ES2264733T3 - Montaje de automovil. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para producir un montaje de automóvil que comprende un miembro estructural hecho de un material de plástico moldeado que tiene una superficie de baja energía y un miembro de refuerzo unido al miembro estructural, teniendo los miembros superficies complementarias, que comprende aplicar un adhesivo a la superficie complementaria del miembro estructural y/o el miembro de refuerzo, poner en contacto las superficies complementarias del miembro de refuerzo y el miembro estructural y permitir que el adhesivo fragüe para pegar entre sí el miembro estructural y el miembro de refuerzo en el que el adhesivo es capaz de pegarse a un plástico de superficie de baja energía, en el que el adhesivo comprende una composición polimerizable, en el que la composición polimerizable comprende un complejo de organoborano/amina y uno o más monómeros, oligómeros o polímeros que tienen insaturación olefínica que es capaz de polimerización por polimerización de radicales libres.
Description
Montaje de automóvil.
Esta invención se refiere a un montaje de
automóvil, en particular a montajes estructurales empleados en el
frontal conocido como "soporte frontal" o la parte trasera de
un automóvil y también a montajes para uso como sistemas
parachoques. La invención se ocupa especialmente de montajes
estructurales de automóviles que tienen un miembro de refuerzo y un
miembro estructural que están conectados entre sí por medio de un
adhesivo (véase el documento
EP-A-1084816).
Un sistema parachoques de automóvil comprende
típicamente una "viga parachoques" y una "placa de protección
de parachoques". Típicamente, la viga parachoques está
atornillada al chasis del automóvil y la placa de protección está
conectada a los paneles de la carrocería. Entre la placa de
protección y la viga está dispuesta típicamente una unidad de
absorción de energía. Una viga parachoques está hecha típicamente de
un material rígido, por ejemplo acero y aluminio, para proporcionar
integridad estructural y una superficie de reacción a impacto y
puede hacer de miembro de refuerzo en el sistema parachoques. La
"placa de protección de parachoques" está conformada para
apoyarse o ser conectable a la unidad de absorción de energía y
también para tener atractivo estético, siendo parte de la parte
externa del sistema parachoques. Una "placa de protección de
parachoques" típicamente puede estar hecha de o comprender un
material de plástico moldeado.
Las unidades de absorción de energía (EAU)
pueden estar hechas de metal, por ejemplo acero y aluminio, o pueden
estar hechas de material de plástico. Las EAU se comprimen o
deforman en un impacto absorbiendo así la energía del impacto. Las
EAUs parachoques de plástico convencionales pueden montarse, por
ejemplo, calentando puntos de jalonamiento para soldar el material
de plástico de la EAU y la placa de protección entre sí. Sin
embargo, este procedimiento puede dejar marcas visibles no deseables
sobre la placa de protección.
La placa de protección también puede unirse a la
EAU usando medios de fijación mecánica.
La EAU puede conectarse a la viga parachoques o
puede estar situada cerca pero espaciada de la viga. Típicamente, la
EAU puede conectarse a la viga usando medios de fijación
mecánica.
Cuando la placa de protección y la EAU o la EAU
y la viga parachoques están conectadas en puntos localizados, pueden
encontrarse grandes tensiones en esos puntos que conducen a fallo en
caso de una colisión y absorción de energía menos eficiente a lo
largo de la longitud del sistema parachoques.
Un "soporte frontal" (en lo sucesivo FEC)
para un automóvil es esa parte de la carrocería del automóvil que
une entre sí los dos lados del frontal del automóvil y está
alineado transversalmente para encerrar un compartimento frontal,
típicamente del motor. El FEC está conformado para propósitos
estéticos y funcionales, y aloja típicamente o aparte de eso se usa
para soportar uno o más de los montajes de iluminación, el sistema
de refrigeración y el pestillo mediante el que se asegura el capó
cuando está cerrado.
Los FEC's están hechos convencionalmente al
menos de dos partes, un miembro estructural y un miembro de
refuerzo.
Normalmente, el miembro estructural, ya sea en
un FEC o un sistema parachoques, comprende un material de plástico,
por ejemplo polipropileno, polipropileno relleno de vidrio o
poliamidas, que se presta a ser conformado en la forma deseada. La
parte de plástico del FEC o sistema parachoques es producida
convencionalmente mediante moldeo usando técnicas conocidas que
incluyen moldeo por compresión y moldeo por inyección. En un FEC, el
miembro de refuerzo se emplea para proporcionar resistencia a
impactos, así como proporcionar beneficios estructurales como
durabilidad y rigidez mejoradas. El refuerzo está hecho típicamente
de un metal, por ejemplo acero y aluminio, pero puede estar hecho de
otros materiales capaces de proporcionar refuerzo. El miembro de
refuerzo se une típicamente al miembro estructural mediante fijación
mecánica, por ejemplo usando pernos y tornillos. Sin embargo, la
fijación mecánica causa concentraciones de tensión en los puntos de
fijación entre la pieza moldeada de plástico y el refuerzo, lo que
puede hacer que el FEC falle mecánicamente durante la prueba de
durabi-
lidad.
lidad.
Como alternativa a la fijación mecánica en
FEC's, la pieza moldeada de plástico puede moldearse alrededor de y
ser enclavada con el refuerzo, por ejemplo proporcionando orificios
en los refuerzos y formando la pieza moldeada de plástico in
situ para asegurar las dos partes entre sí. No obstante, este
procedimiento es más caro que montar la pieza moldeada de plástico y
el refuerzo usando fijación mecánica y también proporciona menos
flexibilidad del procedimiento. Además, el diseño y efectividad en
uso del refuerzo puede verse comprometido por tener múltiples
orificios y geometría estructuralmente menos efectiva que se
necesitan para permitir la formación in situ de la pieza
moldeada de plástico.
Los adhesivos tradicionales no se pegan
eficazmente a materiales plásticos del tipo usado en FECs y que
pueden usarse en sistemas parachoques debido a la baja energía
superficial de los materiales de plástico. Se cree que los adhesivos
como tales no se han empleado hasta ahora para fabricar FECs,
sistemas parachoques y similares.
Sin embargo, se conocen adhesivos para uso en el
pegado a materiales de baja energía superficial. Por ejemplo, el
documento US-A-5795657 desvela
composiciones de adhesivos que se dice que tienen excelente adhesión
a una diversidad de sustratos, especialmente polímeros de baja
energía superficial. El adhesivo desvelado en este documento se
refiere a complejos de poliamina de organoborano y especialmente
complejos en los que la poliamina es producto de reacción de
material terminado de amina primaria de tinte y material que tiene
al menos dos grupos reactivos con amina primaria con un exceso de
grupos de amina primaria sobre grupos reactivos con amina primaria.
Los complejos pueden usarse en sistemas que inician la
polimerización de monómero acrílico para producir composiciones de
adhesivo acrílico. Se dice que tales composiciones son útiles para
pegar plástico de baja energía superficial o sustratos de polímero.
El documento US-A-5795657 se refiere
a complejos de amina de organoborano usados en adhesivos acrílicos y
que pueden emplearse en aplicaciones estructurales y
semiestructurales incluyendo pegado de vidrio/metal y pegar entre sí
otros tipos de materiales. Se hace referencia a pegado de plástico
a una gama de tipos de materiales de los que uno es metal.
El documento
US-A-5691065 se refiere a complejos
de amina de organoborano y a adhesivos acrílicos que incorporan
sistemas iniciadores basados en tales complejos. Los adhesivos son
especialmente útiles al pegar sustratos de baja energía superficial
como polietileno, polipropileno y politetrafluoroetileno. En los
Ejemplos de este documento, los Ejemplos 14 a 118 proporcionan datos
acerca de adhesión a un sustrato de polietileno o un sustrato de
politetrafluoroetileno. Los Ejemplos 121 a 125 incluyen además
referencia a adhesión de un sustrato de polipropileno que se pega a
un sustrato del mismo material.
Estos documentos de la técnica anterior no
contemplan el uso de adhesivos para pegar componentes de refuerzo a
piezas moldeadas de plástico en aplicaciones automovilísticas en las
que se debe satisfacer una combinación de criterios prácticos y
técnicos. En concreto, en estos documentos no hay indicación de que
puedan emplearse adhesivos en FEC's o sistemas parachoques que, por
la naturaleza de su uso, están expuestos a impacto y grandes
tensiones y esfuerzos.
En vista del uso de consumo generalizado de
automóviles, las materias de seguridad, como resistencia a choque
mejorada, durabilidad y rigidez del FEC y la robustez, resistencia
al calor, inactividad química y capacidad de recuperación en
impactos a baja velocidades sistemas parachoques, junto con el coste
y la flexibilidad de fabricación son críticos en el diseño y
fabricación de automóviles.
La técnica conocida de fijación mecánica del
miembro de refuerzo al miembro estructural de plástico tiene
desventajas en cuanto a limitaciones estructurales, y
concentraciones de tensiones y formar un componente, por ejemplo un
FEC y un sistema parachoques moldeando el plástico in situ,
por ejemplo a través de orificios en el refuerzo, es costoso e
inflexible, lo cual puede limitar las opciones de diseño y también
incrementar los costes de producción. Producir los componentes para
uso en FEC's y parachoques mediante moldeo in situ alrededor
del refuerzo también requiere que la herramienta de moldeo tenga un
diseño complementario al componente de refuerzo, por eso cualquier
cambio en el diseño del componente de refuerzo requiere
modificaciones en la herramienta de moldeo, introduciendo por tanto
más complicación y coste en el procedimiento. Por consiguiente,
queda una necesidad de mejorar la combinación óptima de seguridad,
coste y flexibilidad de fabricación.
Se ha descubierto ahora un procedimiento por el
que el miembro de refuerzo puede ser unido al miembro estructural de
plástico en montajes de automóviles como FECs y sistemas parachoques
que mejora o elimina las desventajas asociadas con los
procedimientos existentes de producción de los mismos. Empleando
ciertos tipos de adhesivo que son capaces de pegarse a superficies
de baja energía como materiales de plástico usados en FECs y
sistemas parachoques, puede reducirse o evitarse la necesidad de
unión a través de fijación mecánica o formación in situ de de
una pieza moldeada de plástico alrededor de un componente de
refuerzo.
Por consiguiente, un primer aspecto de la
invención proporciona un procedimiento para producir un montaje de
automóvil que comprende un miembro estructural hecho de un material
de plástico moldeado que tiene una superficie de baja energía y un
miembro de refuerzo unido al miembro estructural, teniendo los
miembros superficies complementarias, que comprende aplicar un
adhesivo a la superficie complementaria del miembro estructural y/o
el miembro de refuerzo, poner en contacto las superficies
complementarias del miembro de refuerzo y del miembro estructural y
permitir que el adhesivo fragüe para pegar entre sí el miembro
estructural y el miembro de refuerzo en el que el adhesivo es capaz
de pegarse a un plástico de superficie de baja energía.
Por plástico de superficie de baja energía se
entiende materiales que tienen una energía superficial de menos de
45 mJ/m^{2}, adecuadamente menos de 40 mJ/m^{2} y deseablemente
menos de 35 mJ/m^{2} que incluyen, a modo de ejemplo,
polipropileno y poliamida. Si se desea, la superficie del miembro
estructural y/o el miembro de refuerzo puede ser tratada o imprimada
para mejorar la adhesión antes de la aplicación del adhesivo.
Adecuadamente, el miembro estructural no es sometido a tratamiento o
imprimación y el adhesivo se aplica directamente a la superficie
del miembro estructural.
En un segundo aspecto, la invención proporciona
el uso de un adhesivo capaz de pegarse a un sustrato de superficie
de baja energía en la fabricación de un montaje de automóvil que
comprende un miembro estructural que comprende una pieza moldeada de
plástico que tiene una superficie de baja energía y un miembro de
refuerzo para pegar entre sí la dicha pieza moldeada y el miembro de
refuerzo.
En un tercer aspecto, la invención proporciona
un montaje de automóvil que comprende un miembro estructural hecho
de un material de plástico moldeado que tiene una superficie de baja
energía y un miembro de refuerzo unido al miembro estructural,
teniendo el miembro estructural y el miembro de refuerzo superficies
complementarias y estando unidos por medio de un adhesivo, que es
capaz de pegarse a un sustrato de superficie de baja energía, sobre
al menos parte de una o las dos superficies complementarias.
La presente invención puede aplicarse a
cualquier montaje de automóvil en el que se ha de pegar un material
a un material de superficie de baja energía, por ejemplo sistemas
"frontales" y sistemas "traseros" y un sistema
paracho-
ques.
ques.
Ventajosamente, la invención permite que el
miembro estructural y el miembro de refuerzo sean unidos después de
que haya sido producido el miembro estructural evitando así las
desventajas del procedimiento conocido en el que el miembro
estructural se forma in situ. De este modo se reduce el
riesgo de tener que alterar las herramientas para producir el
miembro estructural si se altera el diseño del miembro de refuerzo.
Además, el diseño y por tanto la efectividad estructural del miembro
de refuerzo no se ve comprometido por limitaciones sobre geometría,
forma o dimensiones del miembro de refuerzo impuestas por el aparato
de mecanizado. Por consiguiente, la invención proporciona ventajas
en cuanto a flexibilidad de procedimiento mejorada, diseño del
montaje y coste. Además pueden emplearse refuerzos de un diseño
complejo para proporcionar un nivel superior de refuerzo por unidad
de peso de refuerzo. Esta disposición puede proporcionar beneficios
adicionales en cuanto a flexibilidad de diseño, peso reducido, con
las ventajas que se derivan de eso.
En una realización preferida, el miembro
estructural y el miembro de refuerzo tienen formas complementarias,
al menos en parte y se pegan entre sí por aplicación de adhesivo en
alguna o las dos partes complementarias de los miembros, para pegar
las dos partes entre sí sobre un área que es significativamente
mayor que el área asociada a la unión de las partes mediante
fijación mecánica. Ventajosamente, pegar de esta manera el miembro
estructural y el miembro de refuerzo reduce la concentración de
tensión en las uniones entre los dos miembros. Preferentemente, el
miembro estructural y el miembro de refuerzo son pegados entre sí
por un continuo de adhesivo a lo largo de las superficies
complementarias sobre los dos miembros para reducir la concentración
de tensión en un punto particular cuando se aplica carga al
montaje.
El montaje de automóvil, por ejemplo un FEC y un
sistema parachoques, se fabrica adecuadamente empleando técnicas
conocidas para producir el miembro estructural, por ejemplo moldeo
por compresión o por inyección.
Adecuadamente, el miembro estructural comprende
una pieza moldeada de plástico. El material de plástico comprende
preferentemente un homopolímero, por ejemplo una poliolefina, una
poliamida, un óxido de polifenileno y poliestireno, o un copolímero,
por ejemplo un tereftalato de polialquileno, que tiene una baja
energía superficial.
Materiales de plástico preferidos incluyen
polipropileno, poliamida, aleaciones de poliamida, polímeros de
óxido de polifenileno, polímeros de poliestireno, aleaciones de
poliestireno, polímeros de tereftalato de polibutileno y aleaciones
de tereftalato de polibitileno. El material de plástico puede
contener fibra, por ejemplo fibra de vidrio corta, fibra de vidrio
larga, fibra natural corta o fibra natural larga.
Materiales de plástico especialmente preferidos
incluyen polipropileno relleno de fibra de vidrio corta,
polipropileno relleno de fibra de vidrio larga, poliamida rellena de
vidrio y aleaciones de poliamida rellena de vidrio. Materiales de
plástico que son especialmente preferidos para uso en sistemas
parachoques como las EAU incluyen polipropileno sin rellenar,
polipropileno relleno de talco, polipropileno relleno de
mineral.
El miembro de refuerzo está hecho adecuadamente
de un metal, por ejemplo acero, cinc y aluminio, pero puede hacerse
de otros materiales capaces de proporcionar refuerzo. El miembro de
refuerzo puede estar revestido de materiales empleados típicamente
en la fabricación de automóviles, por ejemplo materiales
anticorrosión e imprimaciones para revestimientos adicionales como
pintura.
En una realización de la invención especialmente
preferida en la que el montaje es un FEC, el miembro estructural
está hecho de polipropileno relleno de vidrio y/o poliamida rellena
de vidrio y el miembro de refuerzo está hecho de acero o aluminio.
En una nueva realización preferida, el montaje es un sistema
parachoques y el miembro estructural está hecho de polipropileno y
el miembro de refuerzo está hecho de acero, aluminio o
polipropileno.
En un sistema parachoques, la EAU está dispuesta
adecuadamente entre la placa de protección de parachoques y la viga
parachoques. La EAU tiene preferentemente una sección transversal en
forma generalmente de "C". Los extremos abiertos de la EAU en
forma de "C" pueden estar conectados a la viga y el lado
opuesto de la "C" conectado a la placa de protección o
viceversa por medio del adhesivo. Donde la EAU está conectada a la
viga por medio del adhesivo, la EAU es el miembro estructural y la
viga el miembro de refuerzo. Donde la EAU está conectada a la placa
de protección por medio del adhesivo, la placa de protección y la
EAU son para los presentes propósitos el miembro estructural y el
miembro de refuerzo.
El miembro de refuerzo y/o el miembro
estructural pueden estar provistos de contornos o canales que son
complementarios con la superficie del otro miembro para proporcionar
contacto y alineación mejorados entre los miembros estructural y de
refuerzo. Conformar los miembros adecuadamente proporciona
resistencia mejorada a tensiones ya que la adhesión entre los
miembros puede ser complementada por apoyo físico dependiendo de la
dirección en que se aplica la tensión.
El adhesivo empleado en la presente invención
debe poder pegarse a un sustrato de superficie de baja energía y
también actuar para pegar un segundo sustrato al sustrato de
superficie de baja energía y, preferentemente es una composición
polimerizable.
En un procedimiento preferido el miembro
estructural y el miembro de refuerzo son pegados entre sí
proporcionando un adhesivo que comprende una composición
polimerizable, poniendo en contacto mutuo los componentes del
adhesivo bajo condiciones para iniciar la polimerización del
adhesivo, aplicando el adhesivo a la superficie complementaria del
miembro estructural y/o de refuerzo, poniendo en contacto las
superficies complementarias del miembro de refuerzo y el miembro
estructural y curando el adhesivo para pegar los dichos miembros
entre sí. El inicio de la polimerización del adhesivo puede llevarse
a cabo antes o después de la aplicación del adhesivo a uno o ambos
miembros o durante la aplicación o como resultado de la aplicación
del adhesivo a uno o ambos miembros.
En una realización preferida, el adhesivo
comprende una composición polimerizable que comprende un complejo de
organoborano/amina y uno o más monómeros, oligómeros o polímeros que
tienen insaturación olefínica que es capaz de polimerización por
polimerización de radicales libres. Opcionalmente, el adhesivo puede
comprender además un compuesto que hace que el dicho compuesto se
disocie para liberar el borano para iniciar la polimerización de uno
o más monómeros, oligómeros o polímeros que tienen insaturación
olefínica. Donde se emplea un compuesto que hace que el complejo se
disocie, se desea que se mantenga separado del complejo hasta el
inicio de la polimerización. La composición polimerizable que
contiene el agente de disociación puede ser curada a cualquier
temperatura deseada, como, o casi a temperatura ambiente o por
debajo de la temperatura ambiente.
Una realización especialmente preferida de la
invención proporciona un montaje de automóvil que comprende un
miembro estructural hecho de un polipropileno moldeado relleno de
vidrio y/o poliamida rellena de vidrio que tiene una energía
superficial de menos de 45 mJ/m^{2}, y un miembro de refuerzo
hecho de acero, cinc y/o aluminio unido al miembro estructural,
teniendo el miembro estructural y el miembro de refuerzo superficies
complementarias y estando unidos por medio de un adhesivo que es
capaz de pegarse a un sustrato que tiene una energía superficial de
menos de 45 mJ/m^{2} dispuesto entre al menos parte de las
superficies complementarias para pegarlas entre sí, proviniendo el
adhesivo de una composición polimerizable que comprende
i) un complejo de organoborano/amina;
ii) uno o más monómeros, oligómeros o polímeros
que tienen insaturación olefínica que es capaz de polimerización por
polimerización de radicales libres; y, opcionalmente
iii) un compuesto que hace que el dicho complejo
se disocie para liberar el borano para iniciar la polimerización de
uno o más monómeros, oligómeros o polímeros que tienen insaturación
olefínica.
Aspectos adicionales especialmente preferidos de
la invención son un procedimiento de realización del montaje de
automóvil al que se hace referencia en el párrafo precedente y el
uso de un adhesivo descrito en ese párrafo al fabricar el montaje
descrito en él.
Los adhesivos y composiciones polimerizables
desvelados en la Solicitud de Patente Internacional No.
PCT/US00/
33806 son especialmente preferidos para uso en la presente invención para pegar entre sí el miembro estructural y el miembro de refuerzo.
33806 son especialmente preferidos para uso en la presente invención para pegar entre sí el miembro estructural y el miembro de refuerzo.
Las aminas usadas para formar complejos del
compuesto de organoborano pueden ser cualquier amina que forme
complejos con el organoborano y que pueda ser descompuesta cuando se
expone a un agente de descomposición de complejos. Aminas preferidas
incluyen las aminas primarias o secundarias o poliaminas que
contienen grupos amina primarios o secundarios, o amoniaco tal como
se desvela en el documento de Zharov US 5.539.070 en la columna 5,
líneas 41 a 53, incorporado como referencia en este documento, el
documento de Skoultchi US 5.106.928 en la columna 2, líneas 29 a 58
incorporado como referencia en este documento, y el documento de
Pocius US 5.686.544 columna 7, línea 29 a columna 10 línea 36
incorporado como referencia en este documento; montanolamina,
diaminas de dialquilo secundarias, o poli(oxialquileno)
poliamina; y productos de reacción terminados en amina de diaminas y
compuestos que tienen dos o más grupos reactivos con aminas como se
desvela en el documento de Deviny US 5.883.208 en la columna 7,
línea 30 a la columna 8, línea 56, incorporado como referencia en
este documento. En relación con los productos de reacción descritos
en el documento de Deviny las aminas diprimarias preferidas incluyen
aminas diprimarias de alquilo, aminas diprimarias de arilo, aminas
diprimarias de alquilo arilo y diaminas de polioxialquileno; y
compuestos reactivos con aminas incluyen compuestos que contienen
dos o más grupos de ácidos carboxílicos, ésteres de ácido
carboxílico, haluros de ácido carboxílico, aldehidos, epóxidos,
alcoholes y grupos acrilato. Aminas preferidas incluyen
n-octilamina, 1,6-diaminohexano
(1,6-hexano diamina), dietilamina, dibutil amina,
dietileno triamina, dipropileno diamina,
1,3-propileno diamina (1,3-propano
diamina), 1,2-propileno diamina, 1,
2-etano diamina, 1,5-pentano
diamina, 1,12-dodecano diamina,
2-metil-1,5-pentano
diamina,
3-metil-1,5-pentano
diamina, trietileno tetraamina, dietileno triamina. Poliaminas de
polioxialquileno preferidas incluyen diamina de óxido de
polietileno, diamina de óxido de propileno, diamina de trietileno
glicol propileno, diamina de óxido de politetrametileno y diamina de
óxido de polietileno y óxido de copolipropileno.
En particular, la amina en el complejo de
organoborano/amina se selecciona adecuadamente del grupo de aminas
que tienen un componente estructural de amidina; heterociclos
alifáticos que tienen al menos un nitrógeno en el anillo
heterocíclico en los que el compuesto heterocíclico también puede
contener uno o más átomos de nitrógeno, átomos de oxígeno, átomos de
azufre, o dobles enlaces en el heterociclo; aminas primarias que
además tienen uno o más grupos que aceptan enlaces de hidrógeno en
las que existen al menos dos átomos de carbono, preferentemente al
menos tres átomos de carbono, entre la amina primaria y el grupo que
acepta enlaces de hidrógeno, de manera que debido a interacciones
inter- o intramoleculares dentro del complejo se incrementa la
fuerza del enlace B-N; e iminas conjugadas.
Grupos preferidos que aceptan enlaces de
hidrógeno incluyen los siguientes: aminas primarias, aminas
secundarias, aminas terciarias, éteres, halógenos, poliéteres o
poliaminas. Heterociclo tal como se usa en este documento se
refiere a un compuesto que tiene uno o más anillos cíclicos
alifáticos de los cuales uno de los anillos contiene nitrógeno. Las
amidinas o iminas conjugadas pueden ser de cadena lineal o
ramificada o cíclicas.
Deseablemente, el organoborano usado en el
complejo es un trialquil borano o un alquil cicloalquil borano.
Preferentemente este borano corresponde a la Fórmula 1:
Fórmula
1B-(R^{1})_{3}
en la que B representa boro; y
R^{1} es independientemente en cada caso un alquilo
C_{1-10}, cicloalquilo C_{3-10},
o pueden combinarse dos o más R^{1} para formar un anillo
cicloalifático.
Preferentemente R^{1} es alquilo
C_{1-4}, incluso más preferentemente alquilo
C_{2-4} y más preferentemente alquilo
C_{3-4}. Entre los organoboranos preferidos están
el trietilborano, tri-isopropilborano y
tri-n-butilborano.
En una realización preferida, la parte amina del
complejo comprende un compuesto que tiene una amina primaria y uno o
más grupos que aceptan enlaces de hidrógeno, en el que existen al
menos dos átomos de carbono, preferentemente al menos
aproximadamente tres, entre la amina primaria y los grupos que
aceptan enlaces de hidró-
geno.
geno.
Preferentemente, la amina corresponde a la
Fórmula 2:
(2)NH_{2}(CH_{2})_{b}(C(R^{2})_{2})_{a}X
en la que R^{2} es
independientemente en cada caso hidrógeno o un alquilo
C_{1-10} o cicloalquilo
C_{3-10}; X es un resto que acepta enlaces de
hidrógeno; a es un número entero de 1 a 10; y b es
independientemente en cada caso un número entero de 0 a 1, y la suma
de a y b es de 2 a
10.
Preferentemente R^{2} es hidrógeno o
metilo.
Preferentemente X es independientemente en cada
caso una parte de una molécula que acepta hidrógeno y, cuando el
resto que acepta hidrógeno es una amina, es preferentemente una
amina terciaria o secundaria. Más preferentemente X es
independientemente en cada caso -N(R^{8})_{e},
-OR^{10}, o un halógeno en el que R^{8} es independientemente en
cada caso alquilo C_{1-10}, cicloalquilo
C_{3-10} o
-(C(R^{2})_{2})_{d}-W;
R^{10} es independientemente en cada caso, alquilo
C_{1-10}, cicloalquilo C_{3-10},
o -(C(R^{2})_{2})_{d}-W;
y e es 0, 1 ó 2. Más preferentemente X es -N(R^{8})2
o -OR^{10}.
Preferentemente, R^{8} y R^{10} son alquilo
C_{1-4} o
-(C(R^{1})_{2})_{d}-W,
más preferentemente alquilo C_{1-4} y lo más
preferentemente metilo. W es independientemente en cada caso
hidrógeno o alquilo C_{1-10} o X y más
preferentemente hidrógeno o alquilo C_{1-4}.
Preferentemente, a es aproximadamente 1 o mayor
y más preferentemente 2 o mayor. Preferentemente a es
aproximadamente 6 o menos, y lo más preferentemente aproximadamente
4 o menos. Preferentemente, b es aproximadamente 1. Preferentemente,
la suma de a y b es un número entero aproximadamente 2 o mayor y lo
más preferentemente aproximadamente 3 o mayor. Preferentemente la
suma de a y b es aproximadamente 6 o menos y más preferentemente
aproximadamente 4 o menos. Preferentemente d es independientemente
en cada caso un número entero de 1 a 4, más preferentemente 2 a 4,
y lo más preferentemente 2 a 3.
Entre las aminas preferidas que corresponden a
la Fórmula 2 están dimetilaminopropil amina, metoxipropil amina,
dimetilaminoetilamina, dimetilaminobutilamina, metoxibutilamina,
metoxietilamina, etoxipropilamina, propoxipropilamina, éteres de
polialquileno terminados de amina (como trimetilolpropano
tris(poli(propilenglicol), terminado de amina)éter),
aminopropilmorfolina, isoforonediamina, y
aminopropilpropanediamina.
En otra realización, la amina puede ser un
heterociclo alifático que tiene al menos un nitrógeno en el
heterociclo. El compuesto heterocíclico también puede contener uno o
más de nitrógeno, oxígeno, azufre o dobles enlaces. Además, el
heterociclo puede comprender múltiples anillos en los que al menos
uno de los anillos tiene un nitrógeno en el anillo. Compuestos
preferidos de este tipo incluyen morfolina, piperidina, pirolidina,
piperacina, 1,3,3-trimetil
6-azabiciclo[3,2,.1]octano,
tiazolidina, homopiperacina, aciridina,
1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO),
1-amino-4-metilpiperacina,
y 3-pirrolina.
En otra realización más, la amina que forma
complejos adecuadamente con el organoborano es una amidina. Puede
usarse cualquier compuesto con estructura de amidina en el que la
amidina tenga suficiente energía de enlace como se describe
anteriormente en este documento con el organoborano. Ente las
amidinas preferidas están 1,8
diazabiciclo[5,4]undec-7-eno;
tetrahidropirimidina;
2-metil-2-imidazolina;
y 1,1,3,3-tetrametilguanidina.
En una realización más, la amina que forma
complejos con el organoborano es adecuadamente una imina conjugada.
Puede usarse cualquier compuesto con una estructura de imina
conjugada, en el que la imina tenga suficiente energía de enlace con
el organoborano como se describe en la Solicitud de Patente
Internacional No. PCT/US00/33806. La imina conjugada puede ser una
imina de cadena lineal o ramificada o una imina cíclica. Entre las
iminas conjugadas preferidas están
4-dimetilaminopiridina;
2,3-bis(dimetilamino)ciclopropenoimina;
3(dimetilamina)acroleinimina;
3-(dimetilamino)metacroleinimina.
Preferentemente la relación molar de compuesto
de amina a compuesto de organoborano es de 1,0:1,0 a 3,0:1,0. Por
debajo de la relación de aproximadamente 1,0:1,0 puede haber
problemas de polimerización, estabilidad del complejo y adhesión.
Puede usarse una relación mayor de aproximadamente 3,0:1,0 aunque
puede no haber beneficio adicional por usar una relación mayor de
aproximadamente 3,0:1,0. Si está presente demasiada amina, esto
puede tener un impacto negativo en la estabilidad del adhesivo o
composiciones de polímeros. Preferentemente la relación molar de
compuesto de amina a compuesto de organoborano es de 2,0:1,0 a
1,0:1,0.
El complejo de amina de organoborano puede
prepararse fácilmente usando técnicas conocidas, por ejemplo como
las descritas o referidas en la Solicitud de Patente Internacional
No. PCT/US00/33806.
Preferentemente, el material polimerizable
comprende compuestos basados en acrilato y/o metacrilato. Compuestos
de acrilato y metacrilato especialmente preferidos incluyen
metacrilato de metilo, metacrilato de butilo, metacrilato de
etilhexilo, metacrilato de isobornilo, metacrilato de
tetrahidrofurfurilo, y metacrilato de ciclohexilmetilo.
La composición polimerizable puede comprender
además una cantidad efectiva de un compuesto que es reactivo con una
amina para liberar el organoborano para iniciar la polimerización
(un agente de disociación). Compuestos reactivos con amina deseables
son aquellos materiales que pueden formar inmediatamente productos
de reacción con aminas a o por debajo de y más preferentemente a
temperatura ambiente para proporcionar una composición que puede
usarse y curarse en general fácilmente a bajo condiciones
ambientales. Clases generales de estos compuestos incluyen ácidos,
aldehidos, isocianatos, cloruros de ácidos, cloruros de sulfonilos,
mezclas de los mismos y similares. Compuestos reactivos con amina
preferidos son ácidos, especialmente ácidos Bronsted y Lewis y los
descritos en el documento US-A- 5718977 y, más
deseablemente ácido acrílico ácido metacrílico.
En la composición polimerizable, adecuadamente
al menos el 20% en peso, preferentemente al menos el 30% en peso y
especialmente al menos el 40% en peso de la composición comprende el
componente polimerizable. Independientemente, el componente
polimerizable está presente adecuadamente a un nivel que no supera
el 95%, preferentemente que no supera el 90% y especialmente que no
supera el 85% en peso de la composición.
Adecuadamente, el complejo de organoborano/amina
está presente a un nivel de al menos el 0,2%, preferentemente al
menos el 1% y más preferentemente al menos el 2% en peso de la
composición. Independientemente, el complejo está presente
adecuadamente a un nivel que no supera el 8%, preferentemente que no
supera el 6% y especialmente que no supera el 4% en peso de la
composición.
Si está presente, el compuesto de disociación
está presente a un nivel de al menos el 1%, preferentemente al menos
el 1,5% y más preferentemente al menos el 2% en peso de la
composición. Independientemente, el compuesto de disociación está
presente adecuadamente a un nivel que no supera el 8%,
preferentemente que no supera el 6% y especialmente que no supera el
4% en peso de la composición.
El adhesivo que ha de emplearse en la presente
invención adecuadamente es capaz de proporcionar una adherencia
entre un miembro estructural de polipropileno relleno del 30% de
vidrio y el miembro de refuerzo sin que el miembro estructural tenga
que ser sometido a ningún tratamiento superficial cuando se prueba
según el procedimiento expuesto en la norma ASTM D1002.
Preferentemente, el adhesivo proporciona una adherencia cuando se
prueba bajo este régimen incluyendo además el ser sometido a
oscilación térmica y humedad elevada. La oscilación térmica en este
contexto incluye adecuadamente oscilación en un intervalo de -40ºC a
más de 120ºC. Los niveles de humedad pueden variar de seco a
totalmente saturado.
El adhesivo puede usarse de la manera expuesta
en la Solicitud de Patente Internacional No. PCT/US00/33806.
Opcionalmente, pueden incluirse más componentes como aditivos en la
composición. Aditivos adecuados incluyen los expuestos en la
Solicitud de Patente Internacional No. PCT/US00/33806.
El montaje adecuadamente puede resistir la
exposición al calor a una temperatura de 100ºC y adecuadamente a
hasta 120ºC o más. Además, el montaje deseablemente también debe
poder resistir cargas aplicadas durante la producción y también
impuestas en uso, por ejemplo cerrando de golpe el capó, aplicación
de carga al enganche del capó y vibración y fatiga durante el uso
debido a desplazamiento respecto a la superficie de la carretera. La
cantidad y ubicación de adhesivo se selecciona adecuadamente
considerando el diseño y estructura del automóvil al que se aplica
la solicitud.
Al fabricar el montaje, la composición del
adhesivo se aplica adecuadamente a uno o ambos miembros en aquellas
áreas que han de ser unidas. El adhesivo se cura adecuadamente a
temperatura ambiente y el curado se inicia preferentemente antes de
que los miembros sean unidos. Después los miembros son puestos en
contacto adecuadamente mientras el adhesivo siga pudiendo pegar los
dos miembros, por ejemplo, mientras el adhesivo se vuelve pegajoso.
Si se desea, los miembros pueden ser mantenidos en su sitio por
medios mecánicos, por ejemplo, ajustes a presión, abrazaderas
mecánicas o pinzas temporales. Las superficies están adecuadamente
limpias y sustancialmente libres de materiales extraños, por ejemplo
grasas, aceites y agua. Las superficies complementarias pueden
adherirse entre sí con relativa rapidez, permitiendo así que sea
manipulado el montaje pegado, por ejemplo en una línea de producción
de automóviles. El adhesivo sigue curándose adecuadamente para
proporcionar máxima fuerza de adherencia y esto puede tardar un
periodo de horas.
Las condiciones de procedimiento empleadas al
pegar entre sí el miembro estructural y el miembro de refuerzo
pueden variar según el adhesivo específico empleado.
Sólo a modo de ilustración, un adhesivo que
comprende metacrilato de metilo como el componente polimerizable y
un complejo de organoborano/amina como se describe en este documento
puede aplicarse a un miembro estructural que comprende polipropileno
que no ha sido tratado previamente, mezclado con un componente de
curado y dejado durante un periodo de 1 a 10 minutos, antes de
poner en contacto un miembro de refuerzo de acero con el miembro
estructural. El adhesivo pega adecuadamente los dos miembros
suficientemente dentro de los 10 a 30 minutos después de que se
inicie el curado para permitir que sea manipulado el montaje.
Posteriormente, el adhesivo sigue curando para proporcionar una
adherencia de fuerza máxima después de 10 a 30 horas. El
procedimiento se lleva a cabo adecuadamente a temperatura
ambiente.
Según se desee, puede emplearse fijación
mecánica además de pegado con adhesivo para sujetar juntos el
miembro estructural y el miembro de refuerzo.
La invención se describe con referencia a las
Figuras adjuntas, en las que:
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de
un miembro estructural y un miembro de refuerzo antes del
montaje.
La Figura 2 muestra una vista en perspectiva de
una parte de un montaje de automóvil pegado.
La Figura 3 muestra una sección transversal del
montaje de la Figura 2.
La Figura 4 muestra una sección transversal de
un diseño de montaje alternativo al mostrado en la Figura 3.
Las Figuras 5 a 8 muestran vistas de secciones
transversales de diferentes ejemplos de sistemas parachoques según
la invención.
Las Figuras 9 a 11 muestran vistas de secciones
transversales de sistemas parachoques en los que la placa de
protección de parachoques y la viga parachoques están conectadas
mediante un componente de enlace.
En la Figura 1, se muestran un miembro
estructural (1) y un miembro de refuerzo (2) antes de pegarse entre
sí según el procedimiento de la invención. La Figura 2 muestra los
miembros (1) y (2) pegados entre sí después del montaje.
El miembro estructural (1) está hecho de un
material de plástico moldeado que tiene una superficie de baja
energía y adecuadamente está hecho de polipropileno o poliamida y
típicamente es producido por moldeo por compresión o moldeo por
inyección. El miembro de refuerzo (2) está hecho típicamente de
acero o aluminio.
El miembro estructural (1) y el miembro de
refuerzo (2) están conformados según se desee de acuerdo al diseño
del automóvil y están provistos de superficies complementarias (3) y
(4) de manera que los miembros (1) y (2) ajustan perfectamente entre
sí y la invención permite que los miembros (1) y (2) sean montados
después de ser produ-
cidos.
cidos.
Se aplica adhesivo a parte o toda la superficie
complementaria (3) y/o (4) y el miembro de refuerzo (2) y el miembro
estructural (1) son puestos en contacto por movimiento relativo uno
hacia otro en la dirección A para que las superficies
complementarias (3) y (4) se apoyen una contra otra. Después se cura
o se deja curar el adhesivo para proporcionar un montaje pegado
según la invención, una parte del cual es como se muestra en la
Figura 2.
La Figura 2 indica un plano B-B
a través del que se muestra una ilustración de la sección
transversal en la Figura 3. en la Figura 3, el miembro de refuerzo
(2) tiene un canal poco profundo,(5), cuyo interior define la
superficie complementaria (4) dentro de la que se sitúa la
superficie complementaria (3) del miembro estructural (1) al
fabricar el montaje. Se pone adhesivo sobre al menos parte de la
superficie complementaria (3) y/o (4) antes del montaje y forma la
unión por la que se adhieren los miembros (1) y (2).
El miembro estructural (1) también está provisto
de canales laterales (6) y (7) y el miembro de refuerzo (2) está
provisto de rebordes (8) y (9) que enganchan de manera
complementaria con los canales laterales (6) y (7). Las superficies
de los canales (6) y (7) y los rebordes (8) y (9) pueden ser pegados
proporcionando adhesivo entre las superficies respectivas.
Alternativamente, estas superficies pueden no ser pegadas pero en
cualquier caso proporcionan apoyo físico entre las partes
respectivas del miembro estructural (1) y el miembro de refuerzo (2)
para aumentar la resistencia a impacto en la dirección C, es decir
desde el frontal del automóvil y para proporcionar alineación
mejorada entre los miembros (1) y (2) durante el montaje.
La Figura 4 muestra una sección transversal de
un montaje según la invención de un diseño diferente al mostrado en
la Figura 3. El miembro estructural (1) y el miembro de refuerzo (2)
están alineados y adheridos a lo largo de superficies
complementarias (3) y (4). El apoyo físico de los miembros (1) y (2)
a lo largo de los rebordes (10) y (11) y (12) y (13) respectivamente
proporciona resistencia a impacto aumentada.
Las Figuras 5 a 8 muestran un miembro
estructural (14) de diseño diferente pegado en cada caso a un
miembro de refuerzo (15) por medio de adhesivo (16) capaz de
pegarse a un material de plástico de baja energía superficial. El
miembro estructural (14) está hecho de unos materiales de plástico
que tienen una superficie de baja energía y adecuadamente está hecho
de polipropileno o poliamida. En la Figura 5, el miembro estructural
(14) es una EAU generalmente en forma de "C" y en la Figura 7
el miembro estructural (14) es una pieza moldeada por soplado y en
la Figura 8 es una pieza moldeada por inyección.
El miembro de refuerzo (15) está hecho
típicamente de acero o acero y aluminio o puede estar hecho de
material de plástico. En la Figura 6 el miembro de refuerzo (15) es
un miembro denominado "de cierre", que significa que el miembro
(15) está dispuesto por los extremos abiertos del miembro en forma
de "C" (14) para formar una sección transversal de caja.
El miembro estructural (14) puede tener rebordes
(17) como se muestra en las Figuras 5 y 8 y el adhesivo (16) puede
aplicarse a los rebordes (17) sobre o al miembro de refuerzo (15) en
la ubicación requerida. El adhesivo (16) se aplica preferentemente a
cualquiera o tanto al miembro estructural (14) como al miembro de
refuerzo (15) en todos los puntos en los que están en contacto.
Alternativamente, el miembro de refuerzo (15) puede tener rebordes
(18) a los que se aplica adhesivo (16) y que después son puestos en
contacto con el miembro estructural (14) como se ilustra en la
Figura 6 ó, como se muestra en la Figura 7, ni el miembro de
refuerzo (15) ni el miembro estructural (14) han de tener
rebordes.
Las Figuras 9 a 11 muestran un miembro
estructural (14) conectado a un miembro de refuerzo (15) por medio
de un adhesivo (16) que se emplea preferentemente a lo largo de la
longitud de los miembros (14) y (15). En la Figura 9, el miembro
estructural (14) es una EAU y está hecha de una pieza moldeada de
polipropileno. La placa de protección de parachoques (19) está
separada del miembro (14) y conectada a través de medios
convencionales a otra parte del vehículo (no mostrada).
En las Figuras 10 y 11, la placa de protección
de parachoques es el miembro estructural (14). La EAU en forma de
"C" es el miembro de refuerzo (15) y está hecho de acero. El
miembro (15) está separado de la viga parachoques (20). El miembro
(15) está pegado a la placa de protección de parachoques (14).
Adecuadamente, el componente generalmente en
forma de "C" como se ilustra en la Figura 9 (miembro
estructural (14)) y las Figuras 10 y 11 (miembro de refuerzo (15))
proporciona excelentes propiedades de resistencia a impacto. Una vez
montado, se cierra el extremo abierto de la sección en "C",
siendo pegado a la viga parachoques (20) en la Figura 9, la placa de
protección de parachoques (19) en la Figura 10 y es situado cerca
de, pero no pegado a la viga parachoques (20) en la Figura 11
creando así una sección de caja cerrada. El espesor de la sección de
caja y el espesor de las paredes que definen la sección de caja
determinan la rigidez del montaje y el comportamiento del montaje
bajo impacto. Las paredes horizontales, que son la parte superior e
inferior del componente en forma de "C", pueden ser diseñadas
para deformarse bajo una cierta carga. Esto permite que la
resistencia a impacto del montaje sea adaptada según el uso
pretendido. La altura de la sección de caja, que es la longitud de
la parte trasera del componente en forma de "C" puede ser
adaptada para proporcionar propiedades deseadas según el uso
pretendido.
El uso de una EAU que tiene una sección
transversal en forma de "C" es especialmente ventajoso porque
la sección transversal en forma de caja formada al montar el sistema
parachoques posee excelentes características de resistencia cuando
es sometido a impacto.
Claims (10)
1. Un procedimiento para producir un
montaje de automóvil que comprende un miembro estructural hecho de
un material de plástico moldeado que tiene una superficie de baja
energía y un miembro de refuerzo unido al miembro estructural,
teniendo los miembros superficies complementarias, que comprende
aplicar un adhesivo a la superficie complementaria del miembro
estructural y/o el miembro de refuerzo, poner en contacto las
superficies complementarias del miembro de refuerzo y el miembro
estructural y permitir que el adhesivo fragüe para pegar entre sí
el miembro estructural y el miembro de refuerzo en el que el
adhesivo es capaz de pegarse a un plástico de superficie de baja
energía, en el que el adhesivo comprende una composición
polimerizable, en el que la composición polimerizable comprende un
complejo de organoborano/amina y uno o más monómeros, oligómeros o
polímeros que tienen insaturación olefínica que es capaz de
polimerización por polimerización de radicales libres.
2. Un procedimiento según la
reivindicación 1 en el que el material de plástico de superficie de
baja energía tiene una energía superficial de menos de 45
mJ/m^{2}.
3. Un procedimiento según la
reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que el material de
plástico comprende un homopolímero seleccionado de una poliolefina,
un poliestireno y una poliamida o un copolímero.
4. Un procedimiento según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes que comprende aplicar el
adhesivo directamente a la superficie del miembro estructural sin
imprimación de la dicha superficie.
5. Un procedimiento según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes en el que el miembro de refuerzo
comprende contornos o canales que son complementarios, con la
superficie del miembro estructural para proporcionar resistencia a
tensión por medio de adhesión y/o apoyo entre el miembro estructural
y el de refuerzo.
6. Un procedimiento según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes en el que la composición
polimerizable comprende además un compuesto que hace que el dicho
complejo se disocie para liberar el organoborano para iniciar la
polimerización de uno o más monómeros, oligómeros o polímeros que
tienen insaturación olefínica.
7. Un procedimiento según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en el que el miembro
estructural no es sometido a tratamiento para mejorar la adhesión
antes de la aplicación del adhesivo.
8. Un montaje de automóvil que comprende
un miembro estructural hecho de un material de plástico moldeado que
tiene una superficie de baja energía y un miembro de refuerzo unido
al miembro estructural, teniendo el miembro estructural y el miembro
de refuerzo superficies complementarias y estando unidos por medio
de un adhesivo, que es capaz de pegarse a un sustrato de superficie
de baja energía, sobre al menos parte de una o ambas superficies
complementarias, en el que el adhesivo comprende una composición
polimerizable, en el que la composición polimerizable comprende un
complejo de organoborano/amina y uno o más monómeros, oligómeros o
polímeros que tienen insaturación olefínica que es capaz de
polimerización por polimerización de radicales libres.
9. Un montaje de automóvil según la
Reivindicación 8, en el que el miembro estructural no ha sido
tratado para mejorar la adhesión antes de la aplicación del
adhesivo.
10. Un montaje de automóvil según la
reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que el montaje
comprende un soporte frontal que es esa parte de la carrocería de un
automóvil que une entre sí dos lados del automóvil en el frontal o
la parte trasera del automóvil y que está alineada transversalmente
para definir un compartimento.
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