verstärkungsteile runde oder polyederförmige geschlossene oder teilweise offene Hohlkörper oder Rohrstücke mit rundlichem oder mehreckigem Querschnitt darstellen. Sofern die Verstärkungsteile aus einer Schaumstruktur bestehen, können sie runde oder polyederförmige Körper oder Säulen mit rundlichem oder mehreckigem Querschnitt darstellen. Besonders zum Versteifen länglicher Hohlräume ist es vorzuziehen, dass sowohl die Verstärkungsteile als auch die Stücke aus thermisch expandierbarem Material länglich sind, d. h. eine Längsachse aufweisen, die mindestens 1 ,5 mal so lang ist wie die nächst kürzere Achse. Beispielsweise können Verstärkungsteile und Stücke aus thermisch expandierbarem Material verwendet werden, deren längste Achse mindestens 5 mal so lang ist wie die nächst kürzere Achse. Das entsprechende gilt, wenn das thermisch expandierbare Material in einer der anderen beschriebenen Weisen eingebracht wird: In diesem Fall sorgt man dafür dass die entsprechenden länglichen Zwischenräume zwischen inertem Verstärkungsteil und innerer Begrenzungswand des zu verstärkenden Hohlraums ausgefüllt werden. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass man das thermisch expandierbare Material in entsprechend geformten Säckchen in die Zwischenräume einbringt.Depending on the shape of the cavity, both the reinforcing members and the pieces of thermally expandable material or bags containing balls of thermally expandable material may be shaped differently. For example, the reinforcing members may be round or polyhedral closed or partially open hollow bodies or tubulars of round or polygonal cross-section. If the reinforcing members are made of a foam structure, they may be round or polyhedral bodies or columns of round or polygonal cross-section. Especially for stiffening elongated cavities, it is preferable that both the reinforcing members and the pieces of thermally expandable material are elongate, i. H. have a longitudinal axis which is at least 1.5 times as long as the next shorter axis. For example, reinforcing members and pieces of thermally expandable material may be used whose longest axis is at least 5 times as long as the next shorter axis. The same applies if the thermally expandable material is introduced in one of the other ways described: In this case, it is ensured that the corresponding elongated spaces between inert reinforcement part and inner boundary wall of the cavity to be reinforced are filled. For example, this can be done by introducing the thermally expandable material into correspondingly shaped bags in the interstices.
Vorzugsweise weist das inerte Formteil vorspringende Wände oder Rippen auf, die in Richtung der Innenwände des Hohlraums weisen und die den mit dem thermisch expandierbaren Material auszufüllenden Zwischenraum seitlich begrenzen. Dies erlaubt es, das thermisch expandierbare Material besser auf den zum Ausfüllen vorgesehenen Zwischenraum zu beschränken. Gleichzeitig hemmen diese Wände oder Rippen eine seitliche Ausdehnung der thermisch expandierbaren Masse bei deren Expansion, so dass diese Masse bevorzugt zwischen inertem Verstärkungsteil und Innenwänden des Hohlraums eingeschlossen wird. Die Figuren 1 und 2 zeigen dies schematisch.The inert molded part preferably has projecting walls or ribs which point in the direction of the inner walls of the cavity and laterally delimit the intermediate space to be filled with the thermally expandable material. This allows the thermally expandable material better on the To fill in the space provided. At the same time, these walls or ribs inhibit lateral expansion of the thermally expandable mass as it expands so that this mass is preferably trapped between the inert reinforcement member and interior walls of the cavity. Figures 1 and 2 show this schematically.
Das thermisch expandierbare und vorzugsweise härtbare Material wird vorzugsweise so gewählt, dass es sich beim Erwärmen von 20 0C auf eine Temperatur im Bereich von 130 bis 220 0C um 5 bis 200 %, vorzugsweise um 10 bis 100 % ausdehnt. Solche Materialien sind im Stand der Technik bekannt und werden nachfolgend beispielhaft beschrieben.The thermally expandable and preferably curable material is preferably selected so that it expands upon heating of 20 0 C to a temperature in the range of 130 to 220 0 C by 5 to 200%, preferably by 10 to 100%. Such materials are known in the art and are described below by way of example.
Vorzugsweise enthält die expandierbare Masse mindestens die folgenden Komponenten: a) mindestens ein reaktives Präpolymer, b) mindestens ein (chemisches oder physikalisches) latentes Treibmittel.Preferably, the expandable mass contains at least the following components: a) at least one reactive prepolymer, b) at least one (chemical or physical) latent blowing agent.
Je nach chemischer Natur des Präpolymers kann die Masse zusätzlich enthalten: c) mindestens einen latenten Härter für das reaktive Präpolymer.Depending on the chemical nature of the prepolymer, the mass may additionally contain: c) at least one latent hardener for the reactive prepolymer.
Dabei bedeutet „latent", dass die erwünschte Reaktion der jeweiligen Komponente nicht unterhalb von 80 0C, jedoch im Temperaturbereich von 130 bis 220 0C eintritt.In this case, "latent" means that the desired reaction of the respective component does not occur below 80 ° C., but in the temperature range from 130 to 220 ° C.
Insbesondere enthält die thermisch expandierbare Masse mindestens: a) ein bei Temperaturen im Bereich von 130 bis 220 0C mit sich selbst oder mit anderen Bestandteilen der Masse (z.B. einem gegebenenfalls zugesetzem Härter) vernetzendes Harz (im weiteren auch als „Bindemittel" bezeichnet), b) ein Treibmittel, das bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 220 0C unter Volumenvergrößerung oder Gasentwicklung reagiert und hierdurch das Volumen der Masse mindestens im weiter oben angegebenen Ausmaß vergrößert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die Zusammensetzungen für das thermisch härtbaren Strukturmaterial zusätzlich Fasern auf der Basis von Aramidfasem, Kohlenstoff-Fasern, Metallfasem - z.B. aus Aluminium-, Glasfasern, Polyamidfasern, Polyethylenfasern oder Polyesterfasern, wobei diese Fasern vorzugsweise Pulpfasern oder Stapelfasern sind, die eine Faserlänge zwischen 0,5 und 6 mm haben und einen Durchmesser von 5 bis 20 μm. Besonders bevorzugt sind hierbei Polyamidfasern vom Typ der Aramidfaser oder auch Polyesterfasern.In particular, the thermally expandable composition contains at least: a) a resin which crosslinks with itself or with other constituents of the composition (for example an optionally added hardener) at temperatures in the range from 130 to 220 ° C. (also referred to below as "binder"), b) a blowing agent which reacts at a temperature in the range of 130 to 220 0 C under increase in volume or evolution of gas and thereby increases the volume of the mass at least in the extent specified above. In a particularly preferred embodiment, the compositions for the thermally curable structural material additionally contain fibers based on aramide fibers, carbon fibers, metal fibers - for example aluminum, glass fibers, polyamide fibers, polyethylene fibers or polyester fibers, these fibers preferably being pulp fibers or staple fibers have a fiber length between 0.5 and 6 mm and a diameter of 5 to 20 microns. Particularly preferred are polyamide fibers of the type of aramid fiber or polyester fibers.
Nachfolgend werden einige Beispiele für eine geeignete thermisch expandierbare Masse, im folgenden auch als „Strukturmaterial" bezeichnet, angegeben:In the following, some examples of a suitable thermally expandable composition, also referred to below as "structural material", are given:
Das härtbare Harz a) kann beispielsweise ausgewählt sein aus: Polyurethanen mit freien oder blockierten Isocyanatgruppen, ungesättigten Polyester-/Styrol- systemen, Polyester-/Polyolmischungen, Polymercaptanen, Siloxan-funktionellen reaktiven Harzen oder Kautschuke, Harzen auf Benzoxazin-Basis sowie Harzen auf Basis von reaktiven Epoxidgruppen.The curable resin a) may for example be selected from: polyurethanes with free or blocked isocyanate groups, unsaturated polyester / styrene systems, polyester / polyol mixtures, polymercaptans, siloxane-functional reactive resins or rubbers, benzoxazine-based resins and resins based on of reactive epoxide groups.
Weitere geeignete polymere Basisbindemittel („Harze") für das thermisch expandierbare Strukturmaterial sind beispielsweise Ethylenvinylacetat-Copolymere (EVA), Copolymere des Ethylens mit (Meth)acrylatestern, die gegebenenfalls noch anteilig (Meth)acrylsäure einpolymerisiert enthalten, statistische oder Blockcopo- lymere des Styrols mit Butadien oder Isopren oder deren Hydrierungsprodukte. Letztere können auch Triblockcopolymere vom Typ SBS, SIS oder deren Hydrierungsprodukte SEBS oder SEPS sein. Zusätzlich können die Bindemittel noch Vernetzer, Haftvermittler, klebrig machende Harze („tackifier"), Weichmacher sowie weitere Hilfs- und Zusatzstoffe wie z. B. niedermolekulare Oligomere enthalten.Further suitable polymeric base binders ("resins") for the thermally expandable structural material are, for example, ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA), copolymers of ethylene with (meth) acrylate esters, which may also contain copolymerized (meth) acrylic acid in copolymerized form, random or block copolymers of styrene with butadiene or isoprene or their hydrogenation products, the latter also being able to be triblock copolymers of the SBS, SIS or their hydrogenation products SEBS or SEPS In addition, the binders may also contain crosslinkers, adhesion promoters, tackifiers, plasticizers and other auxiliaries and additives such as B. low molecular weight oligomers.
Nachfolgend wird ein alternatives Bindemittelsystem („Harz) für das reaktive expandierbare Strukturmaterial auf Basis von Epoxidharzen und Hartem beschrie- ben, wie sie beispielsweise in der WO 00/52086 oder der WO 2003/054069 sowie der WO 2004/065485 offenbart sind:An alternative binder system ("resin") for the reactive expandable structural material based on epoxy resins and hard materials is described below. ben, as disclosed, for example, in WO 00/52086 or WO 2003/054069 and WO 2004/065485:
Als Epoxidharze eignen sich eine Vielzahl von Polyepoxiden, die mindestens 2 1 ,2-Epoxigruppen pro Molekül haben. Das Epoxid-Äquivalent dieser Polyepoxide kann zwischen 150 und 50000, vorzugsweise zwischen 170 und 5000, variieren. Die Polyepoxide können grundsätzlich gesättigte, ungesättigte, cyclische oder acyclische, aliphatische, alicyclische, aromatische oder heterocyclische Polyepo- xidverbindungen sein. Beispiele für geeignete Polyepoxide schließen die Polygly- cidylether ein, die durch Reaktion von Epichlorhydrin oder Epibromhydrin mit einem Polyphenol in Gegenwart von Alkali hergestellt werden. Hierfür geeignete Polyphenole sind beispielsweise Resorcin, Brenzkatechin, Hydrochinon, Bisphenol A (Bis-(4-Hydroxy-phe-nyl)-2,2-propan)), Bisphenol F (Bis(4-hydroxyphenyl)- methan), Bis(4-hy-droxyphenyl)-1 ,1 -isobutan, 4,4'-Dihydroxybenzophenon, Bis(4- hydroxyphe-nyl)-1 ,1-ethan, 1 ,5-Hydroxy-naphthalin. Weitere geeignete Polyphenole als Basis für die Polyglycidylether sind die bekannten Kondensationsprodukte aus Phenol und Formaldehyd oder Acetaldehyd vom Typ der Novolak-Harze.As epoxy resins are a variety of polyepoxides having at least 2 1, 2-epoxy groups per molecule. The epoxide equivalent of these polyepoxides may vary between 150 and 50,000, preferably between 170 and 5,000. The polyepoxides may in principle be saturated, unsaturated, cyclic or acyclic, aliphatic, alicyclic, aromatic or heterocyclic polyepoxide compounds. Examples of suitable polyepoxides include the polyglycidyl ethers prepared by reaction of epichlorohydrin or epibromohydrin with a polyphenol in the presence of alkali. Suitable polyphenols for this purpose are, for example, resorcinol, pyrocatechol, hydroquinone, bisphenol A (bis (4-hydroxy-phenyl) -2,2-propane)), bisphenol F (bis (4-hydroxyphenyl) methane), bis (4 -hydroxy-phenyl) -1,1-isobutane, 4,4'-dihydroxybenzophenone, bis (4-hydroxyphenyl) -1,1-ethane, 1,5-hydroxy-naphthalene. Other suitable polyphenols as a basis for the polyglycidyl ethers are the known condensation products of phenol and formaldehyde or acetaldehyde type of novolac resins.
Weitere Polyepoxide sind Polyglycidylester von Polycarbonsäuren, beispielsweise Umsetzungen von Glycidol oder Epichlorhydrin mit aliphatischen oder aromatischen Polycarbonsäuren wie Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Terephthal- säure oder Dinnerfettsäure.Further polyepoxides are polyglycidyl esters of polycarboxylic acids, for example reactions of glycidol or epichlorohydrin with aliphatic or aromatic polycarboxylic acids such as oxalic acid, succinic acid, glutaric acid, terephthalic acid or dinner fatty acid.
Weitere Epoxide leiten sich von den Epoxidierungsprodukten olefinisch ungesättigter cycloaliphatischer Verbindungen oder von nativen Ölen und Fetten ab.Other epoxides are derived from the epoxidation products of olefinically unsaturated cycloaliphatic compounds or of native oils and fats.
Ganz besonders bevorzugt werden die Epoxidharze, die sich durch Reaktion von Bisphenol A oder Bisphenol F und Epichlorhydrin ableiten, wobei die flüssigen Epoxidharze vorzugsweise auf der Basis des Bisphenols A sind und ein hinreichend niedriges Molekulargewicht aufweisen. Die bei Raumtemperatur flüssigen Epoxidharze haben in der Regel ein Epoxid-Äquivalentgewicht von 150 bis etwa 480, besonders bevorzugt ist ein Epoxi-Äquivalentgewichtbereich von 182 bis 350. Als Flexibilisierungsmittel können flexibilisierend wirkende Epoxidharze wie die an sich bekannten Addukte aus Carboxyl-terminierten Butadienacrylnitrilcopolymeren (CTBN) und flüssigen Epoxidharzen auf der Basis des Diglycidylethers vom Bisphenol A eingesetzt werden. Konkrete Beispiele sind die Umsetzungsprodukte der Hycar CTBN 1300 X8, 1300 X13 oder 1300 X15 der Firma B. F. Goodrich mit flüssigen Epoxidharzen. Weiterhin lassen sich auch die Umsetzungsprodukte von aminoterminierten Polyalkylenglykolen (Jeffamine) mit einem Überschuss an flüssigen Polyepoxiden einsetzen. Grundsätzlich können auch Umsetzungsprodukte von Mercapto-funktionellen Präpolymeren oder flüssige Thiokol-Polymere mit einem Überschuss an Polyepoxiden als flexibilisierende Epoxidharze erfindungsgemäß eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt sind jedoch die Umsetzungsprodukte von polymeren Fettsäuren, insbesondere der Dimerfettsäure mit Epichlorhydrin, Glycidol oder insbesondere Diglycidylether des Bisphenols A (DGBA). Weiterhin eignen sich die Copolymeren des Acrylnitrils mit Butadien und oder Isopren und ggf. (M eth)acryl säure mit einem Acrylnitrilgehalt zwischen 10 und 50 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 20 und 40 Gew.% und einem (Meth)acrylsäuregehalt zwischen 0,0 und 1 Gew.%, vorzugsweise zwischen 0,0 und 0,1 Gew.% als Flexibilisierungsmittel. Es können auch Mischungen der vorgenannten Flexibilisierungsmittel eingesetzt werden.Very particular preference is given to the epoxy resins which are derived by reaction of bisphenol A or bisphenol F and epichlorohydrin, the liquid epoxy resins preferably being based on bisphenol A and having a sufficiently low molecular weight. The room temperature liquid epoxy resins typically have an epoxide equivalent weight of 150 to about 480, more preferably an epoxide equivalent weight range of 182 to 350. Flexibilizing agents which can be used are flexibilizing epoxy resins, such as the known adducts of carboxyl-terminated butadiene-acrylonitrile copolymers (CTBN) and liquid epoxy resins based on the diglycidyl ether of bisphenol A. Concrete examples are the reaction products of Hycar CTBN 1300 X8, 1300 X13 or 1300 X15 from BF Goodrich with liquid epoxy resins. Furthermore, the reaction products of amino-terminated polyalkylene glycols (Jeffamine) can be used with an excess of liquid polyepoxides. In principle, it is also possible to use reaction products of mercapto-functional prepolymers or liquid Thiokol polymers with an excess of polyepoxides as flexibilizing epoxy resins according to the invention. However, very particularly preferred are the reaction products of polymeric fatty acids, in particular dimer fatty acid with epichlorohydrin, glycidol or in particular diglycidyl ether of bisphenol A (DGBA). Furthermore, the copolymers of acrylonitrile with butadiene and / or isoprene and optionally (meth) acrylic acid having an acrylonitrile content between 10 and 50 wt .-%, preferably between 20 and 40 wt.% And a (meth) acrylic acid content between 0, 0 and 1 wt.%, Preferably between 0.0 and 0.1 wt.% As a flexibilizer. It is also possible to use mixtures of the abovementioned flexibilizers.
Das reaktive Strukturmaterial kann zum Einstellen einer erwünschten Viskosität für beispielsweise einen Extrusionsprozess reaktive Verdünner enthalten. Reaktive Verdünner im Sinne dieser Erfindung sind Epoxidgruppen enthaltende, niederviskose Substanzen (Glycidylether oder Glycidylester) mit aliphatischer oder aromatischer Struktur. Diese Reaktivverdünner dienen einerseits zur Viskositätserniedrigung des Bindemittel-Systems oberhalb des Erweichungspunktes, andererseits steuern sie den Vorgelierungsprozess im Spritzguss. Typische Beispiele für erfindungsgemäß einzusetzende Reaktivverdünner sind Mono-, Di- oder Triglycidy- lether von Ce- bis Ci4-Monoalkoholen oder Alkylphenolen sowie die Monoglycidy- lether des Cashewnuss-Schalenöls, Diglycidylether des Ethylenglycols, Diethy- lenglycols, Thethylenglycols, Tetraethylenglykols, 1 ,2-Propylenglycols, 1 ,4- Butylenglycols, 1 ,5-Pentandiols, 1 ,6-Hexandiols, Cyclohexandimethanols, Triglyci- dylether des Tri-methylolpropans sowie die Glycidylester von Ce- bis C24- Carbonsäuren oder deren Mischungen.The reactive structural material may contain reactive diluents to set a desired viscosity for, for example, an extrusion process. Reactive diluents for the purposes of this invention are epoxide-containing, low-viscosity substances (glycidyl ethers or glycidyl esters) having an aliphatic or aromatic structure. These reactive diluents serve on the one hand to reduce the viscosity of the binder system above the softening point, on the other hand they control the pre-gelation process by injection molding. Typical examples of reactive diluents for use in accordance with the invention are mono-, di- or triglycidyl ethers of C 1 -C 4 -monoalcohols or alkylphenols and the monoglycidyl ethers of cashew nut shell oil, diglycidyl ethers of ethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, tetraethylene glycol, 1, 2-propylene glycols, 1, 4 Butylene glycols, 1, 5-pentanediol, 1, 6-hexanediol, cyclohexanedimethanol, triglycidyl ether of tri-methylolpropans and the glycidyl esters of Ce- to C 24 - carboxylic acids or mixtures thereof.
Da das härtbare Strukturmaterial vorzugsweise einkomponentig ausgebildet ist und in der Hitze härtbar sein soll, enthält es weiterhin einen latenten Härter und/oder zusätzlich einen oder mehrere Beschleuniger.Since the curable structural material is preferably one-component and should be curable in the heat, it also contains a latent curing agent and / or additionally one or more accelerators.
Als thermisch aktivierbare oder latente Härter für ein Epoxidharz-Bindemittelsystem können Guanidine, substituierte Guanidine, substituierte Harnstoffe, Melaminharze, Guanamin-Dehvate, cyclische tertiäre Amine, aromatische Amine und/oder deren Mischungen eingesetzt werden. Dabei können die Härter sowohl stöchiomethsch mit in die Härtungsreaktion einbezogen sein, sie können jedoch auch katalytisch wirksam sein. Beispiele für substituierte Guanidine sind Methyl- guanidin, Dimethylguanidin, Trimethylguanidin, Tetramethylguanidin, Methylisobi- guanidin, Dimethylisobiguanidin, Tetramethylisobiguanidin, Hexamethylisobigua- nidin, Hepamethylisobiguanidin und ganz besonders Cyanoguanidin (Dicyandia- mid). Als Vertreter für geeignete Guanamin-Derivate seien alkylierte Benzogua- namin-Harze, Benzoguanamin-Harze oder Methoximethyl-ethoxymethyl- benzoguanamin genannt. Für die einkomponentigen, hitzehärtenden Massen ist selbstverständlich das Auswahlkriterium die niedrige Löslichkeit dieser Stoffe bei Raumtemperatur in dem Harzsystem, so dass hier feste, fein vermahlene Härter den Vorzug haben, insbesondere ist Dicyandiamid geeignet. Damit ist eine gute Lagerstabilität der Zusammensetzung gewährleistet.As thermally activatable or latent hardeners for an epoxy resin binder system, guanidines, substituted guanidines, substituted ureas, melamine resins, guanamine derivatives, cyclic tertiary amines, aromatic amines and / or mixtures thereof can be used. The hardeners may be involved in the curing reaction both stoichiometrically, but they may also be catalytically active. Examples of substituted guanidines are methyl guanidine, dimethylguanidine, trimethylguanidine, tetramethylguanidine, methylisobiguanidine, dimethylisobiguanidine, tetramethylisobiguanidine, hexamethylisobiguanidine, hepamethylisobiguanidine and, in particular, cyanoguanidine (dicyandiamide). Representatives of suitable guanamine derivatives include alkylated benzoguanamine resins, benzoguanamine resins or methoxymethylethoxymethylbenzoguanamine. Of course, for the one-component, thermosetting compositions, the selection criterion is the low solubility of these substances at room temperature in the resin system, so that solid, finely ground hardeners are preferred, in particular dicyandiamide is suitable. This ensures good storage stability of the composition.
Zusätzlich oder anstelle von den vorgenannten Härtern können katalytisch wirksame substituierte Harnstoffe eingesetzt werden. Dies sind insbesondere der p-Chlorphenyl-N,N-dimethylharnstoff (Monuron), 3-Phenyl-1 ,1-di-methylharnstoff (Fenuron) oder 3,4-Dichlorphenyl-N,N-dimethylharnstoff (Diuron). Prinzipiell können auch katalytisch wirksame tertiäre Acryl- oder Alkyl-Amine, wie beispielsweise das Benzyldimethylamin, Ths(dimethylamino)phenol, Piperidin oder Piperidinderi- vate eingesetzt werden, diese haben jedoch vielfach eine zu hohe Löslichkeit in dem Bindemittelsystem, so dass hier keine brauchbare Lagerstabilität des ein- komponentigen Systems erreicht wird. Weiterhin können diverse, vorzugsweise feste, Imidazolderivate als katalytisch wirksame Beschleuniger eingesetzt werden. Stellvertretend genannt seien 2-Ethyl-2-methylimidazol, N-Butylimidazol, Benzimi- dazol sowie N-C1- bis C12-Alkylimidazole oder N-Arylimidazole, Thazindehvate sowie Imidazol/Triazinverbindungen (z.B. C11-Z-Azine). Es können auch Kombinationen aus Härter und Be-schleuniger in Form von sog. beschleunigten Dicyan- diamiden in fein vermahlener Form verwendet werden. Dadurch erübrigt sich gelegentlich der separate Zusatz von katalytisch wirksamen Beschleunigern zu dem Epoxid-Härtungssystem.In addition to or instead of the aforementioned hardeners, catalytically active substituted ureas can be used. These are in particular the p-chlorophenyl-N, N-dimethylurea (monuron), 3-phenyl-1, 1-di-methylurea (Fenuron) or 3,4-dichlorophenyl-N, N-dimethylurea (diuron). In principle, it is also possible to use catalytically active tertiary acrylic or alkyl amines, such as, for example, the benzyldimethylamine, ths (dimethylamino) phenol, piperidine or piperidine derivatives, but these have in many cases a too high solubility in the binder system, so that here no useful storage stability of the one-component system is achieved. Furthermore, various, preferably solid, imidazole derivatives can be used as catalytically active accelerators. Representative examples include 2-ethyl-2-methylimidazole, N-butylimidazole, benzimidazole and N-C1 to C12 alkylimidazoles or N-arylimidazoles, Thazindehvate and imidazole / triazine compounds (eg C11-Z-azines). It is also possible to use combinations of hardener and accelerator in the form of so-called accelerated dicyandiamides in finely ground form. As a result, the separate addition of catalytically active accelerators to the epoxy curing system is sometimes unnecessary.
Für besonders reaktive Systeme können auch fein vermahlene pulverförmige Härtungsbeschleuniger auf der Basis von Addukten von Aminen an Epoxydharze verwendet werden, diese Addukte weisen tertiäre Aminogruppen und Epoxigrup- pen auf. Diese latenten, pulverförmigen Beschleuniger können in Kombination mit den vorgenannten latenten Härtern und/oder Beschleunigern eingesetzt werden.For particularly reactive systems, it is also possible to use finely ground powdery curing accelerators based on adducts of amines with epoxy resins; these adducts have tertiary amino groups and epoxy groups. These latent powdery accelerators can be used in combination with the aforementioned latent hardeners and / or accelerators.
Weiterhin können die reaktiven und thermisch expandierbaren Strukturmaterialien mindestens ein feinteiliges thermoplastisches Polymerpulver enthalten. Diese thermoplastischen Polymerpulver können im Prinzip aus einer Vielzahl von feintei- ligen Polymerpulvern ausgewählt werden, beispielhaft erwähnt seien Vinylacetat- Homopolymer, Vinylacetatcopolymer, Ethylenvinylacetat-Copolymer, Vinylchlorid- Homopolymer (PVC) oder Copolymere des Vinylchlorids mit Vinylacetat und/oder (Meth)acrylaten, Styrol-Homo- oder -Copolymere, (Meth)acrylat-Homo- oder -Copolymere oder Polyvinylbutyral. Besonders bevorzugte thermoplastische Polymere enthalten funktionelle Gruppen wie Carboxylgruppen, Carbonsäureanhydridgruppen oder Imidazolgruppen und haben eine Kern/Schale Struktur, wobei die Schale dieser Polymeren bei Raumtemperatur gegenüber Weichmachern oder Reaktivverdünnern ein geringes Quellungsverhalten aufweisen. Bei derVorgelie- rungsreaktion während einer Extrusion des reaktiven Strukturmaterials quellen diese Kern/Schalepolymere sehr rasch auf und bewirken nach dem Abkühlen de der extrudierten Masse sofort eine klebfreie Oberfläche der expandierbaren Bin- demittelschicht. Diese Polymerpulver sollen eine mittlere Korngröße unter 1 mm, vorzugsweise unter 350 μm und ganz besonders bevorzugt unter 100 μm aufweisen.Furthermore, the reactive and thermally expandable structural materials may contain at least one finely divided thermoplastic polymer powder. These thermoplastic polymer powders may in principle be selected from a large number of finely divided polymer powders, examples being vinyl acetate homopolymer, vinyl acetate copolymer, ethylene vinyl acetate copolymer, vinyl chloride homopolymer (PVC) or copolymers of vinyl chloride with vinyl acetate and / or (meth) acrylates, Styrene homopolymers or copolymers, (meth) acrylate homo- or copolymers or polyvinyl butyral. Particularly preferred thermoplastic polymers contain functional groups such as carboxyl groups, carboxylic anhydride groups or imidazole groups and have a core / shell structure, the shell of these polymers having a low swelling behavior at room temperature compared to plasticizers or reactive diluents. In the pre-gelling reaction during extrusion of the reactive structural material, these core / shell polymers swell very rapidly and, upon cooling the extruded mass, immediately cause a tack-free surface of the expandable binder. demittelschicht. These polymer powders should have an average particle size of less than 1 mm, preferably less than 350 μm and most preferably less than 100 μm.
In der Regel enthält das reaktive Strukturmaterial weiterhin an sich bekannte Füllstoffe wie zum Beispiel die diversen gemahlenen oder gefällten Kreiden, Ruß, Calcium-Magnesiumcarbonate, Schwerspat sowie insbesondere silicatische Füllstoffe vom Typ des Aluminium-Magnesium-Calcium-Silicats, z. B. Wollastonit, Chlorit.In general, the reactive structural material further contains per se known fillers such as the various milled or precipitated chalks, carbon black, calcium magnesium carbonates, barite and in particular silicatic fillers of the type of aluminum-magnesium-calcium silicate, z. B. wollastonite, chlorite.
Soll das thermisch expandierbare, hitzehärtbare Strukturmaterial zur Herstellung von spezifisch leichten Strukturen eingesetzt werden, enthält es vorzugsweise zusätzlich zu den vorgenannten "normalen" Füllstoffen sog. Leichtfüllstoffe, die ausgewählt werden aus der Gruppe der Metallhohlkugeln wie z. B. Stahlhohlkugeln, Glashohlkugeln, Flugasche (Fillite), Kunststoffhohlkugeln auf der Basis von Phe- nol-harzen, Epoxidharzen oder Polyestern, expandierte Microhohlkugeln mit Wandmaterial aus (Meth)acrylsäureester-Copolymeren, Poly-styrol, Styrol(meth)- acrylat-Copolymeren sowie insbesondere aus Polyvinylidenchlorid sowie Copoly- meren des Vinyliden-chlorids mit Acrylnitril und/oder (Meth)acrylsäureestern, keramische Hohlkugeln oder organische Leichtfüllstoffe natürlichen Ursprungs wie gemahlene Nussschalen, beispielsweise die Schalen von Cashewnüssen, Kokosnüssen oder Erdnuss-schalen sowie Korkmehl oder Kokspulver. Besonders bevorzugt werden dabei solche Leichtfüllstoffe auf der Basis von Mikrohohlkugeln, die eine hohe Druckfestigkeit des aufgeschäumten und gehärteten Strukturmaterials gewährleisten.If the thermally expandable, thermosetting structural material is used to produce specific light structures, it preferably contains, in addition to the aforementioned "normal" fillers, so-called light fillers which are selected from the group of hollow metal spheres, such as e.g. Hollow hollow spheres, glass hollow spheres, fly ash (Fillite), plastic hollow spheres based on phenolic resins, epoxy resins or polyesters, expanded hollow microspheres with wall material of (meth) acrylic acid ester copolymers, poly-styrene, styrene (meth) acrylate copolymers and in particular polyvinylidene chloride and copolymers of vinylidene chloride with acrylonitrile and / or (meth) acrylic esters, ceramic hollow spheres or organic light fillers of natural origin such as ground nutshells, for example the shells of cashew nuts, coconuts or peanut shells and cork powder or coke powder. Particular preference is given to such lightweight fillers based on hollow microspheres, which ensure a high compressive strength of the foamed and cured structural material.
Als Treibmittel eignen sich zwar im Prinzip alle bekannten Treibmittel wie z. B. "chemische Treibmittel" die durch Zersetzung Gase freisetzten oder "physikalische Treibmittel", d.h. expandierende Hohlkugeln. Beispiele für die erstgenannten Treibmittel sind Azobisisobutyronitril, Azodicarbonamid, Di-Nitroso-pentamethylen- tetramin, 4,4'-Oxybis(benzolsulfonsäurehydrazid), Diphenylsulfon-3,3'-disulfo- hydrazid, Benzol-1 ,3-disulfohydrazid, p-Toluolsulfonylsemicarbazid. Besonders bevorzugt werden jedoch die expandierbaren Kunststoffmikrohohlkugeln auf der Basis von Polyvinylidenchloridcopolymeren oder Acrylnitril/(Meth)acrylat- Copolymeren, diese sind z.B. unter den Namen "Dualite®" bzw. "Expancel®" von den Firmen Pierce & Stevens bzw. Casco Nobel im Handel erhältlich.Although suitable as blowing agents are in principle all known blowing agents such. As "chemical blowing agents" released by decomposition gases or "physical blowing agent", ie expanding hollow spheres. Examples of the former blowing agents are azobisisobutyronitrile, azodicarbonamide, di-nitroso-pentamethylenetetramine, 4,4'-oxybis (benzenesulfonic acid) hydrazide, diphenylsulfone-3,3'-disulfonazole, benzene-1,3-disulfohydrazide, p-toluenesulfonyl semicarbazide , Especially However, the expandable Kunststoffmikrohohlkugeln based on polyvinylidene chloride copolymers or acrylonitrile / (meth) acrylate copolymers are preferred, these are available for example under the name "Dualite®" or "Expancel®" from the companies Pierce & Stevens and Casco Nobel commercially ,
Weiterhin können die reaktiven Strukturmaterialien gängige weitere Hilfs- und Zusatzmittel wie z. B. Weichmacher, Rheologie-Hilfsmittel, Netzmittel, Haftvermittler, Alterungsschutzmittel, Stabilisatoren und/oder Farbpigmente enthalten.Furthermore, the reactive structural materials common other auxiliaries and additives such. As plasticizers, rheology aids, wetting agents, adhesion promoters, anti-aging agents, stabilizers and / or color pigments.
Um nach dem Aushärten die Aufgabe der Versteifung des Raums zwischen Hohlraumprofil und inertem Verstärkungsteil erfüllen zu können, ist es zweckmäßig, dass das zum Einsatz kommende Strukturmaterial einen E-Modul von mindestens 300 MPa aufweist. Wie dem Fachmann bekannt, kann dies durch Art und Menge von Härtern und Beschleunigern eingestellt werden.In order to be able to fulfill the task of stiffening the space between the cavity profile and the inert reinforcement part after curing, it is expedient for the structural material used to have an E-modulus of at least 300 MPa. As known to those skilled in the art, this can be adjusted by the type and amount of hardeners and accelerators.
Beispielsweise sind thermisch härtbare Strukturmaterialien geeignet, die nach dem Aushärten duktile Strukturschäume bilden und die in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 102006050697.9 beschrieben sind. Diese weisen ein duktiles Verhalten im Temperaturbereich von -20 bis +80 0C auf, wobei im Wesentlichen kein Absenken des Kraftniveaus erfolgt. Dadurch werden verbesserte FEA-Berechnungen (Finite Element Analysis) möglich, da ein konstantes Kraftniveau über den Verformungsbereich erzielt wird. Dies ermöglicht neue Einsatzgebiete, da bei Belastung eine definierte Verformung des Strukturschaums erfolgt, anstatt eines spröden Zerplatzens der Schäume bei geringen Verformungen.For example, thermally curable structural materials are suitable which form ductile structural foams after curing and which are described in German patent application 102006050697.9, which has not been pre-published. These have a ductile behavior in the temperature range from -20 to +80 0 C, with essentially no lowering of the force level. This allows for improved finite element analysis (FEA) calculations by providing a constant force level across the deformation range. This allows new applications, since under load a defined deformation of the structural foam takes place, instead of a brittle bursting of the foams at low deformations.
Das entsprechende härtbare Strukturmaterial enthält: mindestens ein Epoxidharz, mindestens eine Phenolverbindung, mindestens ein Polyetheramin, mindestens ein Treibmittel, mindestens einen Härter und mindestens einen Füllstoff.The corresponding curable structural material contains: at least one epoxy resin, at least one phenolic compound, at least one polyether amine, at least one blowing agent, at least one hardener and at least one filler.
Als Epoxidharze eignen sich eine Vielzahl von Polyepoxiden, die mindestens 2 1 ,2-Epoxigruppen pro Molekül haben und die weiter oben näher beschrieben wurden.As epoxy resins are a variety of polyepoxides having at least 2 1, 2-epoxy groups per molecule and have been described in detail above.
Gegebenenfalls können die Bindemittel-Zusammensetzungen Reaktivverdünner zum Einstellen des Fließverhaltens enthalten, wie ebenfalls weiter oben näher beschrieben wurde.Optionally, the binder compositions may contain reactive diluents to adjust the flow behavior, as also described in more detail above.
Bevorzugte Phenolverbindungen sind bei Raumtemperatur (d. h. in einem Temperaturbereich zwischen 18 0C und 25 0C, vorzugsweise bei 22 0C) fest und haben ein Molekulargewicht (Mn) zwischen 2 800 und 9 000. Vorzugsweise sind die Phenolverbindungen difunktionell in Bezug auf die phenolischen Gruppen, d.h. sie haben einen Gehalt an phenolischen Hydroxylgruppen zwischen 1 400 und 2 500 mmol/kg. Prinzipiell sind alle Phenolverbindungen geeignet, die die vorgenannten Kriterien erfüllen, ganz besonders bevorzugt sind jedoch Umsetzungsprodukte aus difunktionellen Epoxyverbindungen mit Bisphenol A im stöchiometrischen Über- schuss.Preferred phenolic compounds are solid at room temperature (ie, in a temperature range between 18 ° C. and 25 ° C., preferably 22 ° C.) and have a molecular weight (Mn) of between 2,800 and 9,000. Preferably, the phenolic compounds are difunctional with respect to the phenolic ones Groups, ie they have a content of phenolic hydroxyl groups between 1 400 and 2 500 mmol / kg. In principle, all phenol compounds which fulfill the abovementioned criteria are suitable, but very particular preference is given to reaction products of difunctional epoxy compounds with bisphenol A in stoichiometric excess.
Als Polyetheramine können bevorzugt aminoterminierte Polyalkylenglycole, insbesondere die difunktionellen aminoterminierten Polypropylenglycole, Polyethylen- glycole oder Copolymere von Propylenglycol und Ethylenglycol eingesetzt werden. Diese sind auch unter dem Namen "Jeffamine" (Handelsname der Firma Hunts- man) bekannt. Geeignet sind weiterhin die difunktionellen aminoterminierten PoIy- oxytetramethylenglycole, auch PoIy-THF genannt. Der Molekulargewichtsbereich (Mn) der vorzugsweise difunktionellen Polyetheramine (bezogen auf die primären Aminogruppen) liegt zwischen 900 und 4 000, vorzugsweise zwischen 1 500 und 2 500.Preferred polyetheramines are amino-terminated polyalkylene glycols, in particular the difunctional amino-terminated polypropylene glycols, polyethylene glycols or copolymers of propylene glycol and ethylene glycol. These are also known under the name "Jeffamine" (trade name of Huntsman). Also suitable are the difunctional amino-terminated polyoxytetramethylene glycols, also called polyTHF. The molecular weight range (Mn) of the preferably difunctional polyetheramines (based on the primary amino groups) is between 900 and 4,000, preferably between 1,500 and 2,500.
Als Treibmittel eignen sich im Prinzip alle bekannten Treibmittel, wie sie vorstehend näher beschrieben wurden. Als Härter werden thermisch aktivierbare oder latente Härter für das Epoxidharz- Bindemittelsystem eingesetzt, die ebenfalls weiter oben näher beschrieben wurden.Suitable blowing agents are in principle all known blowing agents, as described in more detail above. The hardeners used are thermally activatable or latent hardeners for the epoxy resin binder system, which have also been described in greater detail above.
Die erfindungsgemäß einsetzbaren thermisch härtbaren Zusammensetzungen können ferner feinteilige thermoplastische Copolymere enthalten, wie sie weiter oben näher beschrieben werden.The thermally curable compositions which can be used according to the invention can furthermore comprise finely divided thermoplastic copolymers, as described in greater detail above.
In der Regel enthalten diese thermisch härtbaren Zusammensetzungen weiterhin an sich bekannte Füllstoffe wie zum Beispiel die diversen gemahlenen oder gefällten Kreiden, Ruß, Calcium-Magnesiumcarbonate, Schwerspat sowie insbesondere silicatische Füllstoffe vom Typ des Aluminium-Magnesium-Calcium-Silicats, z. B. Wollastonit, Chlorit. Vorzugsweise können Glimmer-haltige Füllstoffe mit verwendet werden, ganz besonders bevorzugt ist hier ein so genannter 2- Komponentenfüllstoff aus Muskovit-Glimmer und Quarz mit niedrigem Schwermetallgehalt.In general, these thermally curable compositions further contain per se known fillers such as the various milled or precipitated chalks, carbon black, calcium magnesium carbonates, barite and in particular silicatic fillers of the type of aluminum-magnesium-calcium silicate, z. B. wollastonite, chlorite. Preference is given to using mica-containing fillers, with very particular preference here being given to a so-called two-component filler of muscovite mica and quartz with a low heavy metal content.
Weiterhin können die erfindungsgemäß einzusetzenden härtbaren Strukturmaterialien gängige weitere Hilfs- und Zusatzmittel wie z. B. Weichmacher, Reaktivverdünner, Rheologie-Hilfsmittel, Netzmittel, Haftvermittler, Alterungsschutzmittel, Stabilisatoren und/oder Farbpigmente enthalten. Je nach Anforderungsprofil in Bezug auf Verarbeitungseigenschaften, die Flexibilität, die geforderte Versteifungswirkung sowie der klebende Verbund zu den Substraten können die Mengenverhältnisse der Einzelkomponenten in verhältnismäßig weiten Grenzen variieren. Typische Bereiche für die wesentlichen Komponenten sind:Furthermore, the curable structural materials to be used according to the invention can be customary further auxiliaries and additives, such as, for example, As plasticizers, reactive diluents, rheology aids, wetting agents, adhesion promoters, anti-aging agents, stabilizers and / or color pigments. Depending on the requirement profile in terms of processing properties, the flexibility, the required stiffening effect and the adhesive bond to the substrates, the proportions of the individual components can vary within relatively wide limits. Typical ranges for the essential components are:
festes Epoxidharz 2 bis 65 Gew.-%,solid epoxy resin 2 to 65% by weight,
Phenolverbindung 1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-%Phenol compound 1 to 30% by weight, preferably 5 to 10% by weight
Polyetheramin 0,5 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-%Polyetheramine 0.5 to 15% by weight, preferably 2 to 10% by weight
Treibmittel 0,1 bis 5 Gew.-%,Blowing agent 0.1 to 5 wt .-%,
Härter und Beschleuniger 1 ,5 bis 5 Gew.-%,Hardener and accelerator 1, 5 to 5 wt .-%,
Glimmerhaitiger Füllstoff 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-% Weitere Füllstoffe 5 bis 20 Gew.-%Mica-based filler 0 to 40% by weight, preferably 1 to 30% by weight Other fillers 5 to 20% by weight
Reaktivverdünner 0 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 10 Gew.-%Reactive diluents 0 to 15% by weight, preferably 0 to 10% by weight
Ethylen-Vinylacetat-Copolymer 0 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-%Ethylene-vinyl acetate copolymer 0 to 10% by weight, preferably 1 to 10% by weight
Fasern 0 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 0 bis 10 Gew.-%Fibers 0 to 30% by weight, preferably 0 to 10% by weight
Pigmente 0 bis 1 Gew.-%, wobei die Summe der Gesamtbestandteile 100 Gew.-% ergibt.Pigments 0 to 1 wt .-%, wherein the sum of the total components 100 wt .-% results.
Als reaktives Strukturmaterial können weiterhin eingesetzt werden:As a reactive structural material can also be used:
Gemäß WO 00/37554 Zusammensetzungen, dieAccording to WO 00/37554, compositions
A) ein Copolymeres mit mindestens einer Glasübergangstemperatur vonA) a copolymer having at least one glass transition temperature of
-300C oder niedriger und gegenüber Epoxiden reaktiven Gruppen oder ein Reaktionsprodukt dieses Copolymeren mit einem Polyepoxid sowie-30 0 C or lower and epoxide-reactive groups or a reaction product of this copolymer with a polyepoxide and
B) ein Reaktionsprodukt aus einem Polyurethan-Präpolymer und einem Polyphenol oder Aminophenol sowieB) a reaction product of a polyurethane prepolymer and a polyphenol or aminophenol and
C) mindestens ein Epoxidharz enthalten.C) contain at least one epoxy resin.
Genauere Angaben hierzu können der genannten WO00/37554 entnommen werden.More detailed information can be found in WO00 / 37554.
Gemäß WO00/20483 Zusammensetzungen, enthaltend:According to WO00 / 20483 compositions comprising:
A) ein Copolymeres mit mindestens einer Glasübergangstemperatur von - 300C oder niedriger und gegenüber Epoxiden reaktiven GruppenA) a copolymer having at least a glass transition temperature of - 30 0 C or lower and epoxide-reactive groups
B) ein Reaktionsprodukt herstellbar durch Umsetzung eines Carbonsäureanhydrids oder -dianhydrids mit einem Di- oder Polyamin und einem Polyphenol oder AminophenolB) a reaction product preparable by reacting a carboxylic anhydride or dianhydride with a di- or polyamine and a polyphenol or aminophenol
C) mindestens ein Epoxidharz.C) at least one epoxy resin.
Genauere Angaben hierzu können der genannten WO00/20483 entnommen werden.More detailed information can be found in WO00 / 20483.
Insbesondere werden solche expandierbaren Massen bevorzugt, die mit den Innenwänden (z.B. aus Stahl oder einem sonstigen Metall oder aus Kunststoff) der zu verstärkenden Hohlraumstruktur sowie mit den Wänden der inerten Verstär- kungsteile verkleben können, damit die Stoßkräfte durch die Verklebung kraftschlüssig in die Verstärkungsstruktur optimal eingeleitet werden können.In particular, those expandable materials are preferred which are compatible with the inner walls (eg made of steel or another metal or plastic) of the cavity structure to be reinforced and with the walls of the inert reinforcement. kungsteile can bond so that the impact forces can be introduced by the adhesion frictionally in the reinforcing structure optimally.
Das thermisch expandierbare Material kann bereits am Ort seiner Herstellung zu den erwünschten Stücken geformt werden, beispielsweise durch Guss in eine entsprechende Form oder durch Extrusion zu einem Strang und Zerschneiden des extrudierten Stranges. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die vorgeformten Stücke verpackt, versandt und am Ort der Anwendung der Verpackung entnommen werden müssen. Daher verfährt man in einer Ausführungsform vorzugsweise so, dass das thermisch expandierbare Material als Strang extrudiert und versandt und erst unmittelbar vor dem Einbringen in den Hohlraum am Ort der Anwendung in Stücke vorbestimmter Länge zerschnitten wird. Beispielsweise kann dies so erfolgen, dass man den extrudierten Strang zu einer Rolle aufrollt, am Ort der Anwendung abrollt und in Stücke vorbestimmter Länge zerschneidet. Mit einer Greifeinrichtung, beispielsweise einem Roboterarm, können die geschnittenen Stücke gegriffen und in das Hohlbauteil eingesetzt werden. Die Verstärkungsteile aus inertem Material werden vorzugsweise am Ort der Anwendung so bereit gestellt, dass sie ebenfalls von einem Roboterarm ergriffen und in den Hohlraum eingebracht werden können.The thermally expandable material may already be formed into the desired pieces at the place of its manufacture, for example by casting into a suitable mold or by extrusion into a strand and cutting the extruded strand. However, this has the disadvantage that the preformed pieces have to be packed, shipped and removed at the point of application of the package. Therefore, in one embodiment, it is preferable to proceed by extruding and shipping the thermally expandable material as a strand and cutting it into pieces of predetermined length only prior to insertion into the cavity at the point of use. For example, this can be done by rolling up the extruded strand into a roll, unwinding at the point of use and cutting into pieces of predetermined length. With a gripping device, for example a robot arm, the cut pieces can be gripped and inserted into the hollow component. The reinforcing members of inert material are preferably provided at the point of use so that they can also be gripped by a robotic arm and inserted into the cavity.
Alternativ gilt bei Verwendung von thermisch expandierbarem Material in Kugelform, dass man diese in die weiter oben beschriebenen Säckchen abfüllen kann, deren Größe und Form auf die auszufüllenden Zwischenräume abgestimmt ist.Alternatively, when using thermally expandable material in spherical form that you can fill them in the bags described above, whose size and shape is matched to the spaces to be filled.
Ein direkter Kontakt der inerten Verstärkungsteile mit den Innenwänden des Hohlbauteils soll vermieden werden. Daher werden die Verstärkungsteile und die Stücke aus thermisch expandierbarem Material so in dem Hohlraum angeordnet, dass zwischen der Innenwand des Hohlraums und einem Verstärkungsteil jeweils ein Stück aus einem thermisch expandierbaren Material zu liegen kommt. Dabei kann ein einziges inertes Verstärkungsteil eingesetzt werden, das den zu verstärkenden Hohlraum zumindest in einer Querschnittsebene zu mehr als 50 % ausfüllt und das zumindest angenähert in der Mitte des Hohlraums positioniert wird, wäh- reπd in den verbliebenen Raum zwischen Innenwänden des Hohlraums und dem Verstärkungsteil mindestens zwei, vorzugsweise jedoch mehrere Stücke aus thermisch expandierbarem Material eingebracht werden. Man kann jedoch auch zwei oder mehr inerte Verstärkungsteile vorsehen, die nebeneinander in den Hohlraum eingebracht werden, wobei jeweils zwischen den einzelnen Verstärkungsteilen und zwischen Verstärkungsteilen und Innenwand des Hohlraums Stücke aus thermisch expandierbarem Material angeordnet werden. Durch einen entsprechend programmierten Roboter kann dies automatisch erfolgen.Direct contact of the inert reinforcement parts with the inner walls of the hollow component should be avoided. Therefore, the reinforcing members and the pieces of thermally expandable material are disposed in the cavity such that a portion of a thermally expandable material comes to rest between the inner wall of the cavity and a reinforcing member. In this case, a single inert reinforcement part can be used, which fills the cavity to be reinforced at least in a cross-sectional plane by more than 50% and which is at least approximately positioned in the middle of the cavity, while at least two, but preferably a plurality of pieces of thermally expandable material are introduced into the remaining space between inner walls of the cavity and the reinforcement part. However, it is also possible to provide two or more inert reinforcing parts, which are introduced side by side into the cavity, wherein pieces of thermally expandable material are respectively arranged between the individual reinforcing parts and between the reinforcing parts and the inner wall of the cavity. This can be done automatically by a suitably programmed robot.
Analog ordnet man in den genannten alternativen Ausführungsformen dem Vorstehenden entsprechend Säckchen an, die das thermisch expandierbare Material enthalten. Oder man bringt dieses lose in die entsprechenden Zwischenräume ein, wobei zu deren besserer Begrenzung die weiter oben erwähnten vorspringenden Wände oder Rippen an den inerten Verstärkungsteilen hilfreich sein können.Analogously, in the aforementioned alternative embodiments, the bags corresponding to the above are classified, which contain the thermally expandable material. Or one brings this loosely into the corresponding spaces, to better limit the above-mentioned projecting walls or ribs on the inert reinforcement parts can be helpful.
Dabei sieht man vorzugsweise vor, dass man in dem Hohlraum des Hohlbauteils Halteelemente vorsieht, auf weiche das Verstärkungsteil bzw. die Verstärkungsteile und die Stücke aus bzw. die Säckchen mit einem thermisch expandierbarem Material aufgestellt oder an welche das Verstärkungsteil bzw. die Verstärkungsteile und die Stücke aus einem thermisch expandierbarem Material angelehnt werden. Solche Halteelemente können beispielsweise Netze, Siebe oder vorzugsweise perforierte Platten sein. Solche Halteelemente können auch dazu dienen, in Kugel- oder Granulatform oder auch als pumpbare Masse eingebrachtes thermisch expandierbares Material zu fixieren.It is preferably provided that in the cavity of the hollow component holding elements provided on soft the reinforcing member or the reinforcing members and the pieces of the bags or set up with a thermally expandable material or to which the reinforcing member or the reinforcing members and the pieces be ajar from a thermally expandable material. Such holding elements may be, for example, nets, screens or preferably perforated plates. Such holding elements can also serve to fix in a spherical or granular form or as a pumpable mass introduced thermally expandable material.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann man vorsehen, die erwünschte räumliche Anordnung der Teile aus einem thermisch expandierenden Material und der inerten Verstärkungsteile vorzufertigen und im vorgefertigten Zustand in das zu verstärkende Hohlprofil einzusetzen. Für dieses Vorfertigen kann man beispielsweise Halteplatten vorsehen, in welche die Teile aus dem thermisch expandierbaren Teil und die inerte Verstärkungsteile in der erwünschten Anordnung eingesteckt und fixiert werden. Diese Halteplatten können auch die Form einer Gitterstruktur aufweisen. Die Halteplatten können aus einem Material bestehen, das auch als Material für die Verstärkungsteile dienen kann, wie es weiter oben beschrieben wurde. Vorzugsweise weisen die Halteplatten Be- festigungselemente wie beispielsweise Klipse oder Verkleb- oder verschweißbare Flansche auf, so dass die gesamte Anordnung aus Halteplatte und den Teilen aus dem thermisch expandierenden Material und den inerten Verstärkungsteilen beim Zusammenbau eines Hohlprofils aus zwei Halbschalen an der einen Halbschale befestigt werden kann, bevor diese mit der anderen Halbschale verbunden wird.In a preferred embodiment of the present invention may be provided to prefabricate the desired spatial arrangement of the parts of a thermally expanding material and the inert reinforcing parts and insert in the prefabricated state in the hollow profile to be reinforced. For this prefabrication can be provided, for example, holding plates, in which the parts of the thermally expandable part and the inert reinforcing parts are inserted and fixed in the desired arrangement. These holding plates can also have the form of a lattice structure. The retaining plates can be made of a material which can also serve as material for the reinforcing parts, as described above. Preferably, the holding plates fastening elements such as clips or glued or weldable flanges, so that the entire assembly of retaining plate and the parts of the thermally expanding material and the inert reinforcing parts are mounted on the one half shell during assembly of a hollow profile of two half-shells can before it is connected to the other half-shell.
Demnach besteht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass man Teile aus thermisch expandierbarem Material und inerte Verstärkungsteile nebeneinander auf einer Haltevorrichtung anordnet und diese Haltevorrichtung mit der Anordnung der Teile aus thermisch expandierbarem Material und der inerten Verstärkungsteile in das Hohlbauteil einsetzt. Eine entsprechende Anordnung von Teilen aus einem thermisch expandierbaren Material und von inerten Verstärkungsteilen, die durch eine Haltevorrichtung relativ zueinander fixiert werden, gehört ebenfalls zum Umfang der vorliegenden Erfindung.Accordingly, an embodiment of the method according to the invention is that one arranges parts of thermally expandable material and inert reinforcing parts side by side on a holding device and uses this holding device with the arrangement of the parts of thermally expandable material and the inert reinforcing parts in the hollow component. A corresponding arrangement of parts of a thermally expandable material and of inert reinforcing parts, which are fixed by a holding device relative to each other, also belongs to the scope of the present invention.
Vorzugsweise ordnet man die Verstärkungsteile und die Stücke aus oder Säckchen mit thermisch expandierbarem Material so an, dass längs der Innenwände des Hohlbauteils ein Flutspalt einer Breite von etwa 1 bis etwa 10 mm, vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 4 mm verbleibt. Dieser Flutspalt gewährleistet, dass die diversen Prozessflüssigkeiten, mit denen die Rohbaukarosserie behandelt wird, alle Teile der Innenseiten der Hohlraumwände benetzen können. Der Flutspalt schließt sich erst bei der thermischen Expansion der thermisch expandierbaren und härtbaren Masse, wodurch die Zweckerfüllung der Verstärkung, Dämmung, Dämpfung und/oder Abdichtung der Hohlbauteile erreicht wird.Preferably, one arranges the reinforcing members and the pieces or bags of thermally expandable material so that along the inner walls of the hollow member a tipping gap of a width of about 1 to about 10 mm, preferably from about 2 to about 4 mm remains. This flood gap ensures that the various process fluids with which the body shell is treated can wet all parts of the insides of the cavity walls. The flood gap closes only during the thermal expansion of the thermally expandable and curable material, whereby the purpose of filling the reinforcement, insulation, damping and / or sealing of the hollow components is achieved.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Gegenstand, der mindestens ein Hohlbauteil enthält, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren versteift, gedämmt, gedämpft oder abgedichtet wurde. Beispielsweise kann es sich bei diesem Gegenstand um ein Landfahrzeug wie beispielsweise ein Schienen- fahrzeug oder einen Kraftwagen handeln. Erfindungsgemäß verstärkte Hohlbauteile können jedoch auch in Flugzeugen, Schiffen, Ingenieurbauten wie beispielsweise Architekturteilen, Trägem, Brückenteilen und ähnliches eingebaut sein. Bei diesem Gegenstand kann es sich insbesondere um ein Fahrzeug handeln, das ein derart ausgerüstetes Hohlbauteil enthält. Hierfür kommen beispielsweise Hohlträger wie die A-, B- oder C-Säule, Schweller oder ähnliche Hohlbauteile in Betracht.Finally, the present invention relates to an article which contains at least one hollow component which has been stiffened, insulated, damped or sealed by the method according to the invention. For example, this item may be a land vehicle such as a rail vehicle. vehicle or a motor vehicle. However, according to the invention reinforced hollow components can also be installed in aircraft, ships, engineering structures such as architectural parts, carriers, bridge parts and the like. This object may in particular be a vehicle which contains a hollow component equipped in this way. For this example, hollow beams such as the A-, B- or C-pillar, sills or similar hollow components come into consideration.
Beschreibung der Abbildungen:Description of the pictures:
Die Figuren erläutern die vorliegende Erfindung beispielhaft, ohne diese hierauf einzugrenzen.The figures illustrate the present invention by way of example, without limiting it thereto.
Beide Figuren zeigen jeweils schematisch einen Querschnitt durch ein Hohlbauteil wie beispielsweise eine der „Säulen" („pillar") eines Kraftfahrzeugs. Dieses Hohlbauteil wird durch Verbinden zweier Halbschalen 1 a und 1 b an den Flanschen zwischen diesen geschaffen und schließt einen Hohlraum 2 ein. In diesen Hohlraum ist ein, ebenfalls im Querschnitt gezeigtes, inertes Verstärkungsteil 3 eingesetzt, das seinerseits einen Hohlraum 8 umschließt. Dieser ist hier leer dargestellt, kann aber in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von Verstärkungselementen wie Zwischenwänden, Rippen oder Streben durchzogen oder mit einer Schaumstruktur ausgefüllt sein.Each of the figures schematically shows a cross section through a hollow component, such as one of the "pillars" of a motor vehicle. This hollow member is created by connecting two half shells 1 a and 1 b to the flanges between them and includes a cavity 2 a. In this cavity, a, also shown in cross section, inert reinforcing member 3 is used, which in turn surrounds a cavity 8. This is shown here empty, but may be in other embodiments of the present invention by reinforcing elements such as partitions, ribs or struts traversed or filled with a foam structure.
Das inerte Verstärkungsteil 3 weist in diesem Beispiel insgesamt vier vorspringende Wände oder Rippen 4 auf, die jeweils paarweise Zwischenräume 9 eingrenzen, die das thermisch expandierbare Material aufnehmen sollen. In Fig. 1 ist das thermisch expandierbare Material als kompaktes Stück 5 in den Zwischenraum 9 zwischen Verstärkungsteil 3 und den Innenwänden der Halbschalen 1 a und 1 b eingesetzt.The inert reinforcing member 3 has in this example a total of four projecting walls or ribs 4, each narrowing in pairs gaps 9, which are to receive the thermally expandable material. In Fig. 1, the thermally expandable material is used as a compact piece 5 in the space 9 between the reinforcement part 3 and the inner walls of the half-shells 1 a and 1 b.
Fig. 2 zeigt zwei alternative Ausführungsformen, die thermisch expandierbare Masse als Kugeln in den Zwischenraum 9 zwischen Verstärkungsteil 3 und der Innenwand einer Halbschale 1 a bzw. 1 b einzubringen. Dabei ist hier schematisch eine Variante mit angenähert gleich großen Kugeln dargestellt, die aus einem inerten Kern und einer Hülle aus thermisch expandierbarem Material bestehen, wie dies als eine Ausführungsform weiter oben ausführlich beschrieben wurde. Im oberen Zwischenraum 9 sind diese Kugeln in ein Säckchen 7 eingeschlossen, während sie im unteren Zwischenraum 9 als lose Kugelschüttung eingebracht sind. Fig. 2 shows two alternative embodiments, the thermally expandable mass as balls in the space 9 between reinforcement part 3 and the inner wall of a half-shell 1 a and 1 b to introduce. Here is schematic here a variant with approximately equal sized balls shown, which consist of an inert core and a shell of thermally expandable material, as has been described in detail as an embodiment above. In the upper space 9, these balls are enclosed in a bag 7, while they are introduced in the lower space 9 as a loose ball bed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Verstärkung, Dämmung, Dämpfung und/oder Abdichtung von Hohlbauteilen, die einen Hohlraum umschließende innere Begrenzungswände aufweisen, unter Verwendung eines thermisch expandierenden Materials und inerter Verstärkungsteile, dadurch gekennzeichnet, dass man eines oder mehrere inerte Verstärkungsteile und thermisch expandierbares Material, das nicht fest mit den inerten Verstärkungsteilen verbunden ist, nebeneinander so in den Hohlraum einbringt, dass das thermisch expandierbare Material zwischen dem (den) Verstärkungsteil(en) und den inneren Begrenzungswänden angeordnet ist, und das thermisch expandierbare Material durch Erwärmen auf eine Temperatur im Bereich von 130 bis 2200C expandiert und erwünschtenfalls aushärtet.A method for reinforcing, damping, damping and / or sealing of hollow components having a cavity enclosing inner boundary walls, using a thermally expanding material and inert reinforcing members, characterized in that one or more inert reinforcing members and thermally expandable material, the is not fixedly connected to the inert reinforcing members, side by side into the cavity so that the thermally expandable material between the reinforcing member (s) and the inner boundary walls is disposed, and the thermally expandable material by heating to a temperature in the range of 130 to 220 0 C expands and cures if desired.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch expandierbare Material in Form länglicher Teile vorliegt, bei denen eine Abmessung mindestens 90 % der Länge derjenigen Seite des inerten Füllteils entspricht, neben dem das Teil aus thermisch expandierbarem Material angeordnet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the thermally expandable material is in the form of elongated parts in which a dimension corresponds to at least 90% of the length of that side of the inert filling member, adjacent to which the part of thermally expandable material is arranged.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch expandierbare Material als Anordnung aus großen und kleinen Kugeln eingebracht wird, wobei die großen Kugeln einen mittleren Außendurchmesser im Bereich von 2 bis 20 mm aufweisen und die kleinen Kugeln ausgewählt sind aus ersten kleinen Kugeln und zweiten kleinen Kugeln oder aus einer Mischung hiervon, wobei die ersten kleinen Kugeln einen mittleren Außendurchmesser aufweisen, der um nicht mehr als 20 % von dem Durchmesser einer Kugel abweicht, die genau in eine Tetreaderlücke einer dichtesten Packung der großen Kugeln passt und wobei die zweiten kleinen Kugeln einen mittleren Außendurchmesser aufweisen, der um nicht mehr als 20 % von dem Durchmesser einer Kugel abweicht, die genau in eine Oktaederlücke einer dichtesten Packung der großen Kugeln passt, und wobei entweder die großen Kugeln aus einem thermisch expandierbaren Material und die kleinen Kugeln aus einem thermisch inerten Material bestehen, oder dass die kleinen Kugeln aus einem thermisch expandierbaren Material und die großen Kugeln aus einem thermisch inerten Material bestehen, wobei das thermisch expandierbare Material so ausgewählt ist, dass es sich beim Erhitzen von 20 0C auf eine Temperatur im Bereich von 130 bis 220 0C um 5 bis 200 % ausdehnt und sich hierbei verfestigt, und wobei das thermisch inerte Material als ein Material definiert ist, das bei einer Temperatur von nicht mehr als 230 0C nicht erweicht oder schmilzt.3. The method according to claim 1, characterized in that the thermally expandable material is introduced as an arrangement of large and small balls, wherein the large balls have an average outer diameter in the range of 2 to 20 mm and the small balls are selected from first small balls and second small spheres, or a mixture thereof, wherein the first small spheres have an average outer diameter which deviates by no more than 20% from the diameter of a sphere which fits exactly into a tetanoid gap of a closest packing of the large spheres and wherein the second small spheres have an average outer diameter of not more than 20% deviates from the diameter of a sphere that fits exactly into an octahedral gap of a closest packing of the large balls, and where either the large balls of a thermally expandable material and the small balls made of a thermally inert material, or that the small balls of a thermally expandable material and the large balls of a thermally inert material, wherein the thermally expandable material is selected so that when heated from 20 0 C to a temperature in the range of 130 to 220 0 C by 5 to 200% expands and solidified therein, and wherein the thermally inert material is defined as a material which does not soften or melt at a temperature of not more than 230 0 C.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anordnung aus großen und kleinen Kugeln die Anzahl der großen und der kleinen Kugeln um jeweils nicht mehr als 20 % von mindestens einer der folgenden Bedingungen abweicht: a) die Anordnung enthält doppelt so viele erste kleine Kugeln wie große Kugeln, b) die Anordnung enthält genau so viele zweite kleine Kugeln wie große Kugeln.4. The method according to claim 3, characterized in that in the arrangement of large and small balls, the number of large and small balls differs by not more than 20% of at least one of the following conditions: a) the arrangement contains twice as many first small balls like big balls, b) the arrangement contains as many second small balls as big balls.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch expandierbare Material als eine Anordnung von Kugeln vorliegt, ausgewählt aus Hohlkugeln mit einem Innendurchmesser im Bereich von 0,5 bis 10 mm und einer Wandstärke im Bereich von 0,01 bis 2 mm und aus Kugeln aus einem bei einer Temperatur unterhalb von 2200C festen Schaum mit einem Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 12 mm, wobei die Kugeln außen mit einem thermisch expandierbaren Material beschichtet sind.5. The method according to claim 1, characterized in that the thermally expandable material is present as an array of balls selected from hollow spheres having an inner diameter in the range of 0.5 to 10 mm and a wall thickness in the range of 0.01 to 2 mm and from balls of a foam having a diameter in the range of 0.5 to 12 mm, which is solid at a temperature below 220 ° C., the balls being coated on the outside with a thermally expandable material.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Kugeln es aus einer vorgewählten Menge von Kugeln besteht, die sich in einem Behältnis befindet, wobei das Material des Behältnisses so gewählt ist, dass es beim Erwärmen auf eine Temperatur im Bereich von 130 bis 220 0C erweicht oder schmilzt.6. The method according to one or more of claims 3 to 5, characterized in that the arrangement of balls it consists of a preselected amount of balls, which is located in a container, wherein the Material of the container is selected so that it softens or melts when heated to a temperature in the range of 130 to 220 0 C.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Behältnisses schrumpfbar ist und nach dem Befüllen des Behältnisses mit der Anordnung von Kugeln geschrumpft wurde.7. The method according to claim 6, characterized in that the material of the container is shrinkable and shrunk after filling of the container with the arrangement of balls.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch expandierbare Material als Granulat in mindestens einen Zwischenraum zwischen dem (den) Verstärkungsteil(en) und den inneren Begrenzungswänden des Hohlraums eingebracht wird.8. The method according to claim 1, characterized in that the thermally expandable material is introduced as granules in at least one intermediate space between the (the) reinforcing member (s) and the inner boundary walls of the cavity.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch expandierbare Material als pumpbare Masse in mindestens einen Zwischenraum zwischen dem (den) Verstärkungsteil(en) und den inneren Begrenzungswänden des Hohlraums eingebracht wird.9. The method according to claim 1, characterized in that the thermally expandable material is introduced as a pumpable mass in at least one space between the (the) reinforcing member (s) and the inner boundary walls of the cavity.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die inerten Verstärkungsteile mindestens einen Hohlraum aufweisen und/oder aus einer Schaumstruktur bestehen.10. The method according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the inert reinforcing parts have at least one cavity and / or consist of a foam structure.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man Größe und Anzahl der Verstärkungsteile und die Menge an thermisch expandierbarem Material sowie den Expansionsgrad des thermisch expandierbaren Materials so aufeinander abstimmt, dass nach der Expansion des thermisch expandierbaren Materials zumindest in einer Querschnittsfläche des Hohlbauteils der Hohlraum völlig mit dem expandierten thermisch expandierbaren Material und dem(n) Verstärkungs- teil(en) ausgefüllt ist.11. The method according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that one tunes the size and number of reinforcing members and the amount of thermally expandable material and the degree of expansion of the thermally expandable material to each other so that after the expansion of the thermally expandable material at least In a cross-sectional area of the hollow component, the cavity is completely filled with the expanded thermally expandable material and the reinforcing part (s).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, man Größe und Anzahl der Verstärkungsteile und der Menge an thermisch expandierbarem Material sowie den Expansionsgrad des thermisch expandierbaren Materials so aufeinander abstimmt, dass das Volumen des Hohlraums, das durch das expandierte thermisch expandierbare Material und das Verstärkungsteil oder die Verstärkungsteile ausgefüllt ist, zu mindestens 50 Vol.-% durch das Verstärkungsteil oder die Verstärkungsteile ausgefüllt ist.12. The method according to claim 11, characterized in that one size and number of reinforcing parts and the amount of thermally expandable Material and the degree of expansion of the thermally expandable material coordinated so that the volume of the cavity, which is filled by the expanded thermally expandable material and the reinforcing member or the reinforcing members is filled to at least 50 vol .-% by the reinforcing member or the reinforcing members.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsteile runde oder polyederförmige geschlossene oder teilweise offene Hohlkörper oder Rohrstücke mit rundlichem oder mehreckigem Querschnitt darstellen.13. The method according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the reinforcing members are round or polyhedral closed or partially open hollow body or pipe sections with round or polygonal cross-section.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsteile aus einer Schaumstruktur bestehen und runde oder polyederförmige Körper oder Säulen mit rundlichem oder mehreckigem Querschnitt darstellen.14. The method according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the reinforcing members consist of a foam structure and represent round or polyhedral bodies or columns with round or polygonal cross-section.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch expandierbare Material so gewählt wird, dass es sich beim Erwärmen von 200C auf eine Temperatur im Bereich von 130 bis 220 0C um 5 bis 200 % ausdehnt.15. The method according to one or more of claims 1 to 14, characterized in that the thermally expandable material is selected so that it is from 5 to 200% when heated from 20 0 C to a temperature in the range of 130 to 220 0 C. expands.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch expandierbare Material mindestens folgende Komponenten enthält: a) mindestens ein reaktives Präpolymer, b) mindestens ein latentes Treibmittel sowie, falls für die Reaktion der Komponente a) erforderlich, c) mindestens einen latenten Härter für das reaktive Präpolymer.16. The method according to one or more of claims 1 to 15, characterized in that the thermally expandable material contains at least the following components: a) at least one reactive prepolymer, b) at least one latent blowing agent and, if required for the reaction of component a) , c) at least one latent hardener for the reactive prepolymer.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch expandierbare Material zusätzlich mindestens eine der folgenden Komponenten enthält: d) nicht expandierbare Mikrohohlkugeln mit einem Außendurchmesser im Bereich von 0,001 bis 0,1 mm, e) Fasern f) mindestens einen Füllstoff, der keine Mikrohohlkugeln oder Fasern darstellt.17. The method according to claim 16, characterized in that the thermally expandable material additionally contains at least one of the following components: d) non-expandable hollow microspheres having an outer diameter in the range of 0.001 to 0.1 mm, e) fibers f) at least one filler which is not hollow microspheres or fibers.
18. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch expandierbare Material als Strang extrudiert und vor dem Einbringen in den Hohlraum in Stücke vorbestimmter Länge zerschnitten wird.18. The method according to claim 2, characterized in that the thermally expandable material is extruded as a strand and cut into pieces of predetermined length before introduction into the cavity.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass man in dem Hohlraum des Hohlbauteils Halteelemente vorsieht, auf weiche das Verstärkungsteil bzw. die Verstärkungsteile und das thermisch expandierbare Material aufgebracht werden.19. The method according to one or more of claims 1 to 18, characterized in that one provides in the cavity of the hollow member holding elements, on which soft the reinforcing member or the reinforcing members and the thermally expandable material are applied.
20. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Teile aus thermisch expandierbarem Material und inerte Verstärkungsteile nebeneinander auf einer Haltevorrichtung anordnet und diese Haltevorrichtung mit der Anordnung der Teile aus thermisch expandierbarem Material und der inerten Verstärkungsteile in das Hohlbauteil einsetzt20. The method according to claim 2, characterized in that one arranges parts of thermally expandable material and inert reinforcing parts side by side on a holding device and uses this holding device with the arrangement of the parts of thermally expandable material and the inert reinforcing parts in the hollow component
21. Anordnung von Teilen aus einem thermisch expandierbaren Material und von inerten Verstärkungsteilen, die durch eine Haltevorrichtung relativ zueinander fixiert werden.21. Arrangement of parts of a thermally expandable material and inert reinforcing parts, which are fixed by a holding device relative to each other.
22. Gegenstand, der mindestens ein Hohlbauteil enthält, welches nach einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20 versteift, gedämmt, gedämpft oder abgedichtet wurde. 22. An article containing at least one hollow component which has been stiffened, insulated, damped or sealed by a method according to one or more of claims 1 to 20.
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