ES2244890T3

ES2244890T3 - Amortiguador de impacto.

Info

Publication number: ES2244890T3
Application number: ES03076956T
Authority: ES
Inventors: Shin Yokohama Plant Bridgestone Corporation Tada; Tatsuo Yokohama Plant Bridgestone Corp. Yata; Keiichiro Yokohama Plant Bridgestone Corp. Tabata; Yoshi Yokohama Plant Bridgestone Corp. Nabeshima
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2005-12-16
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: DE69914683T2; EP1350684B1; EP0974494A3; US6221930B1; EP0974494A2; DE69926089D1; DE69914683D1; ES2216444T3; DE69926089T2; EP0974494B1; EP1350684A3; EP1350684A2

Abstract

Un amortiguador incluyendo material de espuma de resina, donde un área en sección transversal de dicho amortiguador (1) en una dirección perpendicular a una dirección del eje de compresión (x) cambia al menos parcialmente en dicha dirección del eje de compresión (x), dicho material de espuma de resina es una espuma de poliuretano rígida formada espumando una materia prima de espuma de poliuretano que incluye compuestos polihidroxilo y compuestos poliisocianato como componentes principales, e incluye además partículas con un diámetro medio de 0, 05 a 100 ìm a una relación de 1 a 200 por ciento en peso de dichos compuestos hidroxilo, caracterizado porque dicho amortiguador (1) tiene una forma en sección transversal que es trapezoidal, o es aproximadamente trapezoidal y que tiene una porción de sección transversal trapezoidal en la dirección a lo largo del eje de compresión (x), donde dicha forma en sección transversal trapezoidal o dicha sección transversal trapezoidal tiene porciones inclinadas opuestas cada una de las cuales interseca diagonalmente la dirección (x) del eje de compresión, y un ángulo è entre la dirección del eje de compresión (x) y la respectiva porción inclinada es al menos 15°, y donde el amortiguador tiene una relación aproximadamente lineal entre distorsión y esfuerzo de compresión en la dirección del eje de compresión (x).

Description

Amortiguador de impacto.

La presente invención se refiere a un amortiguador, y se refiere más en particular a un amortiguador que es ideal como una almohadilla amortiguadora incorporada en una moldura de puerta, moldura de pilar central, y análogos, incorporada dentro de un vehículo, para amortiguar un choque recibido por un pasajero cuando el vehículo experimenta una colisión.

Para absorber el choque que recibe un pasajero en el torso superior durante una colisión de vehículo, un material amortiguador debe exhibir un esfuerzo que es lineal con respecto a la carrera de compresión (distorsión de compresión). Es decir, el material deberá tener una forma de onda F-S (forma de onda de fuerza-carrera) donde el esfuerzo es proporcional a la carrera de compresión. En muchos casos se ha usado convencionalmente, una chapa de hierro, espuma de poliuretano semirrígida, y análogos como materiales que tienen este tipo de forma de onda F-S lineal.

Sin embargo, aunque una chapa de hierro, uno de los materiales amortiguadores usados convencionalmente, tiene una forma de onda F-S lineal como se representa en la figura 2A, tiene el inconveniente de que es pesada y en consecuencia aumenta el peso del vehículo.

Por otra parte, la espuma de poliuretano semirrígida tiene la forma de onda F-S representada en la figura 2B, que tiene el inconveniente de que la forma de onda F-S es lineal solamente durante el período inicial de compresión (cuando la carrera de compresión es pequeña), y se desvía de la forma de onda requerida cuando aumenta la carrera de compresión.

Se usa generalmente espuma de poliuretano rígida como un material amortiguador, pero incluso una espuma de poliuretano rígida con un nivel bajo de dureza, que tiene un esfuerzo de compresión de aproximadamente 3,0 kg/cm^{2}, o una espuma de poliuretano rígida con un nivel alto de dureza, que tiene un esfuerzo de compresión de aproximadamente 8,0 kg/cm^{2}, tiene una forma de onda que se desvía considerablemente de la forma de onda requerida, como representa esquemáticamente la forma de onda F-S de la figura 2C.

Como se representa en la figura 8 (vista en sección transversal vertical), se disponen amortiguadores de energía de choque 82, para proteger la parte del tórax al hombro del pasajero en una colisión de vehículo, en posiciones necesarias en la cara trasera de una moldura de puerta 81 de un vehículo (la cara en el lado opuesto al interior del vehículo). Los amortiguadores de energía 82 constan generalmente de un material con excelentes características de absorción de energía tal como espuma de poliuretano rígida, o cuerpos de espuma de polipropileno en forma de perlas, polietileno, o una resina del tipo de poliolefina, y se unen fijamente a la moldura de puerta 81 usando adhesivo de fusión en caliente o cinta de dos caras o análogos.

Cada uno de los materiales anteriores de los amortiguadores de energía tiene un nivel de dureza comparativamente alto, y por lo tanto los amortiguadores de energía 82 tienen baja durabilidad a los choques y tienden a romperse durante una colisión. En consecuencia, cuando se utilizan los amortiguadores de energía convencionales 82, como por ejemplo en el caso mostrado en las figuras 8A y 8B, donde una MDB (barrera deformable móvil) 85 ha chocado en los lados desde el lado de la chapa exterior 83, la forma de la chapa exterior 83 se distorsiona y la MDB 85 entra en el interior del vehículo, y como resultado, los amortiguadores de energía 82 se rompen por el choque y se hacen añicos. Posteriormente, después de perderse los amortiguadores de energía 82, el muñeco 84 choca con la moldura de puerta 81, y como resultado, no se obtiene ningún efecto de absorción de energía de los amortiguadores de energía 82.

US-A-5667741 describe un amortiguador que tiene las características de la porción precaracterizante de la reivindicación 1.

Una finalidad de la presente invención es resolver los problemas antes descritos en la técnica previendo un amortiguador incluyendo un material ligero de espuma de resina que tiene una forma de onda F-S ideal requerida para una almohadilla amortiguadora.

La presente invención proporciona un amortiguador incluyendo material de espuma de resina según la reivindicación 1.

Cambiando el área en sección transversal del amortiguador, la relación entre distorsión y esfuerzo de compresión en la dirección del eje de compresión se hace aproximadamente lineal.

Incluso en el caso de una almohadilla que consta de un material de espuma de resina que no tiene una forma de onda F-S lineal, cambiando al menos parcialmente y/o aumentando su área en sección transversal en la dirección del eje de compresión, la relación entre distorsión y esfuerzo de compresión en la dirección del eje de compresión, que es la forma de onda F-S, se puede hacer aproximadamente lineal.

El amortiguador de la presente invención consta de una espuma de poliuretano rígida que puede tener una forma de onda F-S como la representada en la figura 2C, y se puede usar fácilmente como una almohadilla amortiguadora que tiene una forma de onda F-S ideal previendo una forma en sección transversal trapezoidal.

El amortiguador de la presente invención es especialmente útil dentro de un vehículo como una almohadilla amortiguadora para proteger a un pasajero del vehículo, amortiguando el choque recibido por el pasajero cuando el vehículo experimenta una colisión, y especialmente como una almohadilla amortiguadora incorporada en una moldura de puerta y moldura de pilar central y análogos del vehículo, para proteger al pasajero desde el tórax hasta los hombros.

En la presente invención, la forma de onda F-S (es decir, la relación entre distorsión de compresión (carrera) y el esfuerzo de compresión en la dirección del eje de compresión) del material propiamente dicho se determina, como se representa en la figura 3, colocando un material de prueba 11 que tiene un grosor de 50 mm x 50 mm x 50 mm entre bastidores de presión 12 y 13, comprimiéndolo a una velocidad de compresión de 50 mm/min, y midiendo su esfuerzo de compresión contra la carrera de compresión.

Las formas de onda F-S de las almohadillas amortiguadoras de choque 1A a 1D, como se representa más tarde en las figuras 1A a 1D, se pueden determinar igualmente sustituyendo el material de prueba de la figura 3 por las almohadillas amortiguadoras de choque 1A a 1D e insertándolas entre los bastidores de presión 12 y 13 como antes.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un amortiguador de energía de choque que no se hace añicos después de la rotura debida a choque, puede lograr adecuadamente una capacidad deseada de absorción de energía, y tiene excelentes efectos de protección de pasajeros.

La presente invención también proporciona un amortiguador de energía de choque incluyendo un material de refuerzo unido a un material amortiguador de energía compuesto del amortiguador según la presente invención.

Dado que el amortiguador de energía de este aspecto tiene el material de refuerzo unido a un material de absorción de energía, incluso cuando el material de absorción de energía se rompe debido a un choque, el material de refuerzo evita que se haga añicos, manteniendo por lo tanto fiablemente el material de absorción de energía en su posición prevista. En consecuencia, puede lograr adecuadamente una capacidad deseada de absorción de energía, y proteger fiablemente a los pasajeros.

El material de refuerzo puede incluir estambre, gasa, tufnel, una lámina metálica, o una hoja de resina. Tal material de refuerzo se deberá adherir preferiblemente a una superficie del material de absorción de energía con un adhesivo, o alternativamente, unirse en un cuerpo único a una superficie del material de absorción de energía por soplado de juntas durante la fabricación del material de absorción de energía.

El amortiguador de energía del tercer aspecto es especialmente apropiado para uso dentro de un vehículo, y especialmente como un amortiguador de energía para salientes laterales incorporados en una moldura de puerta del vehículo, para proteger a un pasajero en su tórax hasta los hombros.

Ahora se describirá realizaciones de la presente invención a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos anexos, en los que:

Las figuras 1A a 1D son vistas esquemáticas en sección transversal de un ejemplo del amortiguador de la presente invención.

Las figuras 2A a 2C son gráficos que muestran formas de onda F-S de varios tipos de material.

La figura 3 es una vista esquemática en sección transversal que muestra métodos de medir formas de onda F-S.

Las figuras 4A a 4C son diagramas que explican principios de estabilizar formas de onda F-S en la presente invención, siendo la figura 4A un gráfico que muestra una forma de onda F-S de una pieza cúbica de prueba de espuma de poliuretano rígida, siendo la figura 4B una vista en sección transversal de un ejemplo de una almohadilla amortiguadora de la presente invención, y siendo la figura 4C un gráfico que muestra una forma de onda F-S de la almohadilla amortiguadora de la figura 4B.

La figura 5 es un gráfico que muestra los resultados del ejemplo 1.

Las figuras 6A a 6E son vistas en perspectiva de un ejemplo de un amortiguador de energía.

La figura 7 es una vista en sección transversal que muestra un ejemplo de unir un amortiguador de energía a una moldura de puerta.

La figura 8 es una vista en sección transversal de un amortiguador de energía convencional para un saliente lateral en un estado unido.

Las figuras 9A a 9C son vistas en perspectiva de unos cuerpos de prueba utilizados en los ejemplos 2, 3 y en el ejemplo comparativo 1.

La figura 10 es un diagrama que explica los métodos de prueba de los ejemplos 2, 3 y el ejemplo comparativo 1.

La figura 11 es un gráfico que muestra resultados de la prueba del ejemplo comparativo 1.

La figura 12 es un gráfico que muestra resultados de la prueba del ejemplo 2.

La figura 13 es un gráfico que muestra resultados de la prueba del ejemplo 3.

Y las figuras 14A a 14C son diagramas que explican una forma de onda F-S de un ejemplo comparativo, siendo la figura 14A un gráfico que muestra una forma de onda F-S de una pieza cúbica de prueba de espuma de poliuretano rígida, siendo la figura 14B una vista en sección transversal de un ejemplo de una almohadilla amortiguadora del ejemplo comparativo, y siendo la figura 14C un gráfico que muestra una forma de onda F-S de la almohadilla amortiguadora de la figura 14B.

A continuación se describirán con detalle realizaciones preferidas de la presente invención con referencia a los dibujos anexos.

Las figuras 1A a 1D y la figura 4B son vistas esquemáticas en sección transversal de una realización de una almohadilla amortiguadora de la presente invención. En la figura 1 el símbolo X representa la dirección de compresión.

Las almohadillas amortiguadoras de choque 1A, 1B, IC y 1D, y 1 de las figuras 1A a 1D y la figura 4B constan de espuma de poliuretano rígida, y están diseñadas de manera que su área en sección transversal en la dirección perpendicular a la dirección del eje de compresión X (a continuación esta área en sección se abreviará a veces "área de presión") aumente al menos parcialmente y/o cambie en la dirección del eje de compresión X, por lo que sus formas de onda F-S son aproximadamente lineales. Como se representa en la figura 2C, la espuma de poliuretano rígida adecuada para la presente invención tiene un esfuerzo de compresión aproximadamente constante en la región de carrera de compresión a a b, independientemente de la carrera de compresión. Por lo tanto, la carga superficial se puede considerar proporcional al área de presión, y cambiando el área de presión (es decir, el área en sección transversal en la dirección perpendicular a la dirección del eje de compresión X) correspondiente a la carrera de compresión, es fácil diseñar la espuma de manera que la carrera de compresión y el esfuerzo de compresión sean proporcionales, en otros términos, de manera que la forma de onda F-S sea casi lineal.

Es decir, como se representa en el ejemplo 2 a continuación, cuando se midió la forma de onda F-S de una pieza cúbica de prueba de espuma de poliuretano rígida adecuada para la presente invención, que tiene un grosor de 50 mm x 50 mm x 50 mm, usando el método de la figura 3, como se representa en la figura 4A, en la región donde la carrera de compresión es 0 a a, el esfuerzo y la carrera son aproximadamente proporcionales, en la región de carrera a a b, el esfuerzo es aproximadamente constante independientemente de la carrera, y en la región de carrera b a c, el esfuerzo es de nuevo proporcional a la carrera. Como se representa en la figura 4B, este tipo de espuma de poliuretano rígida se utiliza para formar una almohadilla amortiguadora 1, que tiene una porción superior (la porción lateral izquierda en la figura 4B) 0 a a con una forma en sección transversal uniforme, pero en la región siguiente a a b, el área en sección transversal aumenta gradualmente, y en la región b a c, la forma en sección transversal es uniforme, formando por ello una forma en sección transversal aproximadamente trapezoidal (aproximadamente un cono truncado). En consecuencia, como se representa en la figura 4C, se mejora la forma de onda F-S para la región de carrera a a b, haciendo posible lograr una forma de onda F-S ideal que tiene una forma lineal general.

El área de presión de la almohadilla amortiguadora de la presente invención solamente se tiene que diseñar de manera que la forma de onda F-S deseada se pueda obtener en una carrera de compresión predeterminada según las características requeridas, y no hay restricciones a su forma. Por ejemplo, como formas ejemplares de la almohadilla amortiguadora de la presente invención, la figura 4B, la figura 1A, la figura 1B y la figura 1C muestran almohadillas amortiguadoras de choque 1, 1A, 1B y 1C, que son de sección transversal trapezoidal o aproximadamente trapezoidal. Además, cuando se utiliza como material dentro de un vehículo, la almohadilla se puede unir a la superficie de la moldura de puerta, y en este caso, una de sus caras deberá tener preferiblemente una forma que encaje a lo largo de la forma de la moldura de puerta. Por ejemplo, una almohadilla amortiguadora 1D de forma irregular se puede prever, como la representada en la figura 1D, pero no hay restricciones de ningún tipo. Para la almohadilla amortiguadora provista de un ahusamiento, el ángulo de la inclinación de tales porciones (ángulo \theta en la figura 1) es al menos
15º.

Como ya se ha explicado, la almohadilla amortiguadora de la presente invención incluye una espuma de poliuretano rígida que tiene preferiblemente una forma de onda F-S como la representada en la figura 2C, es decir, una que no tiene un punto de deformación (un punto en su forma de onda F-S donde el esfuerzo disminuye después de aumentar en correspondencia con la distorsión), siendo la distorsión y el esfuerzo casi proporcionales en el período inicial de compresión, siendo el esfuerzo prácticamente constante frente a cambios de distorsión después de llegar a un cierto valor de esfuerzo y aumentando después una vez más en el período de compresión final.

Tal espuma de poliuretano rígida se hace mediante reacción de espumación de materias primas de espuma de poliuretano, incluyendo compuestos polihidroxilo y compuestos poliisocianato como sus componentes principales. Se incluyen partículas con un diámetro medio de 0,05 a 100 \mum en la materia prima de espuma a una relación de 1 a 200 partes en peso por 100 partes en peso de compuesto hidroxilo. Con esta espuma de poliuretano rígida, las partículas anteriores se dispersan dentro de las membranas celulares de la espuma de poliuretano rígida, donde permanecen. En consecuencia, cuando se comprime la espuma de poliuretano rígida, su esfuerzo con respecto a la distorsión cambiante es constante, como se representa en la figura 2C. No hay punto de deformación, dando buena eficiencia de absorción de energía.

En general, cuando se comprime una espuma de poliuretano rígida, se destruyen celdas aleatoriamente, creando un punto de deformación en la forma de onda F-S y el esfuerzo que no es constante con respecto a los cambios de distorsión. Sin embargo, en el caso de la espuma de poliuretano rígida de la presente invención, las celdas se destruyen secuencialmente a partir del lado al que se aplica distorsión de compresión. Como resultado, como se representa en la figura 2C, se obtiene una forma de onda F-S en la que no hay punto de deformación, la distorsión y el esfuerzo son aproximadamente proporcionales durante la primera etapa de compresión, el esfuerzo es prácticamente constante con respecto a los cambios de la distorsión después de llegar a un cierto valor de esfuerzo, y el esfuerzo aumenta en el período de compresión final.

El mecanismo por el que la presencia de partículas en la película de celdas garantiza que el esfuerzo sea constante con respecto a cambios de la distorsión todavía no es completamente claro, pero se puede suponer que la presencia de partículas de una sustancia diferente mantiene constante la destrucción de cada celda. Es decir, la presencia de las partículas es el punto de concentración de esfuerzos en cada celda, teniendo por lo tanto el mismo efecto que disponer una ranura.

A continuación, se explicará un método de formar este tipo de espuma de poliuretano rígida.

Esta espuma de poliuretano rígida se prepara espumando materias primas de espuma de poliuretano rígida, incluyendo compuestos polihidroxilo y compuestos poliisocianato como sus componentes principales, a los que se añaden partículas de un diámetro específico, y además, un catalizador, un agente de soplado, un estabilizante de espuma, y otros agentes suplementarios según se desee.

No hay restricciones particulares relativas al compuesto polihidroxilo usado. Por ejemplo, poliéter polioles, obtenidos por polimerización de adición de anillo abierto de un óxido de alquileno, tal como óxido de etileno u óxido de propileno, con glicerina, sacarosa, o etilendiamina; poliéter polioles, obtenidos por policondensación de un ácido polibásico, tal como ácido adípico y ácido succínico, y un compuesto polihidroxilo, tal como etilen glicol o propilen glicol; o polioles de poliéster, obtenidos por polimerización de anillo abierto de lactonas, son aceptables, y se pueden usar independientemente o en combinaciones de dos o más.

Para mejorar la durabilidad al calor de la espuma de poliuretano rígida obtenida, el valor OH medio del compuesto polihidroxilo total deberá ser superior a 200, y preferiblemente superior a 300.

Como el compuesto de poliisocianato, es posible usar un isocianato aromático tal como diisocianato de difenilmetano o diisocianato de tolileno; un isocianato alicíclico tal como diisocianato de isoforona; un isocianato alifático tal como diisocianato de hexametileno; y sus sustancias crudas, que se pueden usar independientemente o en combinaciones de dos o más.

La cantidad de poliisocianato usado con respecto a la cantidad total de compuestos polihidroxilo y compuestos que tienen hidrógeno activo, tal como agua, es decir, el índice de isocianato deberá ser preferiblemente de entre 80 a 130 al fabricar espuma de poliuretano rígida normal, y entre 150 a 350 al fabricar espuma de poliuretano rígida desnaturalizada con isocianurato.

Las partículas de diámetro específico, formuladas para cumplir la forma de onda F-S anterior, tienen un diámetro medio de 0,05 a 100 \mum, preferiblemente de 0,5 a 50 \mum, y más preferiblemente de 1 a 30 \mum. Cuando el diámetro medio de las partículas usadas es inferior a 0,05 \mum, no es posible formar un punto de concentración de esfuerzos, y cuando el diámetro medio es mayor que 100 \mum, es difícil utilizar un dispositivo de soplado de uretano, que se usa normalmente.

Mientras las partículas usadas tienen lo diámetros medios mencionados anteriormente, no hay restricciones particulares. Se puede utilizar, por ejemplo, los siguiente: un compuesto inorgánico tal como carbonato cálcico, hidróxido de aluminio; un metal tal como hierro y aluminio; se puede usar, además, sustancias orgánicas tales como polimida, cloruro de polivinilo, y melamina; éstas se pueden usar independientemente o en combinaciones de dos o más.

Con respecto a 100 partes en peso de compuestos polihidroxilo en total, la cantidad de las partículas anteriores usadas debe ser entre 1 y 200 partes en peso, preferiblemente de 2 a 50 partes en peso, y más preferiblemente de 5 a 50 partes en peso. Cuando la cantidad de partículas usadas es inferior a 1 parte en peso, el punto de concentración de esfuerzos es demasiado pequeño, y el esfuerzo no será constante con respecto a la distorsión. Por otra parte, cuando la cantidad de partículas usadas excede de 200 partes en peso, el coeficiente de viscosidad del fluido de reacción, que se utiliza para mezclar y agitar cuando se forma la espuma de poliuretano rígida, aumentará considerablemente, disminuyendo por ello la eficiencia de la mezcla y agitación y aumentando el número de componentes no reactivos. Este aumento de componentes no reactivos conduce a una reducción del calor de formación durante la reacción, y en consecuencia reduce la capacidad de completar la reacción, produciendo insuficiente resistencia y análogos.

Como el catalizador se puede usar un catalizador conocido utilizado en la fabricación de espuma de poliuretano rígida. Por ejemplo, un compuesto organometálico tal como dilaurato de dibutilestaño, octoato de plomo, octoato estannoso; un compuesto de amina tal como trietilendiamina o tetrametilhexametilendiamina, y se puede usar además un compuesto utilizado en modificación de iscocianurato, tal como N,N',N''-tris (diaminopropil) hexahidro-s-triazina potásica, acetato de potasio, u octoato potásico.

Se puede usar cualquier agente de soplado utilizado en la fabricación de espuma de poliuretano rígida; por ejemplo, agua, y clorofluorocarbonos tal como triclorofluorometano, 1,1,2-tricloro-1,2,2-trifluoroetano; hidroclorofluorocarbonos tales como diclorotrifluoretano y diclorotetrafluoroetano; hidroclorocarbonos tales como cloruro de metileno; hidrofluorocarbonos tales como hexafluoropropano; y hidrocarbonos tales como pentano. Considerando los efectos en el entorno producidos por dispersión a la atmósfera y análogos, el agua es el más preferible de éstos. En general, cuando se utiliza agua en exceso, se genera una gran cantidad de calor durante la espumación, y tiende a producirse chamuscado dentro de la espuma de poliuretano rígida obtenida. Sin embargo, la presente invención tiene la ventaja (explicada más adelante) de que partículas se mezclan, de manera que la cantidad de calor generado es relativamente baja, evitando por ello el chamuscado. La cantidad de agua deberá ser preferiblemente entre 0,5 y 10 partes en peso por 100 partes en peso de compuesto polihidroxilo.

Se puede usar cualquier tipo de agente que sea eficaz cuando se utilice como espuma de poliuretano rígida para formular el estabilizante de espuma, por ejemplo, polioxialquilenos tales como alquil éteres de polioxialquileno, siliconas tales como organo-polisiloxano, y análogos. Sin embargo, en la presente invención se deberá utilizar preferiblemente un estabilizante de espuma que tiene una tensión superficial de entre 16 x 10^{-3} y 21 x 10^{-3} N/m (16 a 22 dina/cm), y en particular entre 18 x 10^{-3} y 21,5 x 10^{-3} N/m (18 a 21,5 dina/cm). Utilizando este tipo de estabilizante de espuma, se puede obtener fiablemente la espuma de poliuretano rígida deseada. Cuando se utiliza un estabilizante de espuma con tensión superficial de menos de 16 x 10^{-3} N/m (16 dina/cm), se pueden producir fenómenos tales como aspereza de celdas, y cuando la tensión superficial es superior a 22 x 10^{-3} N/m (22 dina/cm), las celdas que forman la espuma de poliuretano rígida obtenida son casi esféricas, y pueden no deformarse uniformemente bajo un esfuerzo
constante.

Es decir, cuando las celdas son casi esféricas, tienen una carrera de deformación corta contra la entrada desde la di-
rección de su eje más largo, y como resultado, en la característica macroscópica de "distorsión-esfuerzo" de la espuma, que incluye una concentración de celdas, disminuye la región de deformación en la que el esfuerzo es constante, es decir, el rango de distorsión efectiva, disminuyendo la eficiencia de absorción de energía. En general, el esfuerzo obtenido está relacionado con la relación de eje largo-eje corto de las celdas, y cuando esta relación es grande, la dirección de eje largo tiene mayor esfuerzo. Por lo tanto, en la presente invención, la relación de eje largo-eje corto de las celdas de la espuma de poliuretano rígida obtenida deberá ser de entre 1 y 5, y preferiblemente entre 1,5 y 4.

Además de los componentes mencionados anteriormente, se puede usar otros componentes que no interfieren con los objetos de la presente invención, por ejemplo retardo de llama y análogos, como la materia prima de espuma.

Un método ordinario de fabricar espuma de poliuretano rígida se puede usar para espumación, pero la velocidad de soplado deberá ajustarse a un tiempo de subida de entre 10 y 140 segundos, y preferiblemente entre 15 y 110 segundos, para garantizar que la espuma de poliuretano rígida deseada se obtenga fiablemente. Cuando el tiempo de subida es inferior a 10 segundos, no es posible obtener suficiente tiempo de agitación según sea preciso, y además, se puede producir chamuscado en la espuma. Por otra parte, cuando el tiempo de subida es superior a 140 segundos, las celdas resultan casi esféricas, disminuyendo la eficiencia de absorción de energía, como se ha descrito anteriormente.

Cuando la espuma de poliuretano rígida obtenida de esta manera se comprime a una temperatura de -30 a 100ºC, no hay punto de deformación, como se representa en la figura 2C, el esfuerzo es lo más constante que sea posible en una amplia gama de distorsión cambiante, y las celdas se destruyen secuencialmente desde el lado de distorsión. Por lo tanto, la espuma de poliuretano rígida tiene excelentes características de compresión y una absorción de energía de choque altamente eficiente. Más específicamente, usando el método anterior para fabricar espuma de poliuretano rígida, es posible fabricar una espuma de poliuretano rígida que tiene características tales que cuando un cuerpo de prueba que tiene una anchura 50 mm x longitud 50 mm x altura 30 mm se comprime en la dirección de su altura (la dirección del diámetro largo de las celdas) a una velocidad de compresión de 50 mm/s, el esfuerzo es prácticamente constante (fluctuando en \pm0,5 kg/cm^{2}) dentro de un rango de 2 a 8 kg/cm^{2} a una velocidad de compresión de 10

\hbox{a 65%.}

Para mantener las características de un amortiguador, la espuma de poliuretano rígida anterior deberá tener una densidad de espuma medida usando la Norma Industrial Japonesa (JIS) A-9514 de 25 a 90 kg/m^{3}, y preferiblemente de 30 a 80 kg/m^{3}.

La espuma de poliuretano rígida anterior es adecuada como el material constituyente para la almohadilla amortiguadora de la presente invención, pero la almohadilla amortiguadora de la presente invención no se limita a la fabricada usando la espuma de poliuretano rígida anterior. Es decir, incluso al utilizar una espuma de poliuretano rígida que no exhibe una forma de onda F-S lineal, tal como se representa en la figura 2C, es posible obtener una relación aproximadamente lineal entre esfuerzo de compresión y distorsión en la dirección del eje de compresión adaptando con cuidado la forma de la espuma, es decir, regulando el nivel de cambio en la dirección axial de compresión en el área en sección transversal de la dirección del eje de compresión y la dirección vertical, de manera que el objeto de la presente invención se puede lograr usando otros tipos de espuma de poliuretano rígida. Sin embargo, dado que la espuma de poliuretano rígida descrita anteriormente hace posible realizar fácilmente la presente invención con una forma relativamente singular, es preferible por razones prácticas.

A continuación se explicará la presente invención con más detalle con ejemplos y ejemplos comparativos.

Ejemplo 1

La forma de onda F-S de la almohadilla amortiguadora 1D, incluyendo espuma de poliuretano rígida y que tiene la forma representada en la figura 1D (anchura W = 100 mm, grosor D = 40 mm en la figura 1D, se determinó cuando la superficie total de las almohadillas amortiguadoras D se comprimió en la dirección indicada por el símbolo X a una velocidad de compresión de 6 m/s. La figura 5 muestra los resultados. Como se puede entender por la figura 5, la almohadilla amortiguadora 1D tiene una forma de onda F-S aproximadamente lineal.

Ejemplo 2

Ejemplo comparativo 1

Se fabricó espuma de poliuretano rígida con la fórmula mostrada en la Tabla 1.

En primer lugar se midieron 200 g de compuesto polihidroxilo en una copa de papel de un litro, y se le añadieron cantidades predeterminadas de un catalizador, un estabilizante de espuma de silicona, y agua. Se agitó durante aproximadamente 10 segundos usando un agitador del tipo de hélice, se añadió una cantidad predeterminada de partículas, y se mezcló mejor y agitó durante aproximadamente 30 segundos.

A continuación, se añadió una cantidad predeterminada de diisocianato de difenilmetano crudo a esta solución uniformemente mezclada, que después se agitó a alta velocidad durante aproximadamente 5 segundos a temperatura ambiente, y se vertió esta solución de reacción agitada a alta velocidad a una bolsa, hecha poniendo polietileno en un molde de madera de dimensiones 250 mm x 250 mm x 250 mm, y espumó a temperatura ambiente. La espuma obtenida se curó durante aproximadamente 10 minutos en un horno a 50ºC para producir espuma de poliuretano rígida. El tiempo de subida de espuma (tiempo de espumación y endurecimiento) se definió como el tiempo necesario desde el comienzo de la agitación a alta velocidad, después de la adición del diisocianato de difenilmetano crudo, hasta que era evidente que el volumen de la solución de reacción había dejado de aumentar, y los valores se muestran en la Tabla 1. Además, la densidad de la espuma obtenida se midió usando la Norma Industrial Japonesa (JIS) A-9514, la relación de eje largo-eje corto de las celdas de espuma se midió por medición fotográfica en una fotografía ampliada de la espuma, y ambos resultados se muestran en la Tabla 1. Después del soplado y endurecimiento, la espuma se apartó durante tres días antes de tomar las mediciones.

TABLA 1

	Ejemplo	Ejemplo 2	Ejemplo comparativo 1
	Compuesto polihidroxilo	100	100
	Estabilizante de espuma	2,0	2,0
	Retardante de llama	10	10
	Agua	3,0	3,0
Fórmula (peso) *	Catalizador	1,3	1,3
	Partículas	30	0,5
	Poliisocianato	166	166
	Tiempo de subida (segundos)	50	58
	Densidad de espuma (kg\cdotm^{3})	50	45
	Relación de eje largo-eje corto de las celdas	2,0	1,2
* \begin{minipage}[t]{155mm} Compuesto polihidroxilo: el Polyol fabricado por Takeda Chemical Industries, Ltd., [GR30C) (valencia OH = 430). \end{minipage}
\hskip0.2cm \begin{minipage}[t]{155mm} Estabilizante de espuma: Silicone foam-stabilizer [L-5430] fabricado por Nippon Unicar Co., Ltd., (tensión superficial 19,2x10^{-3}N/m (19,2 dina/cm) (la tensión superficial del estabilizante de espuma se midió a 25^{o}C usando un medidor de tensión superficial del sistema CBVP de tipo A, fabricado por Kyowa Chemicals Co., Ltd.). \end{minipage}
\hskip0.2cm Catalizador: tetrametilhexametilen diamina [Sao Riser Nº 1] fabricado por Kao Corporation.
\hskip0.2cm \begin{minipage}[t]{155mm} Partículas: [Whiteon SB] Carbonato cálcico pesado fabricado por SHIRAISHI CALCIUM S.AISHA LTD., (diámetro medio de partícula de 1,8 \mu m) \end{minipage}
\hskip0.2cm Poliisocianato: diisocianato de difenilmetano fabricado por Sumitomo Bayer Uretano Co., Ltd. [44V20].

Se hicieron piezas cúbicas de prueba de 50 mm x 50 mm x 50 mm usando varios tipos de espuma de poliuretano rígida, y se midieron sus formas de onda F-S usando el método mostrado en la figura 3. Como se representa en la figura 4A, en el caso de la espuma de poliuretano rígida del ejemplo 2, en la región donde la carrera de compresión es 0 a a, el esfuerzo y la carrera son aproximadamente proporcionales; en la región de carrera a a b, el esfuerzo es aproximadamente constante independientemente de la carrera; y en la región de carrera b a c, el esfuerzo es de nuevo aproximadamente proporcional a la carrera. En contraposición, como se representa en la figura 14A, la espuma de poliuretano rígida del ejemplo comparativo 1 tiene un punto de deformación. Además, como se muestra respectivamente en la figura 4B y la figura 14B, estos tipos de espuma de poliuretano rígida se utilizaron para formar almohadillas amortiguadoras de choque 1 y 10, que tienen una porción superior (la porción lateral izquierda en la figura 4B y la figura 14B) 0 a a con una forma en sección transversal uniforme, pero en la región a a b siguiente, el área en sección transversal aumenta gradualmente, y en la región b a c la forma en sección transversal es uniforme, formando por ello aproximadamente un cono truncado (la almohadilla amortiguadora 1 de la figura 4B y la almohadilla amortiguadora 10 de la figura 14B tienen idénticas dimensiones e idénticas formas). Como se representa en la figura 4C, cuando se midieron las formas de onda F-S de la misma forma, se mejoró la forma de onda F-S para la región de carrera a a b, haciendo posible lograr una forma de onda F-S ideal que tiene una forma lineal general. Sin embargo, como se representa en la figura 14C, el rendimiento de la almohadilla amortiguadora 10, que usa la espuma de poliuretano rígida del ejemplo comparativo 1, era insuficiente. Por lo tanto, para hacer una almohadilla amortiguadora con una forma de onda F-S ideal, como la representada en la figura 4C, usando la espuma de poliuretano rígida del ejemplo comparativo 1, su forma se debe ajustar más.

Como se ha explicado con detalle anteriormente, según la almohadilla amortiguadora de la presente invención, es posible proporcionar un amortiguador ligero incluyendo material de espuma de resina que tiene una forma de onda F-S ideal que tiene una forma lineal.

El amortiguador de la presente invención incluye espuma de poliuretano rígida, y la forma de onda F-S de la almohadilla amortiguadora se puede ajustar fácilmente regulando su forma según sea apropiado.

El amortiguador de la presente invención es sumamente útil cuando se utiliza industrialmente como material dentro de un vehículo como una almohadilla amortiguadora para proteger a un pasajero en un vehículo, absorbiendo un choque recibido por el pasajero cuando el vehículo experimenta una colisión, y especialmente como una almohadilla amortiguadora incorporada en una moldura de puerta y moldura de pilar central y análogos del vehículo, para proteger al pasajero en el torso superior.

Las figuras 6A a 6E son vistas en perspectiva de ejemplos de un tercer aspecto del amortiguador de energía de choque de la presente invención, y la figura 7 es una vista en sección transversal de un ejemplo de cómo se une a una moldura de puerta.

Los amortiguadores de energía 70A a 70E tienen un material amortiguador de energía 71 y un material de refuerzo 72 unido. No hay restricciones particulares sobre el área unible y la posición unible del material de refuerzo 72, siendo solamente necesario que se logre adecuada resistencia a los añicos de manera que el amortiguador de energía se mantenga en su posición unida y los trozos rotos del material amortiguador de energía 71 no se hagan añicos cuando se rompan debido a una colisión.

En el amortiguador 70A de la figura 6A, el material de refuerzo 72 se prevé para cubrir completamente solamente una cara del amortiguador de energía sustancialmente cónico trapezoidal 71 (como se representa en la figura 7, esta cara es por lo general la cara en el lado opuesto a la moldura de puerta 73 cuando el amortiguador de energía está unido a la moldura de puerta 73. A continuación, se denominará de forma abreviada "cara frontal").

En el amortiguador 70B de la figura 6B, el material de refuerzo 72 se prevé para cubrir tres caras del material amortiguador de energía 71, es decir, cubre las caras que están expuestas cuando el material amortiguador de energía 71 está unido a la moldura de puerta.

En el amortiguador 70C de la figura 6C, el material de refuerzo 72 se prevé solamente en una porción de la cara frontal del material amortiguador de energía 71.

En el amortiguador 70D de la figura 6D, el material de refuerzo 72 se dispone en todas las caras circundantes del material amortiguador de energía 71.

En el amortiguador 70E de la figura 6E, el material de refuerzo 72 se dispone en la cara que está en el mismo lado que la moldura de puerta 73 cuando el amortiguador está unido a la moldura de puerta 73 (a continuación, esta cara se denominará de forma abreviada "cara trasera").

Desde la cara a prueba de añicos, el material de refuerzo 72 se deberá disponer preferiblemente para cubrir al menos la cara frontal del material amortiguador de energía 71, como se representa en la figura 6A, o para cubrir las caras que están expuestas cuando el material amortiguador de energía 71 se une, como se representa en la figura 6E, o para cubrir todas las caras circundantes del material amortiguador de energía 71, como se representa en la figura 6D. Sin embargo, dado que el área unible y la posición unible del material de refuerzo que son adecuadas para obtener adecuada resistencia a los añicos difieren dependiendo de la forma del material amortiguador de energía y la posición unida del amortiguador de energía (es decir, la relación posicional del muñeco y la MDB en el amortiguador de energía), el diseño se deberá realizar preferiblemente según sea apropiado en consideración a los costos y la efectividad de la resistencia a los añicos.

Como se representa en la figura 6C, cuando el material de refuerzo 72 esté dispuesto parcialmente, se deberá disponer preferiblemente en al menos una de las caras expuestas del material amortiguador de energía 71 (la cara frontal en la figura 6C), para cubrir no menos de 15% del área de esta cara expuesta.

No hay restricciones particulares a la posición de unión del material de refuerzo 72, pero en consideración ala resistencia a los añicos, se deberá disponer preferiblemente en al menos el lado de cara frontal del material amortiguador de energía 71.

El material amortiguador de energía 71 incluye la espuma de poliuretano rígida mencionado anteriormente.

Para el material de refuerzo 72, no hay restricciones particulares, siendo los únicos requisitos que el material utilizado evite la formación de añicos del material amortiguador de energía 71 y no aumente la altura y el peso del amortiguador de energía. En general, es posible usar una fibra natural o fibra compuesta o tela tejida o tela no tejida, por ejemplo, estambre, gasa, tufnel, una lámina metálica, una hoja de resina y análogos.

Si el material de refuerzo es demasiado fino, no tendrá suficientes efectos de refuerzo, y si es demasiado grueso, se incrementarán la altura y el peso del amortiguador de energía. Por lo tanto, dependiendo del material utilizado, el material de refuerzo deberá tener preferiblemente un grosor de entre 0,5 y 3,0 mm. Igualmente, si se dispone demasiado poco material de refuerzo, su efecto de refuerzo será insuficiente, y si se dispone demasiado, aumentarán la altura y el peso. Por lo tanto, es preferible de aproximadamente 100 a 200 g/m^{2} de material de refuerzo.

Como métodos de unir este tipo de material de refuerzo al material amortiguador de energía, se puede pegar un adhesivo del tipo de uretano, del tipo de caucho, del tipo de fusión en caliente, o análogos, o se puede llevar a cabo espumación monodisparo durante la fabricación del amortiguador de energía, o análogos.

La forma y el tamaño del amortiguador de energía de la presente invención son los mismos que los de los amortiguadores de energía convencionales, y se pueden unir a un vehículo por los mismos métodos que los amortiguadores de energía convencionales.

Las figuras 6 y 7 explican ejemplos de un amortiguador de energía para un saliente lateral, pero el amortiguador de energía de la presente invención no se limita al amortiguador de energía para un saliente lateral, y también se puede aplicar en amortiguadores de energía incorporados en todos los tipos de componentes dentro de un vehículo, tal como una moldura de reposacabeza y una moldura de pilar central, para proteger el tórax, cintura, estómago, porciones de la cabeza, y análogos, de los pasajeros.

A continuación se explicarán con detalle otros ejemplos de refuerzo según la presente invención y un ejemplo comparativo.

Ejemplos 3 y 4

Ejemplo comparativo 2

Se prepararon los cuerpos de prueba 21, 22, y 23 representados en las figuras 9A a 9C. Estos cuerpos de prueba no eran según el amortiguador de la invención porque no tenían una sección transversal trapezoidal. El cuerpo de prueba 21 incluye solamente espuma de poliuretano rígida 20 de dimensiones 250 mm x 110 mm x 40 mm; el cuerpo de prueba 22 incluye espuma de poliuretano rígida 20 de la misma forma que el cuerpo de prueba 21, que tiene un material de refuerzo incluyendo estambre 20A (aplicación 180 g/m^{2}, grosor 3 mm) previsto en su superficie usando un adhesivo del tipo de uretano. Además, el cuerpo de prueba 23 incluye espuma de poliuretano rígida 20 de la misma forma que el cuerpo de prueba 21, que tiene un material de refuerzo incluyendo estambre 20A (aplicación 180 g/m^{2}, grosor 3 mm) de tamaño 30 mm x 160 mm previsto en una parte de su superficie usando un adhesivo del tipo de uretano.

Los efectos de resistencia a los añicos de éstos se confirmaron por el método mostrado en la figura 10, usando el cuerpo de prueba no reforzado 21 del ejemplo comparativo 2, y los cuerpos de prueba 22 y 23 de los ejemplos 3, 4 respectivamente. Es decir, el cuerpo de prueba 23 (o 21 o 22) se unió a una chapa fija 30, con un separador 31 de grosor 50 mm entremedio (en los casos de cuerpos de prueba 22 y 23, el estambre 20A se unió en el lado del separador 31), la placa de polipropileno 32 de dimensiones 250 mm x 110 mm x 2 mm se unió a la superficie del cuerpo de prueba 21 a 23, y se lanzó un elemento de carga de tórax 33 contra la placa de polipropileno 32 en la relación posicional representada en la figura 10, a una velocidad de 3,5 m/s, y se determinó la forma de onda F-S en ese mo-
mento.

Como resultado, como se representa en la figura 11, el cuerpo de prueba no reforzado 21 del ejemplo comparativo 2 solamente fue capaz de absorber una carga de hasta 1,5 kN debido a rotura en añicos de la espuma de poliuretano rígida. Como se representa en las figuras 12 y 13, cuando se utilizaron los cuerpos de prueba reforzados 22 y 23, el estambre impidió la rotura en añicos de la espuma de poliuretano rígida e hizo posible absorber suficientemente una carga de energía de hasta 5 kN.

Como se ha descrito con detalle anteriormente, debido al efecto de refuerzo del material de refuerzo del amortiguador de energía de la presente invención, incluso cuando el material amortiguador de energía se rompe en una colisión, no se hace añicos, y en consecuencia el amortiguador de energía puede lograr suficientemente los efectos de absorción de energía deseados. Por lo tanto, es posible proporcionar un amortiguador de energía con excelentes efectos de protección de los pasajeros.

Claims

1. Un amortiguador incluyendo material de espuma de resina, donde un área en sección transversal de dicho amortiguador (1) en una dirección perpendicular a una dirección del eje de compresión (x) cambia al menos parcialmente en dicha dirección del eje de compresión (x), dicho material de espuma de resina es una espuma de poliuretano rígida formada espumando una materia prima de espuma de poliuretano que incluye compuestos polihidroxilo y compuestos poliisocianato como componentes principales, e incluye además partículas con un diámetro medio de 0,05 a 100 \mum a una relación de 1 a 200 por ciento en peso de dichos compuestos hidroxilo, caracterizado porque dicho amortiguador (1) tiene una forma en sección transversal que es trapezoidal, o es aproximadamente trapezoidal y que tiene una porción de sección transversal trapezoidal en la dirección a lo largo del eje de compresión (x), donde dicha forma en sección transversal trapezoidal o dicha sección transversal trapezoidal tiene porciones inclinadas opuestas cada una de las cuales interseca diagonalmente la dirección (x) del eje de compresión, y un ángulo \theta entre la dirección del eje de compresión (x) y la respectiva porción inclinada es al menos 15º, y donde el amortiguador tiene una relación aproximadamente lineal entre distorsión y esfuerzo de compresión en la dirección del eje de compresión (x).

2. El amortiguador según la reivindicación 1, donde el área en sección transversal de dicho amortiguador (1) en la dirección perpendicular a la dirección del eje de compresión (x) aumenta al menos parcialmente en la dirección del eje de compresión (x).

3. El amortiguador según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde dicho amortiguador (1) es una almohadilla amortiguadora para uso en un vehículo.

4. El amortiguador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde dicha espuma de poliuretano rígida carece de un valor de deformación en su curva de distorsión-esfuerzo de compresión cuando se comprime a -30 a 100ºC.

5. El amortiguador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde un estabilizante de espuma que tiene tensión superficial de entre 16 x10^{-3} a 22 x 10^{-3} N/m (16 a 22 dina/cm) se mezcla con la materia prima de espuma.

6. El amortiguador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la velocidad de espumación durante la espumación tiene un tiempo de subida de entre 10 y 140 segundos.

7. El amortiguador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde dicha materia prima se espuma utilizando agua como un agente espumante.

8. Un amortiguador de energía de choque incluyendo un material de refuerzo (72) unido a un material amortiguador de energía (71) compuesto del amortiguador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

9. El amortiguador de energía según la reivindicación 8, donde el material de refuerzo (72) incluye al menos un material seleccionado de estambre, gasa, tufnel, lámina metálica, y hoja de resina.

10. El amortiguador de energía según cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, donde el material de refuerzo (72) se fija a una superficie del material amortiguador de energía con un adhesivo.

11. El amortiguador de energía según cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, donde el material de refuerzo (72) está unido a una superficie del material amortiguador de energía (71) por espumación monodisparo durante la fabricación del material amortiguador de energía (71).

12. El amortiguador de energía según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, donde dicho amortiguador (70) es para uso dentro de un vehículo.