使用可发泡介质和覆盖层的模内发泡方法和可由其获得的塑料模制品的制作方法

专利名称：使用可发泡介质和覆盖层的模内发泡方法和可由其获得的塑料模制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制备由泡沫芯和一个或多个由塑料和/或复合材料和/或金属制成的覆盖层组成的复合组件的一步发泡、层压和模塑方法，该泡沫芯由可发泡介质，例如可发泡塑料制成。该塑料泡沫复合模制品具有高的机械负荷能力并具有比可比的金属组件低的质量并因此突出地适合作为航天器、航空器、船舶和陆上运输工具中的组件和用于其它构造元件。
背景技术：
复合材料的成形方法是已知的。例如,气囊吹塑方法(Schlauchblasverfahren)中使用由例如有机硅橡胶制成的气囊，以将由复合材料，例如玻璃纤维增强或碳纤维增强的塑料制成的型坯在模具中吹胀，使该型坯适应于该模具形状并将该型坯热硬化。 气囊吹塑方法在气囊吹塑方法(特别用于运动制品工业，实例是自行车框架、网球拍等)中，在升高的内压力和升高的温度下利用有机硅气囊在模具中压入由纤维增强塑料(FRP)制成的覆盖层并使之硬化。为此，将通常具有热固性基体的FRP (所谓预浸料坯)插入模具中。为了复制模具的外部轮廓，在将模具闭合后，在该模具内部对有机硅气囊加压。然后在所限定的温度下使该FRP硬化。然后打开该模具，将组件脱模并移除有机硅气囊。出于由组件决定地不再可取出气囊的情况下，使用〃牺牲芯〃。DE 19845269 (MBK)描述了如何让被气垫包围的气囊进入具有复杂形状的模腔，然后将之吹胀，从而完全地填充该模腔。DE 102007056830 (Head)描述了制备由复合材料制成的网球拍的气囊吹塑方法。DE 102007051517 (TU Dresden)的发明涉及由用于与功能元件形状配合连接的由纤维复合材料制成的中空轴或中空轮轴。所述中空轴具有在夹套中的至少两个纤维层，在所述层中的不同纤维取向，和具有圆形边缘的轮廓。所述功能元件具有与所述轴的轮廓对应的轮廓接触区，并且它们具有功能区域配置和位于在它们之间的过渡元件。根据该发明的轴，以及功能元件，都具有低重量。DE 102004015072 (RohmGmbH&Co. KG)描述了通过塑料模塑组合物的挤出制备由透明塑料构成的棒材的方法，其特征在于将挤出的塑料模塑组合物分开成两个不同的线料并使用该塑料模塑组合物I挤出塑料管材并且，在进入真空箱校准器后，在大约20cm后，所述新挤出的管材并行地采用预先分开的熔融塑料模塑组合物2填充，并将该新形成的塑料模制品如常规管材挤出中那样进一步加工。DE 10240395 (Lisa DrSxlmaier GmbH)描述了用于机动车并且至今由钢管在内部高压法中制备的横梁，用于接受其它部件的各种装置可能已经焊接到该横梁上。根据该发明的横梁包括由纤维复合材料或金属-塑料杂化设计构成的弯曲管，用于接受其它部件的各种装置已经注射到该弯曲管上。DE 102009002232 (Volkswagen AG)描述了制备凸轮轴的方法和设备，该方法比以前的方法，例如内部高压成型方法(IHU)或浇铸方法更灵活，并且得到更轻的产品。该凸轮轴由纤维增强塑料组成，并且该制备方法由以下步骤组成 将预制的负荷引入元件布置在具有中空结构的纤维半成品上， 将弹性中空体引入到该纤维半成品中和 将整个装置置于温度可控的模具中， 将负荷引入元件布置在该模具内， 填充该弹性中空体，因此该半成品挤压到该模具和负荷引入元件的轮廓上， 填充基体材料并热硬化， 在硬化后可以将该轴脱模。DE 102007026553 (TU Dresden)描述了具有汽车轮子轮廓的用于轮轴和轴，例如用于飞机起落架的多泡孔复合结构。经由纤维层按各种角度的布置达到组件的高机械负荷能力。DE 102005020274 (Denk Engineering GmbH)描述了如下制备纤维增强塑料模制件的方法将纤维层压体施加到可延伸的内模制件上，将用该纤维层压体覆盖的内模制件引入阴模中并使其膨胀，其中该内模制件膨胀并且将纤维材料挤压到组件模具的内壁上。可以将金属部件或已经硬化的纤维增强部件引入该组件模具中，它们在该纤维增强的材料的硬化后与该塑料模制件牢固地接合并将其额外增强。芯护套的膨胀经由气体或液体输入发生，但是也可以经由负压发生。DE 102005020907A1 (TU Dresden)描述了由纤维增强塑料构成的中空结构，其具有已经成型到该中空结构的内部轮廓上的负荷引入元件。该中空结构由用反应性树脂混合物浸溃的纺织半成品组成。可以手工地或利用已知的注射方法，例如树脂传递模塑法(RTM)施加反应性树脂。使用吹塑气囊达到轮廓精确的形状复制。使用PUR的〃模内模塑〃的主要特征在于-在〃正常的"PUR发泡中，发泡进行到组件中(类似于构造泡沫)。-借助PUR制备〃牺牲芯〃，它们然后可以被覆盖层覆盖。所述方法然后包括多个步骤。-在PUR的情况下，发泡从液相发生。为了耗散车辆在碰撞情况下的能量，在汽车的结构内使用碰撞兀件。它们一般由金属成型制备，并经由金属结构的限定的变形(折叠)而耗散在负荷情况下的能量。对于各特殊应用(赛车或微型越野车)已经使用具有泡沫芯和FRP覆盖层的碰撞元件。然而，该制备方法与根据本发明的程序根本上不同在第二方法步骤中将纤维施加到置于模具中的泡沫芯上，然后在第三方法步骤中将其加固。为了例如在车体中达到加固效果(包括在经历碰撞中的应力的位置)，使用PUR泡沫。这些被直接地注入金属的中空轮廓中，并在引入过程中(例如引入汽车的B柱)膨胀。该方法在此情况下基于的是，可能将PUR原位发泡。

发明内容
目的根据本发明的目的因此是
原位发泡方法的开发， 制备填充泡沫的三维组件(塑料泡沫复合模制品)的简单的一步方法的开发， 制备通过一个和/或多个覆盖层包覆的填充泡沫的三维组件(塑料泡沫复合模制品)的简单的一步方法的开发，其中所述覆盖层可以在彼此下方接合，·由塑料泡沫复合模制品制成的轻质结构碰撞元件的制备， 具有泡沫芯和一个覆盖层或多个覆盖层的模制件和异型结构的制备，
平面塑料泡沫复合模制品的制备， 具有传递力的结构(插入物)或粘接的结构或加固结构的集成组件的制备， 泡沫膜片的原位制备， 传感器， 具有可变/可调节密度的组件的制备， 天线(隔离物)， 用于提高耐压性和耐翘曲和弯折性的元件的制备， 很大程度上均匀的泡沫结构的制备， 具有各向异性机械性能的组件的制备， 纵向和横向梁(例如汽车中的A、B和C柱)经由塑料泡沫复合模制品的加固。目的的达到根据本发明的目的如下经由塑料泡沫复合模制品和经由其制备方法达到通过固体可发泡塑料，例如聚(甲基)丙烯酰亚胺(PMI)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(TOR)、聚(甲基)丙烯酸酯(PMMA)的使用成功制备塑料泡沫复合模制品，该塑料泡沫复合模制品基本上均匀并在发泡工艺的过程中与覆盖层或多个相同的或不同的覆盖层机械稳定地接合。〃机械稳定地〃在下文中是指用于剥离覆盖层所要求的力(测量方法根据DIN 53295的转鼓剥离试验)大于所述材料典型的剥离力矩。对于ROHACELL ,它们在1 Q-HONmm/mm的范围内。覆盖层塑料泡沫复合模制品的覆盖层可以例如由以下组成-有或者没有增强材料的热塑性材料，例如是具有任选的通过例如玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、聚合物纤维、天然纤维或碳纤维增强的不同类型的聚酰胺(PA、PA 66,PA 12)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚醚醚酮(PEEK)，例如PA 6GF-热塑性纤维复合材料或有机板，例如连续纤维增强的PA6-有和没有增强材料的热固性材料，例如预浸料坯-仅增强材料，例如由玻璃、碳、芳族聚酰胺、聚合物制成的纤维，例如玄武岩纤维、硼纤维、陶瓷纤维、金属纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、聚乙烯纤维、Plexiglas纤维，天然纤维，例如木质纤维、亚麻纤维、大麻纤维、剑麻纤维-金属，实例是铝、钢、高强度钢-弹性体，例如橡胶、PUR、纤维增强的橡胶或纤维增强的PUR-凝胶涂层-和由上述材料中一种或多种形成的组合，实例是由玻璃纤维网和碳纤维网的组合制成的多层结构(层压体)。可以用于塑料泡沫复合模制品的覆盖层的增强材料是塑料技术中常用的纤维材料，实例是-玻璃纤维，例如呈短玻璃纤维、长玻璃纤维、连续纤维、纤维网、纤维纺织物、针织物、非织造织物或毡垫形式-碳纤维，例如呈短玻璃纤维、长玻璃纤维、连续纤维、纤维网、纤维纺织物、针织物、非织造织物或毡垫形式-芳族聚酰胺纤维，例如呈短玻璃纤维、长玻璃纤维、连续纤维、纤维网、纤维纺织物、针织物、非织造织物或毡垫形式-天然纤维，例如是木质纤维、亚麻纤维、大麻纤维、剑麻纤维-合成纤维，例如是聚酯纤维、尼龙纤维、聚乙烯纤维、Plexiglas纤维-玻璃珠，实例是玻璃珠增强的聚酰胺(例如PA6GK30)覆盖层也可以是在彼此下方用粘合剂粘接的。聚(甲基)丙烯酰亚胺和聚(甲基)丙烯酰亚胺泡沫与本发明方法尤其相关的芯层包含聚(甲基)丙烯酰亚胺泡沫。置于括号中的表述意于表示任选的特征。因此，例如，(甲基)丙烯酸类不但是指丙烯酸类而且是指甲基丙烯酸类和这两类化合物的混合物。可从根据本发明的组合物获得的聚(甲基)丙烯酰亚胺泡沫具有可以由式(I)表示的重复单元，
权利要求
1.制备塑料泡沫复合模制品的方法，其特征在于将一个或多个覆盖层和固体聚(甲基)丙烯酰亚胺共聚物引入模具，然后使所述聚(甲基)丙烯酰亚胺共聚物发泡并与所述一个或多个覆盖层接合。
2.根据权利要求I的方法，其特征在于在170摄氏度至250摄氏度下进行所述发泡。
3.根据权利要求I的方法，其特征在于在唯一一个方法步骤中制备塑料泡沫复合模制品O
4.可根据专利权利要求1-3的方法获得的塑料泡沫复合模制品。
5.根据权利要求4的塑料泡沫复合模制品作为航天器、航空器，船舶和陆上运输工具中的组件的用途。
6.根据权利要求4的塑料泡沫复合模制品作为航天器、航空器，船舶和陆上运输工具中的能量吸收组件的用途。
7.根据权利要求4的塑料泡沫复合模制品作为航天器、航空器，船舶和陆上运输工具中的稳定组件的用途。
全文摘要
本发明涉及通过固体可发泡塑料，例如聚(甲基)丙烯酰亚胺(PMI)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PUR)或聚(甲基)丙烯酸酯(PMMA)的使用成功制备塑料泡沫复合模制品，该塑料泡沫复合模制品基本上均匀并在发泡工艺的过程中在约200摄氏度下与一个覆盖层或多个覆盖层或多个相同的或不同的覆盖层机械稳定地接合。
文档编号C08J9/00GK102958662SQ201180029658
公开日2013年3月6日 申请日期2011年5月31日 优先权日2010年7月30日
发明者A·克拉茨, A·蔡容斯, M·A·罗特, R·齐默尔曼 申请人:赢创工业集团股份有限公司