ES2202384T3

ES2202384T3 - Uso de un cuerpo compuesto laminar como elemento constructivo autoportante en el sector del automovil.

Info

Publication number: ES2202384T3
Application number: ES96100068T
Authority: ES
Inventors: Ulrich Dr. Liman; Hans Kath; Klaus-Werner Huland
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1996-01-04
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2016-01-04
Also published as: KR100389662B1; KR960029097A; DE19501198A1; DE59610610D1; CA2167130C; JPH08238734A; PT722827E; EP0722827A2; CZ290757B6; US5716564A; CA2167130A1; EP0722827B1; EP0722827A3; CZ13796A3; BR9600104A

Abstract

UN CUERPO SINTETICO DE LAMINAS, QUE SE COMPONE DE MATERIAL ESPONJOSO QUE MUESTRA GRUPOS URETANO Y EVENTUALMENTE GRUPOS ISOCIANURATO MEDIANTE PROCESO DE ESPONJADO DE UN ESPESOR POR DEBAJO DE 300 G/L, CON PREFERENCIA DE UN ESPESOR DE 20 - 150 G/L, EN UNA CAPA DE COBERTURA FLEXIBLE DE UN ESPESOR POR DEBAJO DE 10 MM, CON PREFERENCIA POR DEBAJO DE 2 MM, SIENDO MANTENIDA EN UN MOLDE, SE UTILIZA COMO COMPONENTE AUTOSOPORTANTE, LIBRE DE ELEMENTOS DE REFUERZO EN EL CAMPO DE LA INDUSTRIA DEL AUTOMOVIL.

Description

Uso de un cuerpo compuesto laminar como elemento constructivo autoportante en el sector del automóvil.

La presente invención se refiere al uso de un cuerpo compuesto laminar basado en espumas de poliuretano (PUR) y capas de cubierta delgadas y flexibles para el equipamiento de automóviles. La espuma de PUR utilizada a este respecto se caracteriza por una dilatación térmica extremadamente baja y dureza necesaria para el elemento constructivo.

Los cuerpos compuestos basados en espumas de PUR y capas de cubierta encuentran múltiples usos en el automóvil, como p.ej. en salpicaderos, reposabrazos, consolas centrales o parachoques. Para procurar una estabilidad dimensional suficiente deben utilizarse o bien elementos de refuerzo de metal y/o plástico como p.ej. en un salpicadero o bien una capa de cubierta rígida suficientemente gruesa, como p.ej. la corteza de revestimiento de un parachoques, para garantizar en el intervalo de temperaturas de -30ºC a 120ºC la exactitud de ajuste del elemento constructivo. El coeficiente de dilatación longitudinal, en lo sucesivo también llamado coeficiente de dilatación térmica, de las materias primas actualmente habituales, como p.ej. polipropileno, acrilo-butadieno-estireno (ABS), espumas de relleno de PUR, etc., se encuentra a este respecto en el orden de magnitud de más de 100x10^{-6} K^{-1}, en tanto que no se utilicen coadyuvantes como cargas o esteras de vidrio.

El documento US-A-4508774 define elementos constructivos autoportantes fabricados a partir de espuma celular de poliuretano de una densidad de 15-400 kg/m^{3} con una capa de cubierta (flexible) de hasta 0,3 mm de espesor reforzante o decorativa que se une en el propio molde con la espuma de PU (MDI como monómero) espumada mediante espumado en el molde ("in mold"). El uso se encuentra en el sector del automóvil para salpicaderos, techos interiores y elementos absorbentes de energía. La resistencia al aplastamiento se determina conforme a la norma DIN 53421 y asciende a 140 kPa.

El documento US-A-4134610 define parachoques con elevada absorción de choque y su fabricación como elemento constructivo autoportante fabricado a partir de espuma de poliuretano semidura de poliéter, poliisocianato (MDI), (tio)urea y alcanolaminas de una densidad de 50-150 kg/m^{3} con una capa de cubierta delgada reforzante protectora que se une en el propio molde con la espuma de PU espumada. La deformación permanente a compresión dinámica del 60% a entre -40ºC y +60ºC asciende tras 30 minutos a no más del 1%.

Conforme a la invención se utiliza ahora un cuerpo compuesto basado en una capa de cubierta delgada y flexible unida a una espuma de PUR espumada adosada, que posee un coeficiente de dilatación térmica inferior a 100x10^{-6} K^{-1} y una resistencia al aplastamiento a 40% de compresión de 200-900 kPa, sin coutilización de coadyuvantes adicionales, como p.ej. cargas, esteras de vidrio, etc., como elemento constructivo autoportante en el sector del automóvil. La renuncia a tales coadyuvantes no excluye que en la fabricación del material compuesto se incorporen elementos de montaje que sirvan para la fijación del elemento constructivo deseado en el automóvil. Estos elementos de montaje no poseen ningún efecto significativo para la estabilidad dimensional del elemento constructivo. El material compuesto a utilizar conforme a la invención posibilita un peso del elemento constructivo substancialmente menor en comparación con elementos constructivos análogos construidos conforme al estado actual de la técnica.

Es objeto de la invención el uso de un cuerpo compuesto laminar que ha sido obtenido por espumación de una espuma que presenta grupos uretano y dado el caso isocianurato, de una densidad inferior a 300 g/l, preferiblemente de una densidad de 20-150 g/l, que posee un coeficiente de dilatación térmica de < 100x10^{-6} K^{-1} y una resistencia al aplastamiento de 200-900 kPa a 40% de compresión, adosada a una capa de cubierta flexible de un espesor inferior a 10 mm, preferiblemente inferior a 2 mm, en un molde, como elemento constructivo autoportante exento de elementos reforzantes en el sector del automóvil.

Conforme a la invención es preferido que

-: la espuma que presenta grupos uretano y dado el caso isocianurato posea una densidad de 20 a 90 g/l,

-: la espuma que presenta grupos uretano y dado el caso isocianurato haya sido obtenida con poliisocianatos del tipo del difenilmetanodiisocianato,

-: como capas de cubierta flexibles se utilicen láminas de plástico, cubiertas de plástico, láminas textiles, películas de cuero o metales finos,

-: el cuerpo compuesto laminar se utilice como parachoques de automóviles, para salpicaderos y para elementos protectores absorbentes de energía en el sector de puertas.

La fabricación de espumas que presentan grupos uretano y dado el caso isocianurato es conocida de por sí y está descrita p.ej. en los documentos DE-PS 11 12 285, GB-PS 11 04 394, DE-OS 15 95 844 y 17 69 023 así como en el Kunststoff-Handbuch (Manual de plásticos) volumen VII, Polyurethane, editado por Vieweg y Höchtlen, Carl-Hanser Verlag Munich 1966, así como en la nueva edición de este libro, editada por G. Oertel, Carl-Hanser Verlag Munich, Viena 1983.

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Para la fabricación de las espumas se utilizan:

a) Mezclas de difenilmetano-diisocianatos y polifenil-polimetilen- poliisocianatos (MDI bruto), preferiblemente aquellas mezclas en las que los polifenil- polimetilen-oliisocianatos están presentes en más de 10% en peso, en especial en 25-65% en peso. Además pueden estar presentes parcialmente (hasta en 50% en peso) en la mezcla otros poliisocianatos, p.ej. poliisocianatos alifáticos, cicloalifáticos, aralifáticos, aromáticos y heterocíclicos, como los descritos p.ej. por W. Siefken en Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, páginas 75 a 136, por ejemplo aquellos de fórmula

Q(NCO)_{n}

en la que significan

n = 2 a 4, preferiblemente 2 y 3, y

Q un resto de hidrocarburo alifático con 2-18, preferiblemente 6 átomos de C, un resto de hidrocarburo cicloalifático con 4-15, preferiblemente 5-10 átomos de C, preferiblemente un resto de hidrocarburo aromático con 6-15, preferiblemente 6- 13 átomos de C o un resto de hidrocarburo aralifático con 8-15, preferiblemente 8-13 átomos de C, p.ej. poliisocianatos tales como los descritos en el documento DE-OS 28 32 253, páginas 10 a 11. Son especialmete preferidos por regla general los poliisocianatos técnicos fácilmente accesibles, p.ej. el 2,4- y 2,6-toluilendiisocianato, así como mezclas discrecionales de estos isómeros ("TDI").

b) Son además componentes de partida compuestos con al menos dos átomos de hidrógeno reactivos frente a isocianatos de un peso molecular por regla general de 400-10.000 ("componente de poliol"). Por estos se entiende además de compuestos que presentan grupos amino, grupos tío o grupos carboxilo preferiblemente compuestos que presentan grupos hidroxilo, en especial compuestos que presentan 2 a 8 grupos hidroxilo, en especial aquellos de peso molecular de 1.000 a 6.000, preferiblemente de 2.000 a 6.000, p.ej. poliéteres y poliésteres así como policarbonatos y poliesteramidas que presentan al menos 2, por regla general 2 a 8, pero preferiblemente 2 a 6 grupos hidroxilo, como los conocidos de por sí para la fabricación de poliuretanos homogéneos y celulares y descritos p.ej. en el documento DE-OS 28 32 253, páginas 11-18.

Los polioles utilizados preferiblemente para la fabricación de la espuma son polioxialquilenpoliéteres terminados con hidroxi. Se preparan por los métodos habituales, como p.ej. por adición catalizada con bases de óxidos de alquileno como oxirano, metiloxirano o etiloxirano a una molécula iniciadora (iniciador). Son ejemplos de tales iniciadores: etilenglicol, propilenglicol, neopentilglicol, butilenglicol, hidroquinona, los bisfenoles, anilinas y otras monoaminas aromáticas, monoaminas alifáticas y monoésteres de glicerina; iniciadores trifuncionales como glicerina, trimetilolpropano, trimetiloletano, N-alquilfenilendiaminas, mono-, di- y trialcanolaminas; iniciadores tetrafuncionales como etilendiamina, propilendiamina, 2,4'-, 2,2'- y 4,4'-metilendianilinas, toluilendiaminas y pentaeritrol; e iniciadores hexa- y octafuncionales como sorbitol y sacarosa. La adición del óxido de alquileno a la molécula iniciadora puede llevarse a cabo simultáneamente o si se usan distintos óxidos de alquileno secuencialmente, para producir poliéteres de bloques, hetéricos o de bloque-hetéricos. La literatura para ello se encuentra en "Polyurethane Handbook" y "Polyurethanes: Chemistry and Technology".

Son poliéteres preferidos en la presente invención poliéteres iniciados sobre propilenglicol, glicerina y trimetilolpropano preparados por propoxilación con óxido de propileno con un bloque de óxido de etileno terminal del 0 al 50%. También pueden utilizarse mezclas de estos poliéteres. Igualmente pueden utilizarse en el componente de poliol los poliolésteres o poliolcarbonatos conocidos de la química de los poliuretanos.

c) Dado el caso, otros componentes de partida son compuestos con al menos dos átomos de hidrógeno reactivos frente a isocianatos de un peso molecular de 32 a 399. También en este caso se entiende por estos, compuestos que presentan grupos hidroxilo y/o grupos amino y/o grupos tiol y/o grupos carboxilo, preferiblemente compuestos que presentan grupos hidroxilo y/o grupos amino, que sirven como alargadores de cadena o reticulantes. Estos compuestos presentan por regla general 2 a 8, preferiblemente 2 a 4, átomos de hidrógeno reactivos frente a isocianatos. Ejemplos de estos están descritos en el documento DE-OS 28 32 253, páginas 19-20.

d) Como agente de expansión se utiliza preferiblemente agua. Dado el caso pueden coutilizarse adicionalmente compuestos orgánicos fácilmente volátiles, como n- ó i-pentano, ciclopentano, 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano o hexafluorobutano.

f) Dado el caso se coutilizan coadyuvantes y aditivos como

-: otras substancias fácilmente volátiles y/o agua como agente de expansión adicional, utilizándose el agua por regla general en una cantidad de 0,1 a 10% en peso, referida al componente b),

-: catalizadores del tipo conocido de por sí de la química de los poliuretanos,

-: aditivos tensioactivos, como emulsionantes y estabilizadores de espuma,

-: agentes ignífugos, p.ej. agentes ignífugos que contienen fósforo exentos de halógenos como fosfato de trietilo, fosfato de difenilcresilo, fósforo rojo, retardantes de reacción, p.ej. substancias de reacción ácida como ácido clorhídrico o halogenuros de ácidos orgánicos, además reguladores celulares de tipo conocido de por sí como parafinas o alcoholes grasos o dimetilpolisiloxanos así como pigmentos o colorantes, además estabilizadores frente al envejecimiento e influencias de la intemperie, plastificantes y substancias con actividad fungistática y bacteriostática así como cargas como sulfato de bario, tierra de diatomeas, hollín o creta lavada.

Estos coadyuvantes y aditivos que se coutilizan dado el caso se describen por ejemplo en el documento DE-OS 27 32 292, páginas 21-24.

Otros ejemplos de aditivos tensioactivos y estabilizadores de espuma así como reguladores celulares, retardantes de reacción, estabilizadores, substancias ignífugas, plastificantes, colorantes así como substancias con actividad fungistática y bacteriostática que dado el caso se coutilizan conforme a la invención así como detalles sobre el modo de uso y acción de estos aditivos están descritos en el Kunststoff-Handbuch, volumen VII, Polyurethane, editado por Vieweg y Höchtlen, Carl-Hanser Verlag, Munich 1966, p.ej. en las páginas 103-113.

Realización del procedimiento para la fabricación de las espumas duras:

Los componentes de reacción se hacen reaccionar conforme al procedimiento de una etapa, al procedimiento de prepolímero o al procedimiento de semiprepolímero conocido de por sí, haciéndose uso frecuentemente de dispositivos mecánicos, p.ej. de aquellos descritos en el documento US-PS 27 64 565. Detalles sobre dispositivos de procesamiento, que también se consideran conforme a la invención, se describen en el Kunststoff-Handbuch, volumen VII, editado por Vieweg y Höchtlen, Carl-Hanser Verlag, Munich 1966, p.ej. en las páginas 121-205.

Conforme a la invención por regla general se trabaja con un índice característico de 90-300, frecuentemente a un índice característico superior a 150, p.ej. de 200-300.

La espumación se realiza en moldes cerrados.

Como capa de cubierta se consideran las láminas o películas de moldeo habituales en el mercado con un espesor inferior a 10 mm, preferiblemente inferior a 2 mm. Las láminas (p.ej. PVC/ABS; ASA, etc.) por ejemplo tras el procedimiento de termomoldeo se someten a embutición profunda y forman la capa de cubierta del cuerpo de moldeo. Igualmente se consideran procesos alternativos para la fabricación de capas de cubierta flexibles blandas, como p.ej. el moldeo "powder-slush" de polvos de PVC para la fabricación de películas de moldeo. Igualmente pueden utilizarse otro tipo de capas de cubierta, como p.ej. láminas recubiertas con textiles.

Las espumas de PUR del cuerpo de moldeo laminar se caracterizan por una densidad de la espuma de moldeo inferior a 300 g/l, preferiblemente de 20-150 g/l, en especial de 20-90 g/l así como por una resistencia al aplastamiento de 200-900 kPa a 40% de compresión, así como por un coeficiente de dilatación térmica inferior a 100x10^{-6} K^{-1} preferiblemente inferior a 25x10^{-6} K^{-1}. El bajo coeficiente de dilatación térmica es posible por el uso de polioléteres con agua como agente de expansión por la parte de poliol y difenilmetanodiisocianatos polímeros con una proporción de polímero superior al 10%, preferiblemente del 25 al 65%, por la parte de isocianato.

Ejemplos de realización

El difenilmetanodiisocianato polímero (MDI) utilizado tenía una proporción de polímero de 50% en peso, un contenido de isocianato de 31% en peso y una viscosidad de 200 mPas (Desmodur® 44 V20; Bayer AG). El poliéter A es un poliéter trifuncional, preparado por propoxilación de trimetilolpropano con subsiguiente etoxilación (índice de OH 28). El poliéter B es un poliéter trifuncional, preparado por propoxilación de trimetilolpropano y subsiguiente etoxilación, sobre el que se ha aplicado por injerto un contenido de 20% en peso de estireno-acrilonitrilo (índice de OH 28). El poliéter C es un poliéter bifuncional, preparado por propoxilación de propilenglicol con subsiguiente etoxilación (índice de OH 28). D es el producto de propoxilación de trietanolamina (índice de OH 500). E es el producto de propoxilación de sorbita (índice de OH 100). F es el producto de propoxilación de etilendiamina (índice de OH 630). El compuesto G es un éster de ácido aminocrotónico. H es el producto de propoxilación de propilenglicol (índice de OH 180). El compuesto K es N,N-dimetilciclohexilamina. El poliéter M es un producto de propoxilación de una mezcla iniciadora de sacarosa, propilenglicol y agua con una funcionalidad de 5,3 (índice de OH 470). N es el producto de propoxilación de trimetilolpropano (índice de OH 380). P es una solución al 25% en peso de acetato potásico en dietilenglicol. R es dimetilaminoetoxietanol. B 4690 es un estabilizador de la firma Goldschmidt.

Los formulaciones químicas de poliol descritas más adelante han sido procesadas con los métodos habituales de mezclado manual y a máquina, como los conocidos desde hace mucho tiempo en el procesamiento de poliuretano. Los datos de reactividad y la densidad de la espuma libre se determinaron por espumación manual en un vaso de precipitados de 500 ml. La densidad de volumen libre, el tiempo de subida y el tiempo de inicio se determinaron en muestras mezcladas manualmente como es habitual en el campo de las espumas de PUR. El coeficiente de dilatación térmica se determinó conforme a la norma DIN 53752, el valor de empañamiento conforme a la norma DIN 75201 y la resistencia al aplastamiento a 40% de compresión conforme a la norma DIN 53577 en cuerpos de moldeo (20 x 20 x 4 cm) preparados por espumación en máquina.

La formulación 1 de la tabla 1 describe una espuma de relleno de PUR utilizada conforme al estado de la técnica para la fabricación de salpicaderos. Solo puede alcanzarse una estabilidad dimensional suficiente mediante un soporte reforzante al que se adhiere la espuma. A partir de las formulaciones 2 a 4 se preparan los cuerpos de moldeo utilizados conforme a la invención por espumación adosada a la capa de cubierta deseada. Debido a los bajos coeficientes de dilatación térmica se consiguen elementos constructivos de ajuste exacto para la utilización del elemento constructivo fabricado. La formulación 2 es adecuada para el sector de aplicación de parachoques, la formulación 3 y 4 para aplicaciones de salpicadero así como para elementos protectores absorbentes de energía en el sector de puertas.

TABLA 1 Formulaciones de poliol, reactividades y propiedades conforme al estado de la técnica y a ejemplos conforme a la invención

Formulaciones (Ejemplos)	1	2	3	4
Poliéter A	72
Poliéter B	18	80
Poliéter C			67
Poliéter M			17
K			2
H				70
N				20
Glicerina				7
P			4	2
R				1,5
B 4690			1	0,1
D	2,75
F		10	55
Trietanolamina		2
Dietanolamina	0,5	2	1
E		2	0,1
G	2,0	2,7
Agua	3,4	4,5	4	7
MDI	60	100	300	280
Indice característico	100	100	252	200
Densidad de la pieza de moldeo	70	70	70	50
Tiempo de inicio (s)	14	13	18	6
Tiempo de subida (s)	115	85	57	32
Empañamiento, Método B (mg)	0,5	0,7	0,9	0,5

TABLA 1 (continuación)

Formulaciones (Ejemplos)	1	2	3	4
Densidad de espuma libre (g/l)	55	54	38	33
Coeficiente de dilatación térmica (10^{-6}K^{-1})	155	65	13	11
Resistencia al aplastamiento a 40% de compresión (kPa)	53	200	700	400

Claims

1. Uso de un cuerpo compuesto laminar que ha sido obtenido por espumación de una espuma que presenta grupos uretano y dado el caso isocianurato, de una densidad inferior a 300 g/l, preferiblemente de una densidad de 20 a 150 g/l, que posee un coeficiente de dilatación térmica de < 100x10^{-6} K^{-1} (medido conforme a la norma DIN 53752) y una resistencia al aplastamiento de 200 a 900 kPa a 40% de compresión (medida conforme a la norma DIN 53577), adosada a una capa de cubierta flexible de un espesor inferior a 10 mm, preferiblemente inferior a 2 mm, en un molde, como elemento constructivo autoportante exento de elementos reforzantes en el sector del automóvil.

2. Uso conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque la espuma que presenta grupos uretano y dado el caso isocianurato posee una densidad de 20 a 90 g/l.

3. Uso conforme a la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la espuma que presenta grupos uretano y dado el caso isocianurato ha sido obtenida con poliisocianatos del tipo del difenilmetanodiisocianato.

4. Uso conforme a una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque como capas de cubierta flexibles se utilizan láminas de plástico, cubiertas de plástico, láminas textiles, películas de cuero o metales finos.

5. Uso de un cuerpo compuesto laminar conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4 como parachoques de automóviles.

6. Uso de un cuerpo compuesto laminar conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4 para salpicaderos.

7. Uso de un cuerpo compuesto laminar conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4 para elementos protectores absorbentes de energía en el sector de puertas.