用于将附加零件连接至夹心部件的方法、聚合物组合物的用途和复合部件与流程

本发明涉及如独立权利要求的前序部分的一种用于将附加零件连接至夹心部件的方法、聚合物组合物的用途和一种复合部件。

作为连接方法，夹心结构是一类轻型结构，其中，部件由坚固的承重外层组成，这些外层由相对软的、大多为低密度的芯材(中间层)隔开。这些零件重量轻，且非常耐弯曲和翘曲。建筑行业中与此相关的计算基于线性夹心理论。芯例如可以由纸蜂窝、金属蜂窝，特别是铝蜂窝、泡沫材料如硬质泡沫、矿物棉或轻木组成。它传递产生的剪切力，并支撑外层。这些非常低密度的芯材的其他常用性质是隔热和隔音。用作外层的材料尤其是金属片材，金属如铝、铬-镍/镀锌钢，纤维复合材料；塑料如聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚砜(ps)、聚氨酯(pur)；纤维增强塑料如玻璃纤维增强塑料(grp)、芳族聚酰胺、碳纤维增强塑料(crp)；木材衍生的材料如(层压)板、高密度纤维板(hdf)；矿物材料，特别是玻璃；石材。通常在引入力的位置提供增强元件。

夹心部件与其它部件的连接是通过采用使用增强元件的可商购解决方案实现的，例如被引入夹心结构中的所谓插入件，或者被施加至夹心结构上的所谓置上件(onsert)。关于力的传递，必须在从机械连接装置至插入件或置上件的力传递与从插入件或置上件至实际部件的力传递之间进行根本区别。

用于将局部力引入轻质结构材料中的可商购元件的缺点，特别是夹心板或夹心部件中的盲紧固元件的缺点在于，由于自动化复杂，必须手动引入用于引入力的插入件或置上件。这导致高工艺成本和低工艺可靠性。从制造商的视角，另一个缺点是标准化连接方式的使用极大地限制了产品设计和部件灵活性。

因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点。特别地，本发明的一个目的是提供一种用于将夹心部件连接至附加零件的方法，该方法可以自动化，并且快速且廉价并且确保夹心部件和附加零件之间的牢固连接。本发明的另一个目的是制造具有低制造成本并且具有良好复合性质的复合部件。

这些目的是通过独立权利要求的特征实现的。

本发明涉及一种用于将附加零件连接至夹心部件的方法。该方法包括提供夹心部件的步骤。夹心部件包括具有第一外层的第一主表面和具有第二外层的第二主表面，特别是第一外片材和第二外片材。第一外层和/或第二外层具有至少一个孔。夹心部件包括至少一个中间层，其中，该中间层位于第一外层和第二外层之间。因此，中间层的厚度对应于第一外层和第二外层之间的距离。

此外，该方法包括以下步骤：提供具有至少一个输入孔的附加零件，并且还将所述附加零件连接至夹心部件。在连接过程中，附加零件的第一输入孔和夹心部件的至少一个孔被布置成连通的。以使得在聚合物组合物硬化之后，附加零件和夹心部件通过聚合物组合物彼此连接的方式，将可硬化聚合物组合物通过附加零件的第一输入孔引入夹心部件的至少一个孔中。

表述“连通”在这里是指聚合物组合物可以通过附加零件的输入孔进入夹心部件的孔中。

表述“夹心部件的主表面”是指不是由中间层形成的大表面积侧。因此，主表面是外层的背离中间层的那些表面。

该方法允许将夹心部件连接至附加零件，而不需要另外的连接装置如螺钉，但是仍然形成牢固的连接。聚合物组合物例如可以被注入。可以使用自动化程序。可以通过适当地调节聚合物组合物的性质优化力引入位置的物理性质，且因此优化部件的物理性质。此外，可调节连接位置内的硬度性质和弹性性质，以实现优化的将力引入部件结构中。这特别对于动态负载是有利的。

取决于所涉及的负载和材料，聚合物组合物可具有以下特性：

a)它最多只能延伸远到面向中间层的第一外层表面。因此，力仅最小程度地传递至中间层和传递至相对的外层。这降低了连接在相对的第二外层上变得可见或在相对的第二外层处变得明显的风险。

b)它可以延伸到中间层而不影响面向中间层的第二外层表面。这具有的优点是，力被传递到中间层，但是第二外层保持不受影响和不改变。

c)它可以延伸远至面向中间层的第二外层表面，或延伸穿过第二外层。因此，力可以通过两个外层消散。

聚合物组合物的引入方式特别优选为使得聚合物组合物特别深地伸入中间层，即，到达特别靠近相对的外层的点。这导致硬化的聚合物组合物锚固在夹心部件中。锚固优选地延伸穿过中间层的厚度的至少10％。

第一外层和第二外层分别具有至少一个孔并且第一外层的至少一个孔和第二外层的至少一个孔布置成与附加零件的至少一个输入孔连通也是可能的。

第一输入孔可通向附加零件和夹心部件之间的腔。当两个部件连接时出现腔，并且该腔由附加零件中的至少一个输入孔和夹心部件中的至少一个孔形成。在引入聚合物组合物时，可以通过输入孔用聚合物组合物填充腔。附加零件具有多于一个输入孔也是可能的。多个输入孔可以通向同一个腔中并且可以布置成与夹心部件中的孔连通。还可以想到的是，附加零件的输入孔被布置成与夹心部件中的两个或更多个孔连通。夹心部件中的孔在此可以布置在第一外层中和/或布置在第二外层中。然而，也可能的是，在连接时在夹心部件和附加零件之间形成多个腔，并且相应的输入孔通向每个腔中。

腔允许通过借助聚合物组合物的粘合结合通过部件的粘合表面将部件连接。

所述可硬化的聚合物组合物优选是粘合剂，特别是双组分粘合剂。

可以根据ep2589478a1中公开的配方选择聚合物组合物。这些通过引用并入本文。聚合物组合物尤其是具有以下性质的粘合剂。粘合剂优选是基于聚脲的快速硬化双组分粘合剂，如ep1958975b1或ep2871194中所述。这些通过引用并入本文。

优选的是，聚合物组合物包含含异氰酸酯的组分a和含胺的组分b。组分a包含异氰酸酯官能度≥1.7，优选其中1.7＜fnco＜3，特别优选范围为2至3的异氰酸酯封端的预聚物。组分b包含至少一种二胺和/或多胺，优选聚醚二胺和/或聚醚多胺。在此，组分a中的异氰酸酯基团与组分b中的胺基团的化学计量比为0.5至1.2，特别优选为1。

特别优选的是，聚合物组合物包含第一组分a和第二组分b。组分a包含单体多异氰酸酯，特别是单体二异氰酸酯，和异氰酸酯封端的预聚物和/或异氰酸酯官能度≥1.7，优选范围为1.7＜fnco＜3，特别优选范围为2＜fnco＜3的预聚物混合物。第二组分b包含二胺和/或多胺，特别是聚醚二胺和/或聚醚多胺，和三聚催化剂。存在于组合物中的第一组分a中的异氰酸酯基团与第二组分b中的异氰酸酯反应性氢原子的化学计量比为7.5至25，优选为10至20，特别优选为15。因此，使用一种双组分聚合物组合物，其中，在第一步骤中通过多胺与过量存在的单体多异氰酸酯(特别是二异氰酸酯)的反应形成第二预聚物。该反应是高度放热的。同时，组分b中提供的胺使组分a的异氰酸酯封端的预聚物交联。反应的进一步过程主要涉及在相关催化剂特别是辛酸钾的影响下存在的异氰酸酯基团的三聚。因此，与常规的聚氨酯粘合剂和聚脲粘合剂相比，该聚合物组合物不仅具有比其他高强度粘合剂例如环氧树脂更高的拉伸强度和耐热性，而且还具有更高的耐冲击性。

原则上也可能的是，使用其它基于聚氨酯、环氧树脂或丙烯酸酯的双组分液态粘合剂，它们硬化以得到热固性材料。如果粘合剂在施用过程中按照说明书的粘度小于10000mpas，优选小于300mpas，理想地小于100mpas(在涂胶机的混合头中在35℃-65℃，优选50℃下，并且在70-140巴，优选100巴的压力下测量的)，则将其描述为液态的。通过选择组分的温度可以进一步优化该混合粘度。粘度是通过布鲁克菲尔德(brookfield)法用主轴4和20rpm的转速测定的。

在本文中，“硬化”是指通过链聚合、缩聚或加聚使粘合剂化学固化。因此，提供了一种聚合物组合物，其特别是通过化学反应快速凝固并且结构坚固。

因此，引入了聚合物组合物，该聚合物组合物在固化之后是结构坚固的，并且特别是不膨胀的。因为聚合物组合物具有放热性质，所以夹心部件的中间层和/或现有粘合剂层的区域可以在聚合物组合物的反应期间熔融。因此，改善了聚合物组合物的锚固。

可硬化的聚合物组合物的适用期范围可以为1至15秒，优选为2至10秒，特别优选为3至7秒。

这种类型的聚合物组合物的优点在于，由夹心部件和附加零件制成的复合物可以立即被进一步加工或用于预期用途，因为聚合物组合物在非常短的时间内就具有必要的强度。举例来说，可以形成与另一部件的坚固连接。

根据dinen923：1998-05，术语“适用期”是指混合后多组分粘合剂可以使用的时间段。适用期通过dinen14022：2010(德文版)的“方法3：通过手动施用的测定”来测定。当然，此处必须考虑系统的短反应时间。

此外，聚合物组合物可以形成粘结连接，即粘合连接，和/或互锁连接和/或摩擦连接。优选地，在聚合物组合物硬化之后，在聚合物组合物与中间层和/或第一外层和/或第二外层之间形成粘结连接。同样，通过该实施方案，特别大的力被引入并消散至外层。

聚合物组合物可以在夹心部件中形成底切部(undercut)。在此优选的是，底切部形成在第一外层和/或第二外层处，特别是形成在第一外层和/或第二外层的面向中间层的表面处。优选的是，底切部由处于硬化状态的聚合物组合物形成。因此，可能在聚合物组合物与第一和/或第二外层之间形成互锁连接，因此允许引入特别大的力并将其消散至外层。

该聚合物组合物可以在附加零件中具有底切部。优选地，底切部由处于硬化状态的聚合物组合物形成。举例来说，附加零件可以是另一夹心部件。因此，可能的是，举例来说，在聚合物组合物和附加零件之间形成互锁连接，因此允许向附加零件引入特别大的力并将其消散。

底切部可以存在于夹心部件中或附加零件中，也可以存在于两个部件中。如果两个部件中都存在底切部，则可以利用它们消散对两个部件的作用力。这允许承受更大的力。

在夹心部件内，聚合物组合物可以在平行于夹心部件的主表面的方向上延伸跨越最大距离，该最大距离大于夹心部件的孔的最大直径。此处其延伸跨越的最大距离是聚合物组合物在硬化状态下延伸跨越的距离。其可以以结构化或未结构化的形式延伸跨越此距离。术语“结构化”在这里是指其可以以特定形状延伸跨越所述距离的可能性。举例来说，其可以以星形延伸跨越所述距离。其他可想到的形状是椭圆形、矩形、正方形和三角形。然而，也可能的是，中间层的材料允许其以非结构化的方式延伸跨越所述距离。举例来说，在松散包装的材料中，可能的是，填充材料之间的腔直到聚合物硬化而不形成具体可定义的形状。

通过以这种方式延伸跨越所述距离，聚合物组合物变得理想地被锚固在夹心部件内，因此提供由夹心部件和附加零件制成的特别稳定和坚固的复合材料。

夹心部件的孔可以选自槽和洞，特别是圆形洞。这些可以通过钻孔、铣削、冲压、开槽、穿孔、激光、研磨、切割或化学方法或热方法机械引入。这里的可能性是一个孔、多个孔和多个相对小的孔，这些是圆形、多边形或槽状的。未定义的形状同样是可能的。这样，可以将聚合物组合物特别有利地引入到中间层中。

专用工具，例如铣床、钻头或切割刀可用于制造底切部。

将孔选择为非圆形孔，例如选择为槽，提供了确保互锁连接的连接点，以防止固化的聚合物组合物的不希望的旋转。因此，承受相对大的力是可能的。

选择小的窄孔可以允许隐蔽组装。

至少一个中间层具有中空室结构。表述“中空室结构”在这里可以是单个室或多个室。中空室结构例如可以包括蜂窝、波纹、孔、肋、圆角、棱锥或半球形结构。然而，也可以想到其他结构。各个室可以填充有材料，或者可以包含气体或气体混合物，因此看起来是“未填充”的。室还可具有交替的填充区域和未填充区域。如果室未填充，则可以通过摩擦连接和/或互锁连接和/或粘结连接实现粘合。可以通过分子力化学地和/或通过与材料的表面结合物理地实现粘结连接。

举例来说，如果中空室结构是蜂窝结构，则填充单个蜂窝并且单个蜂窝包含仅气体或气体混合物如空气是可能的。还可以想到的是，单个蜂窝仅部分填充有材料，例如半填充有材料，而其余部分包含气体混合物，例如空气。类似的考虑也可适用于上述其他中空室结构。

中间层的中空室结构可减小夹心部件的重量，同时仍提供非常高的稳定性。

填充的和未填充的中空室结构都是可能的。该材料可以优选地选自纸板、塑料、金属、纤维复合材料、木材衍生的材料、泡沫材料、纤维材料以及由塑料如聚氯乙烯(pvc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚甲基丙烯酰亚胺(pmi)、发泡聚苯乙烯(eps)、挤出聚苯乙烯泡沫(xps)制成的松散材料、再生材料、木材衍生材料如轻木、软纤维，旋屑、纤维材料、复合材料、管状切屑，轻质实木板；玻璃；石材；金属如铝。

夹心部件的外层可优选地选自金属如铝，铬镍/镀锌钢；塑料如聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚砜(ps)、聚氨酯(pur)；纤维增强塑料如玻璃纤维增强塑料(grp)、芳族聚酰胺、碳纤维增强塑料(crp)；木材衍生材料如层压板(plywood)、高密度纤维板(hdf)；矿物材料，特别是玻璃；石材。

附加零件可以是片材、连接元件和/或紧固元件；弹簧系统；电气元件或覆盖物。板材例如可以是转接板材或另一夹心部件。如果其是另一夹心部件，则它同样可以具有上面列出的性质。连接元件和/或紧固元件可以是型材、角形物、管、套筒、螺母或覆盖物。可以想到的电气元件例如是模块、箱、控制台或照明设备。

这样，将多种不同的部件施加到夹心部件上是可能的。夹心部件可以以许多不同的方式使用。

本发明的另一方面提供了聚合物组合物用于将附加零件连接至夹心部件的用途，优选在如上所述的方法中。

优选的是，聚合物组合物是化学可交联的粘合剂，特别是单组分粘合剂或双组分粘合剂，或热熔粘合剂，特别是热塑性粘合剂。

特别地，粘合剂可以被配置为如上面已阐述的那样。

非常特别优选的是，聚合物组合物包含含异氰酸酯的组分a和胺组分b。组分a包含异氰酸酯官能度≥1.7，优选地其中1.7＜fnco＜3，特别优选地范围为2至3的异氰酸酯封端的预聚物。组分b包含至少一种二胺和/或多胺，优选聚醚二胺和/或聚醚多胺。组分a中的异氰酸酯基团与组分b中的胺基团的化学计量比优选为0.5至1.2，特别优选为1。

与常规的聚氨酯粘合剂和聚脲粘合剂相比，这种类型的聚合物组合物不仅具有比其他高强度粘合剂如环氧树脂更高的拉伸强度和耐热性，而且还具有更高的耐冲击性。

本发明的另一方面涉及一种复合部件，其包括夹心部件和附加零件。夹心部件在具有第一外层的第一主表面和/或在具有第二外层的第二主表面中具有至少一个预制孔。附加零件具有预制输入孔。夹心部件的孔和附加零件的输入孔被布置成连通的并且通过硬化的聚合物组合物彼此连接。夹心部件和附加零件优选地被设计为如上所述。

该复合部件优选地可通过如上所述的方法获得。

这种类型的复合部件可以以许多不同的方式使用，例如在道路交通领域中，特别是用于商用车、汽车、一级方程式赛车、房车、两轮/三轮车、临时路面；在铁路交通领域，特别是火车、电车、缆车；空中旅行，特别是太空旅行、航空器、无人机、卫星；海洋，特别是游艇和超级游艇、河船、货轮、游轮、石油平台、海上设施、水下应用；建筑，特别是外墙和屋顶、地板、桥梁、电梯、自动扶梯、活动房屋；室内装修，特别是家具、天花板、墙壁、地板、商店装修、展位装修、舞台结构、展示、门、隔板；体育，特别是冬季运动和水上运动；物流，特别是集装箱、罐、货盘、包装；能源，特别是风力涡轮机、太阳能装置；机械工程，特别是冲压工具、覆层、移动部件；药物，特别是牙科植入物、其他植入物、固定装置；国防技术，特别是火箭。

下面参考实施例更详细地描述本发明。

图1：示出本发明的复合部件的截面示意图，该复合部件由夹心部件和附加零件及聚合物组合物制成；

图2：示出了图1的部件的中间层的各种中空室结构的截面图；[a，b，c]

图3：示出了本发明的另一种复合部件的截面示意图。

图4：示出了本发明的另一种复合部件的截面图。

图5：显示了本发明的另一种复合部件的截面图。

图中相同的附图标记表示相同的结构元件。

图1示出了包括夹心部件2和附加零件3的复合部件1的截面图。夹心部件2具有第一外层21和第二外层22。在第一外层21和第二外层22之间，布置了中间层23。中间层23例如可以由泡沫材料(未示出)组成。夹心部件2在第一外层中具有孔24。附加零件3具有输入孔31。输入孔31和孔24被布置为连通的，在这种情况下具有平行取向。在输入孔31和孔24之间，有硬化的聚合物组合物4，其之前通过输入孔31被注入，并因此通过孔24深深地伸入中间层23中。硬化的聚合物组合物4的齿44借助中间层的性质产生，并且可以随中间层的材料变化。

图2示出了具有不同结构的中间层23的图1的复合部件1。在变型a中，中间层23由蜂窝23a组成。它们可以是填充的蜂窝。在图2a中，至少硬化的聚合物组合物4伸入其中的蜂窝被填充。在图c中，以俯视图示出了蜂窝结构w，其中，至少上部外层21已经被去除。在变型b中，中间层23由单独的波纹23b组成。这里同样，至少硬化的聚合物组合物4伸入其中的波纹区域被填充。

图3示出了通过本发明的方法制造的本发明的另一复合部件1的截面图。夹心部件2包括第一外层21和第二外层22，以及蜂窝23a形式的中间层23。泡沫7填充所得的中空室结构。第一外层21具有多个孔24。将附加零件3施加到夹心部件2，结果在附加零件3和夹心部件2之间形成腔5。附加零件3的输入孔31通向所述腔5中。聚合物组合物已通过输入孔31被装填，装填方式使得硬化的聚合物组合物4在夹心部件2中形成锚固元件41。用聚合物组合物填充腔5已导致夹心部件2与附加零件3的摩擦连接。输入孔31和孔24的连通布置已通过腔5实现，腔5提供了两者之间的连接。

图4示出了通过本发明的方法制造的本发明的另一种复合部件1。附加零件3和夹心部件2同样共同形成腔5。该腔5通过输入孔31填充有聚合物组合物。夹心部件2的第一外层21具有四个孔24，聚合物组合物已通过孔24进入中间层23中。硬化的聚合物组合物4在夹心部件2中形成底切部42。这些可以通过钻孔、铣削、切割、开槽、穿孔、激光、研磨或化学方法或热方法制造。底切部大多数是通过使用专用工具如铣床、钻头或切割刀制造的。附加零件3具有类似的底切部43。中间层23的中空室结构在该设计中由锥形室23c形成。在附加零件3上，具有以螺钉或螺栓6的形式配置的另外的连接元件，其用于紧固另外的元件或部件(未示出)。

图5示出了通过本发明的方法制造的另一种复合部件1。聚合物组合物4已通过输入孔31和孔24被引入到夹心部件2中，引入方式使得硬化的聚合物组合物4延伸跨越平行于第一外层21和第二外层22的主表面25和26的最大距离a最大。其在此处延伸跨越的最大距离a最大大于夹心部件2的孔24的最大直径d最大。