具有三维凸起结构的纤维增强聚氨酯成型件制造技术

本发明专利技术涉及纤维增强聚氨酯成型件，所述成型件具有例如肋、搭片或者拱之类的结构，其中这些结构还经过纤维增强处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有三维凸起结构的纤维增强聚氨酯成型件本专利技术涉及纤维增强的聚氨酯成型件，所述成型件具有例如肋、搭片(Steg)或者拱之类的结构，其中这些结构还经过纤维增强处理。不同聚合物的纤维增强已经广为传播。纤维与聚合物基质相结合导致这样的材料，其具有聚合物的低密度，但同时也具有高的比刚度和强度。这就使得此类复合材料对于轻型结构应用特别有吸引力。由此尤其制得可以将纤维均勻分布于其中的平面结构。例如由US-A_3，8M，201已知纤维在聚合物结构中的应用。通过这里所述的聚酯-聚氨酯化合物润湿垫子、无纺布、长纤维或连续纤维，然后在固化之前进行裁切。除了使用天然纤维之外，使用玻璃纤维来增强聚合物成型件也是已确立的。用于机械应用的玻璃纤维大多以粗纱、无纺材料或者织物形式存在。玻璃纤维具有高的强度和刚性。玻璃纤维的高强度基于尺寸影响。单根纤维的断裂伸长率可以为至多5%。玻璃纤维的抗拉和抗压强度导致塑料特别的增强，同时保持一定的柔韧性。玻璃纤维的弹性模量与致密玻璃材料体积的弹性模量相差无几。玻璃纤维具有非晶态结构，分子取向是随机的。玻璃纤维具有各向同性的机械特性。玻璃纤维在断裂之前表现出理想的线性弹性。它只有很小的材料阻尼。玻璃纤维增强塑料的构件的刚性源自于玻璃纤维的弹性模量、方向和体积份额以及小份额地源自基质材料的特性，因为大多使用明显更柔软的塑料。当今玻璃纤维增强塑料在例如航空和航天领域或者在汽车制造中很重要，其中汽车制造包括汽车、运输机械、建筑机械、宿营车(Wohnmobile)、农用机械、载重汽车、半挂车， 还包括用于固定机械或者非自行式机械以及卡车车厢的壳体部件。在航空和航天领域由含有长纤维的复合材料制造主要承重结构。目前在汽车工业中玻璃或者天然纤维的长纤维也被用来增强热固性塑料构件(例如内衬(Verkleidimg))。如果将长玻璃纤维混合在聚合物混合物之中，这些纤维并非规则排列，确切地说是随机分布。例如由US-A-4，791，019已知随机排列在聚合物结构之中的长玻璃纤维。但是也已知有使得玻璃纤维朝向一定方向对齐的方法。例如在CNlOl 314 931A中就描述了这种方法。此外已知利用纤维增强聚氨酯层覆盖平面构件的方法。通过这种涂层使实际产品的稳定性提高。例如WO 2007/075535A2和DE 10 2006 046 130A1就描述了这样的方法。由DE 196 149 56A1和DE 10 2006 022 846A1公开了纤维增强的成型件。这里除了使用玻璃纤维之外，也使用垫子来增强聚合物结构。此类垫子、织物或者针织物同样也可以由玻璃纤维构成。以反应注射成型法RIM(Reaction Ejection Molding)生产纤维增强聚氨酯成型件时，通常由机器人将聚氨酯与纤维构成的混合物平面分布在打开的模具的下部模具之中。通过利用上部模具(印模(Stempel))闭合模具，将混合物压成所希望的形状。通过压力也使得夹杂在混合物中的气泡逸出。所获得的产品的形状由模具的形状预先确定。完成压制之后在最终产品的表面上也可以看出玻璃纤维引起的结构。可以使用不同长度的玻璃3纤维，以获得更一致的表面。例如JP 59086636A描述了一种玻璃纤维增强的树脂组合物， 其中玻璃纤维具有不同的长度。在WO 00/40650中也使用长纤维和短纤维来增强聚氨酯复合物。所述短纤维具有0. 635厘米(1/4英寸)或者更短的长度；所述长纤维为0. 635厘米 (1/4英寸)或者更长。这里以固定的质量比混合PUR以及长纤维和短纤维。因此如果长纤维没有进入肋之中，则一条肋中的总纤维含量始终小于平面中的纤维含量。在DE 101 20 912A1中描述了聚氨酯制成的复合构件及其在车身外部零件中的应用。所述相应复合构件由两层构成，其中一层含有具有可涂漆表面整面短纤维增强的聚氨酯。第二层含有长纤维增强的聚氨酯。使用短纤维导致光滑的、也就是可涂覆的表面。但是该层具有不同于长纤维增强层的其它特殊的机械特性。由DE 10 2005 034 916A1公开了一种生产发泡部件的方法。这类发泡部件例如由纤维增强的聚氨酯构成。这里将载体材料暂时放入结构之中。但这些载体材料并不与塑料结合，因此在固化之后可以抽出相应的载体材料。而所得到的发泡部件在表面上具有结构(Struktur)。通常以喷涂法生产此类纤维增强的聚氨酯。例如DE 10 2005 048 874A1就描述了一种方法。此类材料的生产通常这样进行，使得通过与聚氨酯(PUR)喷射混合头固定相连的漏斗形涂覆机构，优选在压缩空气辅助下从侧面将用于增强的长纤维送入聚氨酯反应混合物的喷雾射流之中。也可在市面上获得围绕中心管产生聚氨酯混合物的装置。通过空气流在管中输送长纤维。新鲜混合的聚氨酯组分构成的“液态软管”在管的末端润湿纤维/空气流。在用长纤维增强的材料的情况中，通常使用所谓的粗纱作为原材料，也就是未加捻的连续拉伸纤维束，所述粗纱首先通过同样也固定在聚氨酯喷射混合头上的切割机构，然后使用聚氨酯润湿切段纤维。在这种喷涂方法中要争取使得纤维-聚氨酯反应混合物通常跨多个层尽可能均勻分布。在可重现性要求高的应用中，则通过机器人引导喷射混合头连同溜槽。理想的是用聚氨酯反应混合物基本上全方位润湿长纤维。这种用聚氨酯润湿的纤维没有一致的结构。更确切地说在不规则排列的长纤维之间有夹杂空气。为生产成型件，相应地将PUR润湿的长纤维送入打开的模具之中。通过模具的闭合，在压力下和在任选升高的温度下迫使松散堆积的纤维进入最终位置。采用这种方法也可挤出夹杂空气。可以通过这种方法生产不同的构件，例如仪表板支架、车门内衬、座椅靠背衬里、后架(Hutablagen)、 水平和垂直的外护板部分，例如发动机罩、车顶模块、侧向挡板部分。为了增强，相应的构件通常包含肋、搭片、拱或者类似的三维凸起结构。其例如被需要用于之后的固定、用于螺栓连接和嵌入。通过上部模具，印模中的沟槽和/或锥形凹槽获得此类结构。这些凹槽的间隙宽度或者直径/横断面通常如此之小，使得涂有发泡聚氨酯的长纤维不能进入空腔之中。只有那些取向与空腔相符的长纤维能够随泡沫一起进入空腔中。但是大部分长纤维都是倾斜的，因此主要是聚氨酯，而没有或者只有很少的纤维进入。这无法保证对之后的肋、搭片和/或拱的纤维增强。因此，此类不含纤维或者纤维含量较少的结构具有与实际成型体不一样的特性。 如果存在比较少的纤维，则热线膨胀系数比较大。于是这些线膨胀系数中的差异导致实际成型体在热荷载时发生弯曲。此外，向外凸出的结构具有较小的弯曲弹性模量。拱、肋和/或搭片相应地得不到充分增强。因此，经它们作为传力点只能承受比全面纤维增强的聚氨酯成型件能够承受更小的负荷。可能引入的螺丝在这里也固定不好。以下将描述一种简单的模型，用以估测在喷涂过程中施加到半模上的纤维(例如玻璃纤维)能够以何种概率进入到例如肋的狭长构件结构之中。为此作如下假设-将单根纤维看成细长、刚性的(纤维长度>>纤维厚度)-首先将纤维放在模具平面之中，然后用提升的基质材料将其输送到垂直于模具平面取向的区域之中(例如肋)O维观察)-仅将纤维取向和纤维长度作为纤维是否能够进入到肋之中的标准。以此估测那些直接位于相应构件结构(例如肋)“下方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·施莱尔马歇尔，R·肖尔茨，HG·维尔茨，K·弗兰肯，
申请(专利权)人：拜尔材料科学股份公司，
类型：发明
国别省市：