PL193755B1

PL193755B1 - Powierzchniowy element zespolony, zwłaszcza element nadwozia pojazdu samochodowego oraz sposób wytwarzania powierzchniowego elementu zespolonego, zwłaszcza elementu nadwozia pojazdu samochodowego

Info

Publication number: PL193755B1
Application number: PL99343157A
Authority: PL
Inventors: Matthias Steidl; Karl Bauer
Original assignee: Vantico Ag
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2007-03-30
Also published as: WO1999050126A1; EP1066190A1; US6458451B1; KR100394541B1; CA2326176A1; US6702964B2; CA2326176C; JP2002509823A; EP1066190B1; DK1066190T3; KR20010034696A; CZ298716B6; JP3461803B2; PL343157A1; US20020180103A1; CZ20002790A3; ES2166640T3; DE19813592A1; DE59900719D1; BR9909132A

Abstract

1. Powierzchniowy element zespolony, zwlaszcza element nadwozia pojazdu samo- chodowego, o niesymetrycznej budowie war- stwowej, skladajacy sie z zewnetrznej warstwy z materialu aluminiowego, blachy stalowej lub spieku metalowego, posredniej warstwy, zwlaszcza majacej postac rdzenia piankowego i z wewnetrznej warstwy z materialu niemeta- licznego, znamienny tym, ze miedzy ze- wnetrzna warstwa (13) a posrednia warstwa (17) znajduje sie wlóknina (14), natomiast miedzy posrednia warstwa (17) a wewnetrzna war- stwa (15) znajduje sie mata (16) z wlókna, za- opatrzona w spoiwo z zywicy epoksydowej. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest powierzchniowy element zespolony, zwłaszcza element nadwozia pojazdu samochodowego oraz sposób wytwarzania powierzchniowego elementu zespolonego, zwłaszcza elementu nadwozia pojazdu samochodowego.

Z artykułu 'Oberlegungen zum Grobserieneinsatz von Sandwichbauteilen, deren Auslegung und Gestaltung am Beispiel der Motorhaube des AUDI-Forschungsautos (Rozważania na temat wielkoseryjnego stosowania warstwowych części konstrukcyjnych, ich wykonanie i ukształtowanie na przykładzie pokrywy silnika samochodu badawczego AUDI') z serii artykułów Statusberichte des MBFT Linie rozwoju pojazdów samochodowych i paliw - Bilans badań 1982, str. 167 - 177, wydawnictwo Τϋν Rheinland, jest znany powierzchniowy element zespolony i sposób wytwarzania powierzchniowego elementu zespolonego. Artykuł ujawnia lekką konstrukcję o budowie warstwowej, na przykładzie pokrywy silnika pojazdu samochodowego. Na str. 171 i 172 przedstawiono różne przykłady wykonania konstrukcji warstwowych. W jednym z nich, warstwy osłonowe są wykonane z aluminium lub powleczonej blachy i z tworzywa sztucznego. W ten sposób powstaje niesymetryczna konstrukcja warstwowa. Rdzeń jest wykonany korzystnie z termoreaktywnego, spienionego tworzywa sztucznego, wzmocnionego włóknem szklanym, o różnej gęstości. Ten materiał przejmuje funkcję wyrównywania naprężeń (zapobieganie paczeniu się).

Z opisu DE 39 39 534 C2 jest znany sposób i forma do wytwarzania płyt i podobnych przedmiotów, jak drzwi, zwłaszcza drzwi do chłodziarek. Również tutaj jest realizowana niesymetryczna konstrukcja warstwowa, a mianowicie w postaci warstwy osłonowej z blachy na jednej stronie i warstwy osłonowej z folii z tworzywa sztucznego na drugiej stronie oraz z leżącego pomiędzy nimi rdzenia z twardej pianki, spienianej in situ z płynnej mieszaniny reakcyjnej. Próbowano uniknąć niebezpieczeństwa odkształcenia z powodu różnych współczynników rozszerzalności cieplnej w ten sposób, że warstwę osłonową z blachy i/lub warstwę osłonową z folii z tworzywa sztucznego poddawano przed spienianiem końcowym wstępnemu odkształcaniu, wyrównującemu odkształcenie występujące podczas schładzania i skierowane przeciwnie do niego. Występującego paczenia nie daje się obliczyć i musi być ustalone empirycznie.

Z opisu WO 83/00840 A jest znany element zespolony, zwłaszcza płyta zespolona do budowy ścian łodzi, ścian kontenerów lub tym podobnych, z dwustronną, sztywną warstwą zewnętrzną, jednolub dwu częściowym wypełnieniem z pianki i wzmocnionych włóknem warstw pośrednich z włókien szklanych lub tym podobnych między każdą warstwą zewnętrzną a wypełniaczem, jak również z utwardzonego tworzywa sztucznego do połączenia całego układu. Przy tym struktura jest symetryczna, a każda warstwa zewnętrzna jest wykonana z materiału o wytrzymałości na ściskanie, odpowiadającej, co najmniej, w przybliżeniu wytrzymałości czystego aluminium.

Powierzchniowy element zespolony, zwłaszcza element nadwozia pojazdu samochodowego, o niesymetrycznej budowie warstwowej, składający się z zewnętrznej warstwy z materiału aluminiowego, blachy stalowej lub spieku metalowego, pośredniej warstwy, zwłaszcza mającej postać rdzenia piankowego i z wewnętrznej warstwy z materiału niemetalicznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że między zewnętrzną warstwą a pośrednią warstwą znajduje się włóknina, natomiast między pośrednią warstwą a wewnętrzną warstwą znajduje się mata z włókna, zaopatrzona w spoiwo z żywicy epoksydowej.

Korzystnie, zewnętrzną warstwę stanowi wykrój z blachy aluminiowej, włókninę stanowi włóknina poliestrowa, pośrednią warstwę stanowi rdzeń z pianki poliuretanowej o średniej gęstości 20-100 kg/m³, matę z włókna stanowi mata z ciętych włókien szklanych, zaś wewnętrzną warstwę stanowi ozdobna folia wielowarstwowa z warstwą barierową.

Ewentualnie, zewnętrzną warstwę stanowi blacha aluminiowa o grubości wynoszącej około 1 mm, włókninę stanowi runo poliestrowe o gramaturze około 300 g/m², pośrednią warstwę stanowi rdzeń z pianki poliuretanowej o gęstości około 54 kg/m³, matę stanowi mata z ciętego włókna szklanego o gramaturze około 450 g/m², wewnętrzną warstwę stanowi poliuretanowy materiał dekoracyjny w postaci folii barierowej 70 mm, zaś spoiwo z żywicy epoksydowej do wiązania warstw stanowi ekspandujący układ matrycowy zawierający reaktywną masę żywiczną o gramaturze 1600 g/m² pomiędzy zewnętrzną warstwą a runem poliestrowym oraz zawierający reaktywną masę żywiczną o gramaturze około 1300 g/m² pomiędzy wewnętrzną warstwą a matą z włókna, przy czymreaktywna masa żywiczna jest, ewentualnie, spieniona a powstała piana jest trwała w obecności środka antyadhezyjnego.

PL 193 755 B1

Korzystnie, pośrednią warstwę stanowi rdzeń z pianki polistyrenowej albo polipropylenowej albo dmuchane szkło ze spoiwem.

Ewentualnie, w pustej przestrzeni wypełnionej przez warstwę pośrednią znajdują się wkładki, puste rurki, wzmocnienia lub tym podobne elementy, połączone z zewnętrzną warstwą lub drugą, wewnętrzną warstwą.

Sposób wytwarzania powierzchniowego elementu zespolonego, zwłaszcza elementu nadwozia pojazdu samochodowego, o niesymetrycznej budowie warstwowej, składającego się z zewnętrznej warstwy z materiału aluminiowego, blachy stalowej lub spieku metalowego, po średniej warstwy, zwłaszcza mającej postać rdzenia piankowego i z wewnętrznej warstwy z materiału niemetalicznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wstępne formuje się i okrawa się zewnętrzną warstwę, spienia się pośrednią warstwę, owija się spienioną pośrednią warstwę matą z włókna i włókniną, po czym zwilża się spienioną żywicą epoksydową, umieszcza się zewnętrzną warstwę i wewnętrzną warstwę, odpowiednio, w matrycy lub stemplu prasy, następnie umieszcza się w prasie spienioną pośrednią warstwę, po czym sprasowuje się oraz jednocześnie utwardza się warstwy.

Korzystnie, zewnętrzną warstwę po wstępnym formowaniu poddaje się alkalicznemu odtłuszczeniu jej powierzchni.

W szczególności, podczas alkalicznego odtłuszczania kolejno: odtłuszcza się, płucze się, pasywuje się przez trawienie, płucze się i suszy się powierzchnię.

Korzystnie, stosuje się temperaturę prasowania wynoszącą około 40 - 50°C oraz czas prasowania wynoszący około 60 minut.

Powierzchniowy element zespolony według wynalazku, przy niewielkim ciężarze wykazuje wysoką stabilność wymiarów i sztywność, a ponadto wykazuje dobre własności przyjmowania lakieru.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony na podstawie przykładu wykonania takiego powierzchniowego elementu zespolonego, przy czym szczególnie odpowiednim przypadkiem zastosowania jest samonośna część nadwozia pojazdu samochodowego, jak przykładowo sztywny dach samochodu (Hardtop). Na rysunku fig. 1 przedstawia samochód osobowy bez sztywnego dachu, fig. 2 - ten sam samochód z nasadzonym sztywnym dachem, fig. 3 - sam sztywny dach samochodu, zaś fig. 4 przedstawia wycinkowo, w przekroju, sztywny dach samochodu, według strzałki IV na fig. 3.

Na fig. 1 jest przedstawiony wycinek samochodu osobowego 1 z tylną klapą bagażnika 2, lewym i prawym błotnikiem 3, 4, lewymi i prawymi drzwiami 5, 6 i ramą 7 dla szyby-osłony przed wiatrem. Przedział pasażerów 8 jest otwarty u góry, jak w kabriolecie.

Na zwróconych do przedziału pasażerów 8 krawędziach tylnej klapy 2 i tylnych błotników 3, 4 jest umieszczony obwodowy mechanizm ustalający i mocujący 9. Odpowiedni mechanizm ustalający i mocujący 10 przebiega wzdłuż górnego, skierowanego poziomo odcinka ramy 7. Oba mechanizmy ustalające i mocujące 9, 10 służą do ustalania sztywnego dachu 12 samochodu (Hardtop), jak jest to przedstawione na fig. 2, dzięki czemu przedział pasażerów 8 może być zamknięty od góry. Tak więc, w zależności od potrzeby sztywny dach 12 samochodu może być zamontowany lub zdemontowany, dzięki czemu samochód osobowy l może jeździć wybiórczo z odpowiednim wyposażeniem.

Na fig. 3, w celu lepszej przejrzystości, sztywny dach 12 samochodu jest ponownie oddzielnie przedstawiony, natomiast budowa warstwowa tego niesymetrycznego powierzchniowego elementu zespolone go jest uwidoczniona na fig. 4. Przy tym zewnętrzna warstwa 13 jest utworzona ze wstępnie uformowanego wykroju z materiału aluminiowego, jednak również możliwe byłoby zastosowanie, na przykład, blachy stalowej lub spieku metalowego. Do zewnętrznej warstwy 13 przylega włóknina poliestrowa 14, zaopatrzona w spienione spoiwo z żywicy epoksydowej. Wewnętrzna warstwa 15 od strony przedziału pasażera jest utworzona z materiału dekoracyjnego, do którego z kolei przylega mata z włókna 16, zaopatrzona w spienione spoiwo z żywicy epoksydowej. Pusta przestrzeń jest wypełniona rdzeniem 17 z pianki poliuretanowej, możliwy jest również rdzeń piankowy ze spienionego polistyrenu, innej lekkiej pianki (polipropylen, itp.) lub rdzeń z dmuchanego szkła ze spoiwem. W odpowiednich miejscach wewnątrz pustej przestrzeni mogą być umieszczone wkładki 18, przykładowo również z materiału aluminiowego, które mogą być połączone np. za pomocą złącza śrubowego 19 z zewnętrzną warstwą 13 lub wewnętrzną warstwą.

Powierzchniowy element zespolony - sztywny dach 12 samochodu według przykładu wykonania - składa się, korzystnie, z metalowej powierzchni, włókniny poliestrowej, którą może stanowić produkt dostępny w handlu, jak przykładowo stosowany w filtrach wyciągów kuchennych, z rdzenia piankowego o średniej gęstości 20-100 kg/m³, maty z włókien (skłębiona struktura szklana, korzystnie z wykończeniem odpowiednim dla żywic epoksydowych, ewentualnie zawierająca termoplastyczne

PL 193 755 B1 spoiwo do odkształcania termicznego) oraz z dekoracyjnej folii wielowarstwowej, korzystnie z poliuretanową (PUR) warstwą barierową. Jako folia dekoracyjna nadają się zwłaszcza folie termoplastyczne z włączoną warstwą barierową (podczas połączenia wtłaczanego ma uniemożliwić przenikanie międzywarstwowe pianki), lecz również produkty naturalne, np. skóra, jeżeli bez przenikania międzywarstwowego wytrzymuje ci śnienie spieniania około 1,5x10⁵ Pa. Ponadto, włóknina poliestrowa i mata z włókna sztucznego ciętego są zwilżone spienioną żywicą.

Poniżej przedstawiono przykład budowy powierzchniowego elementu zespolonego:

- blacha aluminiowa (alkalicznie odtłuszczona) o grubości 1,1 mm,

- włóknina poliestrowa o gramaturze 300 g/m², ₃

- rdzeń poliuretanowy piankowy o gęstości około 54 kg/m³, ₂

-mata z ciętego włókna szklanego o gramaturze 450 g/m², oraz

- poliuretanowy materiał dekoracyjny: folia barierowa 70 mm, zaś spoiwo z żywicy epoksydowej do wiązania warstw stanowi ekspandujący układ matrycowy zawierający reaktywną masę żywiczną o gramaturze 1600 g/m² pomiędzy zewnętrzną warstwą 13 a runem poliestrowym oraz zawierający reaktywną masę żywiczną o gramaturze około 1300 g/m²pomiędzy wewnętrzną warstwą 15 a matą 16 z włókna, przy czym reaktywna masa żywiczna jest, ewentualnie, spieniona a powstała piana jest trwała w obecności środka antyadhezyjnego.

Służący jako spoiwo, spieniony układ dwuskładnikowy niejednorodny, mogą stanowić w zasadzie wszystkie płynne rodzaje żywicy epoksydowej, które mogą reagować z utwardzaczem/mieszaniną utwardzaczy. Korzystne są bisfenolowe żywice epoksy, np. epoksydy-bisfenol A i epoksydy-bisfenol A/F, modyfikowane stabilizatorami i środkami tiksotropowymi. Ponadto, odpowiednie są również etery glicydylowe alkoholi alifatycznych lub glikole polialkilenowe, również stałe żywice epoksydowe, które po zmieszaniu z płynną żywicą epoksydową można przerabiać w stanie płynnym, przy czym jako stałe żywice epoksydowe mogą być stosowane żywice epoksydowe bisfenolu A.

Jako utwardzacze mogą być zasadniczo stosowane wszystkie płynne znane utwardzacze, np. aminy alifatyczne, cykloalifatyczne, jak również ich addukty z np. epoksydami, ponadto również aminy poliamidowe. W zależności od rodzajów żywic epoksydowych można stosować również dalsze dodatki, które wspomagają utwardzanie, np. trzeciorzędowe aminy.

Włóknina w rozwiązaniu według wynalazku służy jako tak zwany przeciwciąg i wyrównuje naprężenia, występujące wskutek asymetrii. Dlatego też włóknina musi zniknąć podczas procesu utwardzania. Przykładami włóknin są włókniny termoplastyczne, przy czym korzystne są włókniny z termoplastycznych poliestrów.

W zasadzie można stosować wszystkie powszechnie używane włókna, jak: szklane, węglowe, kevlar i włókna naturalne.

Cięte włókna szklane mają tę zaletę, że mogą być spienione. W zasadzie można stosować wszystkie tkaniny i kompleksy z włókna szklanego.

Podczas wytwarzania elementów zespolonych według wynalazku (sztywnego dachu 12 samochodu) postępuje się w niżej podany sposób.

Najpierw formuje się zewnętrzną warstwę 13, a więc przykładowo wykrój z blachy aluminiowej, za pomocą odpowiedniego narzędzia do wgłębnego formowania, zgodnie z późniejszą postacią sztywnego dachu 12 samochodu, po czym wycina się zaczepy brzegowe (np. przez cięcie laserem). Następnie, wgłębnie uformowany półprodukt poddaje się alkalicznemu odtłuszczaniu powierzchni w celu polepszenia przyczepności. Alkaliczne odtłuszczanie składa się, korzystnie, z następujących etapów: - odtłuszczanie - płukanie - pasywacja przez trawienie - płukanie - suszenie. Do tego, poza powlekaniem antykorozyjnym, np. fosforowaniem cynkowym, można jeszcze zastosować kataforezowe nanoszenie warstwy podkładowej, ewentualnie metodą zanurzeniową (KTL).

Rdzeń z pianki poliuretanowej 17, umieszczony między wewnętrzną warstwą 15 a zewnętrzną warstwą 13, jest spieniony w odpowiednim urządzeniu przed zestawieniem i łączeniem poszczególnych warstw elementu zespolonego. Następnie, piankowy półfabrykat owija się matą z włókna 16 i włókniną 14 oraz zwilża się spienioną żywicą epoksydową.

W celu połączenia poszczególnych warstw, a tym samym utworzenia sztywnego dachu 12 samochodu w jednym procesie roboczym, wstępnie uformowaną zewnętrzną warstwę 13 układa się w matrycy formy, przy zastosowaniu odpowiedniego narzędzia do prasowania, wewnętrzną warstwę 15 (warstwę dekoracyjną) mocuje się w stemplu formy a do matrycy formy wkłada się również piankowy rdzeń 17, umieszczony naprzeciw zewnętrznej warstwy 13. Następnie, przez odpowiedni ruch stempla

PL 193 755 B1 powoduje się zamknięcie formy, z następującym potem łączeniem wtłaczanym poszczególnych warstw, z jednoczesnym utwardzaniem.

Ponieważ proporcje rozszerzalności poszczególnych warstw są do siebie dopasowane, powstaje element zespolony, stabilny pod względem wymiarów. Stabilność postaci, zwłaszcza przy zastosowaniu żywicy epoksydowej, uzyskuje się dzięki temu, że wskutek rozszerzenia (spienienia) nie następuje skurcz fazy płynnej, poza nieznacznym kurczeniem się przy schładzaniu. Układ piankowy musi zachować swoją objętość aż do wystąpienia żelowania.

Jest korzystne, jeśli narzędzia do prasowania, podczas łączenia wtłaczanego poszczególnych części składowych powierzchniowego elementu zespolonego, wykazują temperaturę około 40-50°C. Dobre wyniki uzyskuje się stosując czas prasowania wynoszący około 60 minut.

Możliwe jest również stosowanie innych temperatur i czasów prasowania. Narzędzia do prasowania powinny być odpowiednio regulowane.

Podczas procesu wytwarzania możliwe jest również wbudowanie w pustych przestrzeniach, wypełnionych później rdzeniem z pianki poliuretanowej, pustych rurek dla późniejszego okablowania. Ponadto, można umieścić również elementy mocujące, jak płytki przykręcone śrubami lub wkładki. Możliwe jest zastosowanie rozwiązania według wynalazku do wytwarzania innych wyrobów niż wyżej opisany, a zwłaszcza do wytwarzania innych części pojazdów, w tym również części do pojazdów szynowych, jak i do dekoracyjnych elementów zdobniczych, sferycznie uformowanych elementów elewacji, do elementów dla zabudowy targowej i tym podobnych.

Rozwiązanie według wynalazku może być zastosowane wszędzie tam, gdzie jest konieczna metalowa powierzchnia i korzystny jest nie wielki ciężar części konstrukcyjnej, przykładowo w budowie maszyn, budowie łodzi, budowie pojazdów powietrznych, obudowach wewnętrznych, panelach, elewacji i meblach.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Powierzchniowy element zespolony, zwłaszcza element nadwozia pojazdu samochodowego, o niesymetrycznej budowie warstwowej, składający się z zewnętrznej warstwy z materiału aluminiowego, blachy stalowej lub spieku metalowego, pośredniej warstwy, zwłaszcza mającej postać rdzenia piankowego i z wewnętrznej warstwy z materiału niemetalicznego, znamienny tym, że między zewnętrzną warstwą (13) a pośrednią warstwą (17) znajduje się włóknina (14), natomiast między pośrednią warstwą (17) a wewnętrzną warstwą (15) znajduje się mata (16) z włókna, zaopatrzona w spoiwo z żywicy epoksydowej.
2. Element zespolony według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzną warstwę (13) stanowi wykrój z blachy aluminiowej, włókninę (14) stanowi włóknina poliestrowa, pośrednią warstwę (17) stanowi rdzeń z pianki poliuretanowej o średniej gęstości 20-100 kg/m³, matę (16) z włókna stanowi mata z ciętych włókien szklanych, zaś wewnętrzną warstwę (15) stanowi ozdobna folia wielowarstwowa z warstwą barierową.
3. Element zespolony według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzną warstwę (13) stanowi blacha aluminiowa o grubości około 1 mm, włókninę (14) stanowi runo poliestrowe o gramaturze około 300 g/m², pośrednią warstwę (17) stanowi rdzeń z pianki poliuretanowej o gęstości około 54 kg/m³, matę (16) stanowi mata z ciętego włókna szklanego o gramaturze około 450 g/m², wewnętrzną warstwę (15) stanowi poliuretanowy materiał dekoracyjny w postaci folii barierowej 70 mm, zaś spoiwo z żywicy epoksydowej do wiązania warstw stanowi ekspandujący układ matrycowy zawierający reaktywną masę żywiczną o gramaturze około 1600 g/m² pomiędzy zewnętrzną warstwą (13) a runem poliestrowym oraz zawierający reaktywną masę żywiczną o gramaturze około 1300 g/m² pomiędzy wewnętrzną warstwą (15) a matą (16) z włókna, przy czym reaktywna masa żywiczna jest, ewentualnie, spieniona a powstała piana jest trwała w obecności środka antyadhezyjnego.
4. Element zespolony według zastrz. 1, znamienny tym, że pośrednią warstwę (17) stanowi rdzeń z pianki polistyrenowej albo polipropylenowej albo dmuchane szkło ze spoiwem.
5. Element zespolony według zastrz. 1, znamienny tym, że w pustej przestrzeni wypełnionej przez warstwę pośrednią (17) znajdują się wkładki (18), puste rurki, wzmocnienia lub tym podobne elementy, połączone z zewnętrzną warstwą (13) lub wewnętrzną warstwą (15).
6. Sposób wytwarzania powierzchniowego elementu zespolonego, zwłaszcza elementu nadwozia pojazdu samochodowego, o niesymetrycznej budowie warstwowej, składającego się z zewnętrznej

PL 193 755 B1 warstwy z materiału aluminiowego, blachy stalowej lub spieku metalowego, pośredniej warstwy, zwłaszcza mającej postać rdzenia piankowego i z wewnętrznej warstwy z materiału niemetalicznego, znamienny tym, że wstępne formuje się i okrawa się zewnętrzną warstwę (13), spienia się pośrednią warstwę (17), owija się spienioną pośrednią warstwę (17) matą (16) z włókna i włókniną (14), po czym zwilża się spienioną żywicą epoksydową, umieszcza się zewnętrzną warstwę (13) i wewnętrzną warstwę (15), odpowiednio, w matrycy lub stemplu prasy, następnie umieszcza się w prasie spienioną pośrednią warstwę (17), po czym sprasowuje się oraz jednocześnie utwardza się warstwy.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że zewnętrzną warstwę (13) po wstępnym formowaniu poddaje się alkalicznemu odtłuszczeniu jej powierzchni.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że podczas alkalicznego odtłuszczania kolejno: odtłuszcza się, płucze się, pasywuje się przez trawienie, płucze się i suszy się powierzchnię.
9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się temperaturę prasowania około 40 - 50°C oraz czas prasowania około 60 minut.