本公开涉及一种具有高硬度和高强度的发泡填料组合物。更具体地，本公开涉及以下具有高硬度和高强度的发泡填料组合物，在车辆碰撞之后其能够降低车身(车体，vehicle bodies)的形变以及增强车身的耐损性，并且减轻冲击同时显著提高(改善，improving)发泡率从而增加组合物的体积。
背景技术：
为了增强机动车(汽车，automotive)车身的硬度以及改善冲击性能，超高强度钢片材已经用于机动车车身或应用于结构粘合剂。然而，当超高强度钢片材应用于机动车车身时，由于厚度减小可能使其硬度降低，并且其强度难以增强。
通常，在机动车车身的结构中存在大量空腔(cavities)。例如，在B-PLR外部面板和内部面板之间存在间隙。当常规的结构粘合剂施用于这种面板之间的间隙时，它们具有增加强度的效果，但是具有以下缺点：由于大量粘合剂用于填充空腔，导致车辆重量和材料成本增加。
因此，在没有增加钢片材厚度的情况下，甚至当以少量发泡填料填充机动车车身的空腔或各种中空部件时，存在提高钢片材的硬度和强度的需求。
在该背景技术部分中所公开的上述信息仅用于增进对本公开内容的背景技术的理解，因此，其包括的信息可以不形成本领域普通技术人员已知的现有技术。
技术实现要素：
本公开致力于解决与现有技术相关的上述问题。
为解决以上问题，已通过将用于缓冲(冲击吸收，impact absorption)的玻璃气泡及物理和化学发泡剂与双酚A环氧树脂和丙烯酸橡胶改性的环氧树脂混合来制备发泡填料组合物，然后通过热固化起泡以填充面板中的空腔。因此，在没有引起用于车身的钢片材厚度增加的情况下，发泡填料组合物可以在车辆碰撞之后降低车身的形变并且增强车身的耐损性。另外，在碰撞之后发泡填料组合物可以分配(分散，distribute)应力以减轻冲击同时显著提高发泡率以增加组合物的体积。本发明构思的一方面提供了具有高硬度和高强度的能够降低车身形变以及增强车身耐损性的发泡填料组合物。
本发明构思的目的并不限于上文所示出的目的，而是将通过以下描述进行阐明并且将通过在附加权利要求书和其结合中公开的方式加以实现。
为了实现该目的，本公开包括如下实施方式。
根据本发明构思的一个实施方式，具有高硬度和高强度的发泡填料组合物包含按重量计20％至30％的双酚A环氧树脂、按重量计30％至40％的丙烯酸橡胶改性的环氧树脂、按重量计3％至5％的具有30μm至40μm的平均气泡直径的玻璃气泡(玻璃泡，玻璃泡沫，glass bubbles)、按重量计1.5％至3％的发泡剂、按重量计10％至20％的包含重质碳酸钙和轻质碳酸钙的扩链剂、以及按重量计10％至12％的双氰胺类固化剂。
下文讨论本发明的其它方面和实施方式。
具体实施方式
在下文中将详细地参考本发明构思的各种实施方式。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，然而应当理解的是，本文的描述并不旨在将本发明限于那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且还涵盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种代替物、修改、等价物以及其他实施方式。
在本公开的描述中，当认为现有技术的某些详细说明使得本发明的本质变得不必要地隐晦时，为了清晰起见，对其作出省略。在整个说明书中，除非另外明确地描述，表述“包括”应理解为意指包括所述要素，而不排除任何其他要素。
在下文中，本公开将参照示例性实施方式进一步地描述细节。
本公开提供了一种具有高硬度和高强度的发泡填料组合物，其包含按重量计20％至30％的双酚A环氧树脂、按重量计30％至40％的丙烯酸橡胶改性的环氧树脂、按重量计3％至5％的具有30μm至40μm的平均气泡直径的玻璃气泡、按重量计1.5％至3％的发泡剂、按重量计10％至20％的包含重质碳酸钙和轻质碳酸钙的扩链剂、以及按重量计10％至12％的双氰胺类固化剂。
根据本发明构思的一个实施方式，双酚A环氧树脂赋予发泡填料组合物剪切强度，并且基于组合物的总重量，可以以按重量计20％至30％的量使用。具体地，当双酚A环氧树脂的含量小于按重量计20％时，剪切强度会降低，而当双酚A环氧树脂的含量大于按重量计30％时，抗碰撞性(碰撞耐性，collision resistance)会降低。
根据本发明构思的另一实施方式，丙烯酸橡胶改性的环氧树脂赋予抗碰撞性，并且基于组合物的总重量，可以以按重量计30％至40％的量使用。 具体地，当丙烯酸橡胶改性的环氧树脂的含量小于按重量计30％时，抗碰撞性会降低，而当丙烯酸橡胶改性的环氧树脂的含量大于按重量计40％时，剪切强度会降低。
根据本发明构思的又一个实施方式，由于在碰撞之后气泡破裂，因而玻璃气泡增强压缩强度并且改善缓冲性。在此，可以使用具有30μm至40μm的平均气泡直径的玻璃气泡。具体地，当玻璃气泡的平均气泡直径小于30μm时，缓冲性会劣化，然而当玻璃气泡的平均气泡直径大于40μm时，由于排出之后引起的颗粒破碎，物理性质会劣化。在特定实施方式中，玻璃气泡可以具有33μm至37μm的平均气泡直径，或35μm的平均气泡直径。此外，基于组合物的总重量，玻璃气泡可以以按重量计3％至5％的量使用。在这种情况下，当玻璃气泡的含量小于按重量计3％时，缓冲性会劣化，而当玻璃气泡的含量大于按重量计5％时，可加工性(可使用性，workability)会劣化。
根据本发明构思的又一个实施方式，发泡剂可以增加填料组合物的体积，并且在碰撞之后通过使环氧树脂显著发泡至100％至200％以填充面板之间的间隙来分配应力。这样的发泡剂可以包含按重量计1％至2％的化学发泡剂，以及按重量计0.5％至1％的物理发泡剂。具体地，当化学发泡剂的含量小于按重量计1％时，由于低的气体生成速率，发泡率会降低，而当化学发泡剂的含量大于按重量计2％时，物理性质会劣化。此外，当物理发泡剂的含量小于按重量计0.5％时，由于反应热，气泡生成速率会降低，而当物理发泡剂的含量大于按重量计1％时，物理性质会劣化。关于发泡剂，当单独使用化学发泡剂或物理发泡剂时，在发泡之后剪切强度和防撞性会劣化。因此，可以同时使用化学发泡剂和物理发泡剂。
根据本发明构思的又一个实施方式，可以在本文中使用的化学发泡剂可以包含选自由4,4’-氧基双(苯磺酰基酰肼)(OBSH)、偶氮二甲酰胺、和对甲苯磺酰基酰肼组成的组中的至少一种。
根据本发明构思的又一个实施方式，可以在本文中使用的物理发泡剂可以包含选自由环戊烷、二氧化碳、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、乙醇、1,1-二氟乙烷(HFC-152a)、1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)、1,1,2,2-四氟乙烷(HFC-134)、氯乙烷、1-氯-1,1-二氟乙烷(HCFC-142b)、和氯代二氟甲烷(HCFC-22)组成的组中的至少一种。
根据本发明构思的又一个实施方式，扩链剂是一种赋予可加工性诸如流注性(排放性，dischargeability)、流动性等的体质颜料(调和颜料，extender pigment)，并且可以包含按重量计5％至10％的重质碳酸钙以及按重量计5％至10％的轻质碳酸钙。具体地，当重质碳酸钙的含量小于按重量计5％时，可加工性会降低，而当重质碳酸钙的含量大于按重量计10％时，剪切强度会降低。此外，当轻质碳酸钙的含量小于按重量计5％时，可加工性会劣化，而当轻质碳酸钙的含量大于按重量计10％时，物理性质如防撞性会劣化。
根据本发明构思的又一个实施方式，在扩链剂中重质碳酸钙和轻质碳酸钙是方解石(calcite)，并且具有不同的平均颗粒尺寸。即，重质碳酸钙可以具有60μm至70μm的平均颗粒尺寸，以及轻质碳酸钙可以具有10μm至20μm的平均颗粒尺寸。具体地，当重质碳酸钙的平均颗粒尺寸小于60μm时，可加工性会劣化，而当重质碳酸钙的平均颗粒尺寸大于70μm时，物理性质如剪切强度会劣化。此外，当轻质碳酸钙的平均颗粒尺寸小于10μm时，可加工性会劣化，而当轻质碳酸钙的平均颗粒尺寸大于20μm时，物理性质如剪切强度会劣化。关于扩链剂，通过混合具有较高平均颗粒尺寸的重质碳酸钙和具有相对较低颗粒尺寸的轻质碳酸钙可以控制物理性质和可加工性。
根据本发明构思的又一个实施方式，双氰胺类固化剂用于固化树脂，从而基于组合物的总重量，可以以按重量计10％至12％的量使用。在这种情况下，当双氰胺类固化剂的含量小于按重量计10％时，树脂会无法固化， 而当双氰胺类固化剂的含量大于按重量计12％时，树脂会作为残余物质残存，其会发出恶臭。
根据本发明构思的又一个实施方式，填料组合物可以进一步包含按重量计3％至5％的增塑剂、按重量计3％至5％的增粘剂、按重量计3％至5％的吸水剂、和按重量计1％至2％的稳定剂。具体地，增塑剂赋予冲击弹性，并且碳酸钙可以用作增塑剂。在这种情况下，当增塑剂的含量小于按重量计3％时，冲击弹性会降低，而当增塑剂的含量大于按重量计5％时，剪切强度会降低。
此外，增粘剂赋予钢片材粘合强度，并且聚酰胺可以用作增粘剂。在这种情况下，当增粘剂的含量小于按重量计3％时，粘合强度会劣化，而当增粘剂的含量大于按重量计5％时，防撞性会劣化。
此外，吸水剂赋予耐湿性，并且氧化钙(CaO)可以用作吸水剂。在这种情况下，当吸水剂的含量小于按重量计3％时，会出现由水分引起的膨胀，而当吸水剂的含量大于按重量计5％时，粘合强度会劣化。
另外，稳定剂赋予热稳定性，并且二氧化锡(SnO2)可以用作稳定剂。在这种情况下，当稳定剂的含量小于按重量计1％时，耐热性会降低，而当稳定剂的含量大于按重量计2％时，粘合强度会降低。
因此，当发泡填料组合物通过将用于缓冲的玻璃气泡、扩链剂和增塑剂与双酚A环氧树脂和丙烯酸橡胶改性的环氧树脂混合制备，然后通过热固化起泡以填充在面板中的空腔时，根据本发明构思的一个示例性实施方式的发泡填料组合物可以在没有引起用于车身的钢片材厚度增加的情况下，有利于降低车辆碰撞之后车身的形变以及增强车身的耐损性。
此外，根据本发明构思的示例性实施方式的发泡填料组合物可以有利于显著提高发泡率(100％至200％)以增加组合物的体积，并且当物理发泡剂和化学发泡剂混合使用时，有利于在碰撞之后分配应力以减轻冲击。
因此，发泡填料组合物可以应用于在其中具有形成的空腔的各种部件、需要增强硬度和强度的部件、或要求水密性的部件、以及机动车车身。
在下文中，本发明构思的一种或多种实施方式将参照以下实施例进行详细的描述。然而，这些实施例并不旨在限制一种或多种实施方式的目的和范围。
实施例
下列实施例说明了本发明并且不旨在对其进行限制。
实施例1和2以及比较例1和2
使用如在下面表1中列出的成分及其含量比率制备发泡填料组合物。
表1
测试实施例
测试实施例1
用于降落评估(drop evaluation)的具有170×60×500mm尺寸(钢卷(steel coil)：SPRC440，并且在10个点处点焊)的试验样品用于测量在实施例1和2以及在比较例1和2中制备的发泡填料组合物的物理性质。在这种情况下，在以下条件中进行落塔测试(drop tower test)。在表2中列出了结果。
[用于落塔测试的降落评估条件]
降落高度：200mm
降落重量：400kgf
降落速度：1.98m/s
表2
基于在表2中列出的结果，可以看出相比于其中不将测试样品涂覆的情形，在其中加入适当量的丙烯酸橡胶改性的环氧树脂、玻璃气泡、和发泡剂的实施例1和2的发泡填料组合物具有令人满意的物理要求诸如剪切强度、防撞性、和抗弯刚度，在简化的降落评估中碰撞形变显著降低大约40％至50％，并且能量吸收显著提高30％至50％。
此外，可以看出在用于降落评估的常规试验样品中，外部面板、REINF和内部面板具有1.0t、1.2t和1.2t的重量，但是在测试实施例1中使用的测试样品中，外部面板、REINF和内部面板具有0.8t、1.0t和1.2t的重量，表明钢片材的厚度降低了大约4％至8％。
在另一方面，可以看出在其中加入少量的丙烯酸橡胶改性的环氧树脂、并且不加入玻璃气泡和物理发泡剂的比较例1的发泡填料组合物相比于实施例1和2的发泡填料组合物具有较差的缓冲性，从而在碰撞之后不易表现出增强性能。此外，可以看出，当单独使用化学发泡剂时，在发泡之后 剪切强度和冲击性能降低，表明比较例1的发泡填料组合物没有达到期望的物理要求。
进一步地，显示出在其中加入少量的玻璃气泡和吸水剂的比较例2的发泡填料组合物显著劣化防撞性和抗弯刚度，并且由于缺乏吸水剂内容物而出现膨胀，表明当组合物应用于测试样品时比较例2的测试样品具有较差的耐久性。
基于这些结果，证实了当发泡填料组合物是通过将用于缓冲的玻璃气泡、扩链剂、和增塑剂与双酚A环氧树脂和丙烯酸橡胶改性的环氧树脂混合制备，然后通过热固化起泡以填充在面板中的空腔时，在没有增加用于车身的钢片材厚度的情况下，在车辆碰撞之后实施例1和2中制备的发泡填料组合物具有降低车身形变并且增强车身耐损性的效果。
此外，证实了当混合物理和化学发泡剂时，实施例1和2的发泡填料组合物具有显著提高发泡率以增加组合物的体积以及在碰撞之后分配应力以减轻冲击的效果。
当发泡填料组合物是通过将用于缓冲的玻璃气泡、扩链剂、和增塑剂与双酚A环氧树脂和丙烯酸橡胶改性的环氧树脂混合制备，然后通过热固化起泡以填充在面板中的空腔时，在没有增加用于车身的钢片材厚度的情况下，在车辆碰撞之后，根据本发明构思的一个示例性实施方式的具有高硬度和高强度的发泡填料组合物可以具有降低车身形变以及增强车身耐损性的效果。
此外，当混合物理和化学发泡剂时，根据本发明构思的一个示例性实施方式的发泡填料组合物可以具有显著提高发泡率以增加组合物的体积以及在碰撞之后分配应力以减轻冲击的效果。
因此，根据本发明构思的一个示例性实施方式的发泡填料组合物可以应用于在其中具有形成的空腔的各种部件、需要增强硬度和强度的部件、或要求水密性的部件、以及机动车车身。
已经参考其实施方式详细描述了本发明。然而，本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，能够对这些实施方式做出改变，本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。