專利名稱：夾層部件及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有至少一個(gè)預(yù)定斷裂點(diǎn)的夾層部件，該夾層部件在受沖擊時(shí)至少在所述的斷裂點(diǎn)斷裂，本發(fā)明還涉及該部件在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
例如，在汽車領(lǐng)域中夾層部件可用作車頂、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩、后備箱蓋、車門或底板組件，并且也可用作負(fù)載底盤、后行李架或內(nèi)部飾件；在這方面，與大而重的結(jié)構(gòu)部件相比，它們的優(yōu)勢(shì)是具有高抗撓剛度的同時(shí)具有低的面積重量。尤其是，當(dāng)將結(jié)構(gòu)部件裝于平面上時(shí)，主要在該平面上延伸的部件顯示出高的剛度和強(qiáng)度值。但是，在許多結(jié)構(gòu)部件中，這些在平面上的高強(qiáng)度值是不利的。
例如，作為汽車負(fù)載底盤時(shí)，當(dāng)發(fā)生追尾碰撞事故時(shí)，負(fù)載底盤可能不斷裂，而是將碰撞能量傳遞至乘客車廂和乘客。這造成高度潛在的危險(xiǎn)。
因此，目前市售的負(fù)載底盤如果有必要都帶有凹口或狹縫。在發(fā)生事故時(shí)，該預(yù)定的斷裂點(diǎn)削弱了負(fù)載底盤。但是，與此同時(shí)負(fù)載底盤也通常損失了大比例的抗撓剛度和撓曲強(qiáng)度并且減少了工作負(fù)載。
負(fù)載底盤中發(fā)生碰撞時(shí)會(huì)破裂的負(fù)載底盤的鉸鏈軸的設(shè)計(jì)是可行的，但是在技術(shù)上非常費(fèi)事。也存在裂開(kāi)的負(fù)載底盤。此時(shí)，在不利的負(fù)載條件下，整個(gè)負(fù)載僅停留在一個(gè)子片段上，這是不利的。這需要單個(gè)片段具有額外的高抗撓剛度。
另外，依據(jù)特殊的支承結(jié)構(gòu)件可以確保發(fā)生事故時(shí)負(fù)載底盤會(huì)轉(zhuǎn)向無(wú)害的位置。但是不能在每個(gè)車輛中都實(shí)現(xiàn)這種非常精細(xì)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)件，一方面，它表現(xiàn)出低的重量，另一方面，它表現(xiàn)出高的抗撓剛度和撓曲強(qiáng)度，并且另外當(dāng)發(fā)生事故(碰撞、尤其是追尾碰撞)時(shí)，不將碰撞能量傳遞至乘客間并且因此而危害乘客。
通過(guò)將至少一個(gè)預(yù)定的斷裂點(diǎn)引入夾層部件從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明，由此，當(dāng)追尾碰撞時(shí)，夾層部件在斷裂點(diǎn)處斷裂，以使碰撞的能量不被傳遞(減少了夾層部件在平面內(nèi)的強(qiáng)度)，而在工作負(fù)載下?lián)锨鷱?qiáng)度和抗撓剛度保持不變。
以下對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述會(huì)使本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)以及有益效果更明顯。
對(duì)本發(fā)明的描述是為了解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限制。
本發(fā)明提供的夾層部件具有至少一個(gè)預(yù)定的斷裂點(diǎn)，該夾層部件由以下構(gòu)成a)芯層，優(yōu)選由至少一層構(gòu)成，和b)與芯層緊密相連的兩個(gè)外層，優(yōu)選每一層均由至少一層構(gòu)成，c)任選地，一個(gè)或多個(gè)位于芯層和外層之間的粘合層。
其中，在夾層部件的第一(張力)側(cè)上，夾層部件的至少一部分內(nèi)包括有至少一個(gè)分層構(gòu)件，并且其中該分層構(gòu)件設(shè)置在位于第一(張力)側(cè)上的外層和芯層之間，或包含于夾層部件第一(張力)側(cè)上的芯層的第三最外層中。
第一(張力)側(cè)是夾層部件在有撓曲負(fù)荷時(shí)經(jīng)受張應(yīng)力的那一側(cè)。
對(duì)于本發(fā)明的外層，可利用散布有塑料(比如聚碳酸酯、聚酰胺、聚氨酯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物及其混合物，環(huán)氧樹(shù)脂、特別是聚氨酯樹(shù)脂)的纖維材料，比如玻璃纖維薄氈、玻璃纖維絨頭織物、玻璃纖維無(wú)規(guī)層、玻璃纖維布、短的或磨碎的玻璃纖維和礦物纖維、天然纖維層、天然纖維編織物、天然短纖維以及纖維毯片、纖維狀絨頭織物和基于聚合物纖維、碳纖維或芳族聚酰胺纖維及其混合物編織的纖維狀編織物。也可利用塑料比如聚碳酸酯、聚酰胺、聚氨酯、聚酯、聚醚、共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物及其混合物。另外，可利用金屬板、塑料板、木板或膠合板。本發(fā)明優(yōu)選使用具有聚氨酯樹(shù)脂的玻璃纖維編織物。
作為芯層，本發(fā)明優(yōu)選使用可熱成形并且熱固性的聚氨酯和熱塑性發(fā)泡材料、紙多孔結(jié)構(gòu)、金屬多孔結(jié)構(gòu)或塑料多孔結(jié)構(gòu)(具有多孔結(jié)構(gòu)或波紋結(jié)構(gòu))。
作為分層構(gòu)件，具有分離作用(削弱外層和芯層之間的粘合，或削弱張力側(cè)的芯層)的分層構(gòu)件是在(a)在制造夾層部件的過(guò)程中原位或(b)隨后加入的，可優(yōu)選將其設(shè)置在外層和芯層之間。
在(a)情況下，適宜的材料包括但不限于紙、紙板、塑料箔和板或金屬板箔片和板、織物、在一側(cè)提供粘合層的塑料或金屬箔、木板或膠合板、不透水的織物或天然或合成的紡織織物、以及作為隔離介質(zhì)和無(wú)粘合劑或無(wú)連接劑區(qū)域的固體或液體膜。當(dāng)使用粘合層時(shí)，無(wú)粘合劑的區(qū)域例如可作為分層構(gòu)件?？捎煞謱訕?gòu)件產(chǎn)生無(wú)粘合區(qū)域或低粘合或不粘合的區(qū)域，所述分層構(gòu)件是在制造被移去的夾層部件的過(guò)程中被插入的。
適于(b)情況的是隨后進(jìn)行的受限于局部的機(jī)械或熱分離，比如鋸、切、劈或激光切割芯層和張力側(cè)的外層，以形成不粘合區(qū)域。
更優(yōu)選利用情況(a)所述的分層構(gòu)件來(lái)獲得分離作用。
本發(fā)明的夾層部件特別適用于在汽車領(lǐng)域中作為頂部組件、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、后背箱蓋組件、門組件或底板組件，特別是作為負(fù)載底盤、后行李架或內(nèi)部飾件。
撓曲強(qiáng)度是撓曲負(fù)載的極限，超過(guò)該極限會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件的失效。
抗撓剛度是結(jié)構(gòu)件對(duì)撓曲的抗性。
基于下面的實(shí)施例將更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式
在對(duì)比例1中，對(duì)沒(méi)有預(yù)定斷裂點(diǎn)的樣品板平面(碰撞方向)進(jìn)行了抗壓測(cè)試，在實(shí)施例2中，進(jìn)行了本發(fā)明具有預(yù)定斷裂點(diǎn)樣品板平面的抗壓測(cè)試。在對(duì)比例3中，測(cè)量了沒(méi)有預(yù)定斷裂點(diǎn)樣品的抗撓剛度和撓曲強(qiáng)度，并且在實(shí)施例4中，測(cè)試了本發(fā)明具有預(yù)定斷裂點(diǎn)樣品的抗撓剛度和撓曲強(qiáng)度?；诳箟簻y(cè)試的實(shí)施例5和6表明如何通過(guò)調(diào)整本發(fā)明預(yù)定斷裂點(diǎn)的類型和幾何學(xué)來(lái)控制斷裂行為。
原材料多元醇1OH值為865的聚醚多元醇，通過(guò)將環(huán)氧丙烷加在作為引發(fā)劑的三羥甲基丙烷上制成。
多元醇2OH值為1000的聚醚多元醇，通過(guò)將環(huán)氧丙烷加在作為引發(fā)劑的三羥甲基丙烷上制成。
多元醇3OH值為42的聚醚多元醇，通過(guò)將86％的環(huán)氧丙烷和14％的環(huán)氧乙烷加在作為引發(fā)劑的丙二醇上制成。
聚異氰酸酯異氰酸酯含量為31.5wt％的聚合體MDI(DESMODUR44V20L，Bayer AG)。
穩(wěn)定劑硅氧烷穩(wěn)定劑POLYURAX SR242 Osi Crompton WitcoSpecialities，F(xiàn)rankfurt。
催化劑胺催化劑THANCAT AN10，Air Products GmbH，Hattingen。
染料BAYDUR Schwarzpaste DN，Bayer AG，Leverkusen。
聚氨酯配方1多元醇1 30重量份多元醇2 20重量份多元醇3 33重量份催化劑 2.8重量份穩(wěn)定劑 1.3重量份乙酸 0.3重量份染料 3.3重量份聚異氰酸酯140重量份由多元醇1-3形成的多元醇混合物具有568mg KOH/g的平均OH值。
對(duì)比例1(對(duì)沒(méi)有預(yù)定斷裂點(diǎn)樣品的抗壓測(cè)試)在由厚度為20mm并且面積重量為1,600g/m2的5/5型波紋板紙多孔結(jié)構(gòu)制成的平面芯層上，在其兩側(cè)放置的切碎的玻璃纖維薄氈其面積重量為450g/m2，該薄氈經(jīng)過(guò)了室溫下噴450g/m2聚氨酯配方1的處理。將該夾層部件引入加熱至130℃的平口刀具，并且隨后壓模至19.4mm厚。在壓制180秒之后，打開(kāi)該刀具并且取出完成的夾層部件。該夾層部件的尺寸達(dá)到約1000mm×1000mm。
從由此制成的夾層部件鋸出尺寸為400mm×180mm(長(zhǎng)×寬)的三個(gè)矩形樣品，樣品的長(zhǎng)邊與芯層的紙波紋走向成直角。用通用的張力/抗壓測(cè)試機(jī)以5mm/min的速度單軸向施壓于這些樣品的正面。因此，壓應(yīng)力作用在樣品板平面內(nèi)樣品的較長(zhǎng)尺寸方向。該力導(dǎo)致樣品在達(dá)到14173N、14093N和1592gN(平均值14731N)時(shí)失效。
實(shí)施例2(具有預(yù)定斷裂點(diǎn)樣品的抗壓測(cè)試)將分層構(gòu)件施加在上述芯層上，該分層構(gòu)件是Beiersdorf AG制造的，其商品名稱為TESA并且其名稱為TESAMETAL 4500，它由一側(cè)涂覆有粘合劑的鋁帶制成。將該分層構(gòu)件切成15mm寬和1000mm長(zhǎng)，并且將其粘在芯層中央與紙波紋走向平行的一側(cè)。接著在其兩側(cè)放置面積重量為450g/m2的切碎的玻璃纖維薄氈，該薄氈經(jīng)過(guò)了室溫下噴450g/m2聚氨酯配方1的處理。將該夾層部件引入加熱至130℃的平口刀具，并且隨后壓模至19.4mm厚。在壓制180秒之后，打開(kāi)該刀具并且取出完成的夾層部件。該夾層部件的尺寸達(dá)到約1000mm×1000mm。由該板鋸出尺寸為400mm×180mm的三個(gè)矩形樣品，樣品的長(zhǎng)邊與芯層的紙波紋走向成直角。鋸出樣品的方式是使分層構(gòu)件位于樣品的中央。除了分層構(gòu)件外，制造的這些樣品與對(duì)比例1的樣品相同。
按照與對(duì)比例1類似的方式進(jìn)行抗壓測(cè)試。導(dǎo)致樣品失效的力(斷裂負(fù)載)力達(dá)到5622N、5106N和5777N(平均值5502N)。與沒(méi)有預(yù)定斷裂點(diǎn)的夾層部件(對(duì)比例1)相比，由于實(shí)施例2的預(yù)定斷裂點(diǎn)，得到的斷裂負(fù)載平均值減少至37％。
對(duì)比例3(沒(méi)有預(yù)定斷裂點(diǎn)樣品的撓曲測(cè)試)由對(duì)比實(shí)施例1所述的夾層部件得到尺寸均為長(zhǎng)240mm、寬60mm的五個(gè)樣品。波紋狀多孔結(jié)構(gòu)的方向與樣品的長(zhǎng)度方向成直角。根據(jù)DIN 53293進(jìn)行彎曲測(cè)試。確定的有效抗撓剛度值是80.6×106Nmm2、82.1×106Nmm2、72.1×106Nmm2、75.4×106Nmm2和77.5×106Nmm2(平均值77.5×106Nmm2)。失效時(shí)的力達(dá)到853.6N、826.4 N、828.7N、845.4N和820.6N(平均值834.9N)。
實(shí)施例4(具有預(yù)定斷裂點(diǎn)樣品的彎曲測(cè)試)由實(shí)施例2所述的夾層部件得到尺寸均為長(zhǎng)240mm、寬60mm的五個(gè)樣品。波紋狀多孔結(jié)構(gòu)的方向與樣品的長(zhǎng)度方向成直角，分層構(gòu)件位于樣品的中間。根據(jù)DIN 53293進(jìn)行彎曲測(cè)試。樣品插入測(cè)試設(shè)備的方式是使分層構(gòu)件位于樣品的張力側(cè)。確定的有效抗撓剛度值是84.3×106Nmm2、76.1×106Nmm2、74.6×106Nmm2、79.2×106Nmm2和72.3×106Nmm2(平均值77.3×106Nmm2)。失效時(shí)的力達(dá)到875.2N、864.8N、872.2N、849.1N和867.7N(平均值865.8N)。
當(dāng)分層構(gòu)件設(shè)置在夾層部件第一(張力)側(cè)時(shí)，具有分層構(gòu)件和沒(méi)有分層構(gòu)件對(duì)應(yīng)的有效抗撓剛度在測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)變化限度內(nèi)沒(méi)有變化。具有分層構(gòu)件時(shí)(實(shí)施例4)導(dǎo)致樣品失效的力不在沒(méi)有分層構(gòu)件時(shí)(對(duì)比例3)導(dǎo)致樣品失效的力之下。
實(shí)施例5(具有預(yù)定斷裂點(diǎn)樣品的抗壓測(cè)試)按照與實(shí)施例2類似的方式用相同的分層構(gòu)件(TESAMETAL 4500)進(jìn)行抗壓測(cè)試，這次切成35mm寬。導(dǎo)致樣品失效的力(斷裂負(fù)載)力達(dá)到1838N、1654N和1735N(平均值1742N)。
實(shí)施例6(具有預(yù)定斷裂點(diǎn)樣品的抗壓測(cè)試)按照與實(shí)施例2類似的方式用另一個(gè)分層構(gòu)件(Beiersdorf AG制造的商品名稱為TESA、名稱為4304的粘合帶；紙帶的一側(cè)涂覆有粘合劑)進(jìn)行抗壓測(cè)試。將分層構(gòu)件切成35mm寬。導(dǎo)致樣品失效的力(斷裂負(fù)載)力達(dá)到5146N、5374N和4712N(平均值5077N)。
盡管為了解釋的目的詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解為該詳述僅僅是為了解釋的目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員不背離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍可作出改變。
權(quán)利要求
1.一種夾層部件，它包括a)芯層；和b)與芯層緊密相連的兩個(gè)外層，c)任選地，至少一個(gè)位于芯層和外層之間的粘合層，其中，在夾層部件的第一(張力)側(cè)上，夾層部件的至少一部分內(nèi)包括分層構(gòu)件，并且其中該分層構(gòu)件設(shè)置在位于第一(張力)側(cè)上的外層和所述芯層之間，或包含于夾層部件第一(張力)側(cè)上的芯層的第三最外層中。
2.一種制造頂部組件、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、后背箱蓋組件、門組件、底板組件、負(fù)載底盤、后行李架或內(nèi)部飾件之一的工藝，其改進(jìn)在于包括權(quán)利要求1的夾層部件。
3.由權(quán)利要求2的工藝制成的頂部組件、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、后背箱蓋組件、門組件、底板組件、負(fù)載底盤、后行李架或內(nèi)部飾件中的一種。
4.權(quán)利要求1的夾層部件，其中芯層由至少一層構(gòu)成。
5.權(quán)利要求1的夾層部件，其中兩個(gè)外層中的每一層均由至少一層構(gòu)成。
6.權(quán)利要求1的夾層部件，其中兩個(gè)外層是由至少一種選自如下的材料制成纖維薄氈、玻璃纖維絨頭織物、玻璃纖維無(wú)規(guī)層、玻璃纖維布、短的或磨碎的玻璃纖維、短的或磨碎的礦物纖維、天然纖維層、天然纖維編織物、天然短纖維以及纖維毯片、纖維狀絨頭織物和基于聚合物纖維、碳纖維或芳族聚酰胺纖維的纖維狀編織物。
7.權(quán)利要求1的夾層部件，其中芯層是由至少一種選自如下的材料制成可熱成形和/或熱固性聚氨酯、熱塑性發(fā)泡材料、紙多孔結(jié)構(gòu)、金屬多孔結(jié)構(gòu)和塑料多孔結(jié)構(gòu)。
8.權(quán)利要求1的夾層部件，其中分層構(gòu)件在制造夾層部件的過(guò)程中引入。
9.權(quán)利要求1的夾層部件，其中分層構(gòu)件在制造夾層部件之后引入。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具體至少一個(gè)預(yù)定斷裂點(diǎn)的夾層部件，在受沖擊時(shí)該夾層部件在該預(yù)定斷裂點(diǎn)斷裂。本發(fā)明還涉及該夾層部件的應(yīng)用，尤其是在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。
文檔編號(hào)B32B3/12GK1454772SQ031241
公開(kāi)日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2003年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月2日
發(fā)明者K·弗蘭肯, R·保羅 申請(qǐng)人:拜爾公司