DE60308001T2

DE60308001T2 - Aktivierbares material

Info

Publication number: DE60308001T2
Application number: DE2003608001
Authority: DE
Inventors: J. Michael Rochester CZAPLICKI; David Richmond KOSAL
Original assignee: L & L Products Inc Romeo; L&L Products Inc
Current assignee: L & L Products Inc Romeo; L&L Products Inc
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: EP1490451B1; WO2003085063A1; EP1490451A1; DE60308001D1; ATE338103T1; ES2272959T3; US20030186049A1; AU2003218393A1; CA2476737A1; US6846559B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein aktivierbares (z.B. wärmeexpandierbares) Material und ein Verfahren zum Bilden und Anwenden desselben.
Hintergrund der Erfindung
Seit vielen Jahren beschäftigt sich die Industrie mit der Entwicklung von Materialien wie etwa Klebstoffen, Strukturmaterialien und Kombinationen davon. Als Beispiele sind die Transportmittelindustrie und insbesondere die Automobilindustrie beschäftigt mit der Entwicklung von klebenden Strukturmaterialien, die nicht signifikant zum Gewicht eines Fahrzeugs beitragen, Klebekraft zeigen, hohe Festigkeit-zu-Gewichts-Verhältnisse haben oder dergleichen. Die Entwicklung solcher Materialien kann jedoch Schwierigkeiten zeigen. Beispielsweise kann es schwierig sein, Mate rialien geringeren Gewichtes zu entwickeln und zu inkorporieren, die weiter gewünschte Festigkeitsniveaus, Klebrigkeit oder dergleichen zeigen. Als ein weiteres Beispiel können Materialkomponenten, die den Materialien verschiedene, unterschiedliche Eigenschaften verleihen, oft inkompatibel sein. Es besteht daher ein Bedarf, Materialien zur Verfügung zu stellen, die eine oder mehrere dieser Schwierigkeiten überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Entsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Material zur Verfügung, das eingesetzt werden kann zum Versiegeln, Dämpfen, Verstärken, Strukturverfestigen oder dergleichen für eine Vielfalt von Strukturen. Das Material ist typischerweise ein expandierbares Klebematerial und enthält typischerweise auch ein oder mehrere der folgenden Komponenten: ein Epoxydharz, ein Elastomer enthaltenes Addukt, ein Verstärkungsmaterial, einen Füller, ein Blähmittel, ein Aushärtemittel, einen Beschleuniger für das Blähmittel oder das Aushärtemittel, Kombinationen davon oder dergleichen. Ein bevorzugtes Epoxydharz ist ein flüssiges Bisphenol-A-Epoxyd. Ein bevorzugtes, Elastomer enthaltenes Addukt ist ein festes Epoxyd-Carboxyl-terminiertes Butyl-Nitril-Gummiaddukt. Ein bevorzugtes Verstärkungsmaterial ist eine zerfaserte Form von Aramidfasern, das zur Flusskontrolle des Materials beitragen kann.
Das Material kann gemäß einer Vielfalt von Protokollen gebildet werden. Bei einem bevorzugten Verfahren werden die verschiedenen Materialkomponenten in einem oder mehreren kontinuierlichen oder chargenweisen Mischprozessen ver mischt. Vorzugsweise ist das Material bei seiner Bildung relativ klebrig. Das Material kann auf eine Vielfalt von Strukturen appliziert (z.B. angeheftet) werden, die aus einer Vielfalt von Materialien gebildet sein können, wie etwa Aluminium, Magnesium, Stahl, Sheet-Molding-Compound, Bulk-Molding-Compound, Thermoplasten, Kombinationen davon oder dergleichen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Material auf einen Rahmenträger eines Automobils, wie etwa eines Geländewagens angewendet. Darüber hinaus kann das Material in einer Vielfalt von Anwendungen eingesetzt werden, wie etwa zum Zusammenkleben von Teilen, Verstärken von Teilen, Füllen einer Naht zwischen Teilen oder dergleichen. Das Material kann eingesetzt werden zum Versiegeln einer Naht, zum Verhindern des Wachstums von Ermüdungsbrüchen, zum Anbringen einer Verstärkung oder dergleichen in dem Rahmenträger oder einem anderen Bereich eines Automobils. Vorzugsweise verstärken das Material und das Teil, auf das das Material appliziert wurde, die Steifigkeit von Teilen in einem Automobil oder einem anderen Fabrikationsartikel.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale und erfinderischen Aspekte der vorliegenden Erfindung werden besser erkennbar beim Lesen der folgenden, detaillierten Beschreibung der Ansprüche und der Zeichnungen, von denen das nachfolgende eine kurze Beschreibung ist.
1 ist eine Querschnittsansicht einer Verbindung einer Rahmenanordnung eines Automobils.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein verbessertes, aktivierbares Material und Artikel, die dasselbe enthalten, zur Verfügung zu stellen. Das aktivierbare Material dehnt sich vorzugsweise bei Aktivierung durch Wärme oder eine andere Bedingung aus und wird hier im Folgenden als ein expandierbares Material bezeichnet. Es wurde jedoch in Betracht gezogen, dass bestimmte Ausführungsformen des Materials im Wesentlichen nicht-expandierend sein können.
Typischerweise trägt das expandierbare Material dazu bei, Strukturverstärkungs-, Anhaftungs-, Versiegelungs-, akustische Dämpfungseigenschaften oder eine Kombination davon in einer Kavität einer Struktur oder eines oder mehrerer Strukturteile (z.B. ein Karosserieblech oder Strukturteil) eines Fabrikationsartikels (z.B. eines Automobils) oder auf einer Oberfläche davon zur Verfügung zu stellen.
Das expandierbare Material umfasst: 40 bis 70 Gew.-% eines Epoxydharzes, 30 bis 50 Gew.-% eines Epoxyd/Elastomeradduktes, wobei das expandierbare Klebematerial im wesentlichen frei von EMA und EVA ist. Das expandierbare Material der vorliegenden Erfindung kann auf verschiedene Fabrikationsartikel appliziert werden, zum Beisteuern von Strukturintegrität zu Bereichen oder Teilen von Artikeln, zum Bereitstellen akustischer Dämpfung für die Artikel oder zum Versiegeln der Artikel. Beispiele für solche Fabrikationsartikel umfassen ohne Beschränkung Haushalts- oder Industrieanwendungen, Möbel, Lagerbehälter, Gebäude, Strukturen oder dergleichen. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird das expandierbare Material auf Bereiche eines Automobils, wie etwa Karosserie- oder Rahmenteilen (z.B. ein Fahrzeugrahmenträger) des Automobils appliziert. Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zieht in Betracht, das expandierbare Material auf eine Oberfläche einer der obigen Strukturen in einem unexpandierten oder teilweise expandierten Zustand zu applizieren und das Material zu aktivieren, um es auf ein Volumen zu expandieren, das größer ist als sein Volumen im nicht expandierten Zustand (z.B. 100 größer, 500 größer, 1000 größer, 2000 größer, 5000 größer oder mehr).
Prozentzahlen beziehen sich hier auf Gewichtsprozent, sofern nichts anderes gesagt wird.
Epoxydharz
Epoxydharz soll hier jedwede herkömmlichen, dimeren, oligomeren oder polymeren Epoxydmaterialien bedeuten, die wenigstens eine funktionale Epoxydgruppe aufweisen. Die polymerbasierten Materialien können Epoxyd enthaltende Materialien mit einem oder mehreren Oxiran-Ringen sein, die durch eine Ring öffnende Reaktion polymerisierbar sind. Das Strukturklebematerial enthält zwischen 40 und 70 Gew.-% Epoxydharz.
Das Epoxydharz kann aliphatisch, cycloaliphatisch, aromatisch oder dergleichen sein. Das Epoxyd kann als ein Festkörper (z.B. als Pellets, Brocken, Stücke oder dergleichen oder als Flüssigkeit (z.B. Epoxydharz) bereitgestellt werden. Das Epoxyd kann einen Ethylencopolymer oder -terpolymer enthalten, der ein Alpha-Olefin besitzt. Als ein Copolymer oder -terpolymer ist das Polymer aus zwei oder drei verschiedenen Monomeren zusammengesetzt, d.h. kleinen Molekülen mit hoher chemischer Reaktivität, die in der Lage sind, sich mit ähnlichen Molekülen zu verbinden. Vorzugsweise wird dem expandierbaren Material ein Epoxyd harz hinzugefügt, um die Klebeeigenschaften des Materials zu verbessern. Ein beispielhaftes Epoxydharz kann ein Phenolharz sein, welches ein Harz vom Navalac- oder einem anderen Typ sein kann. Andere bevorzugte Epoxyd enthaltende Materialien können ein Bisphenol-A-Epichlorohydrin-Ether-Polymer oder ein Bisphenol-A-Epoxydharz enthalten, welches mit Butadien- oder einem anderen polymeren Additiv modifiziert sein kann.
Elastomer enthaltendes Addukt
Bei einer stark bevorzugten Ausführungsform wird ein Elastomer enthaltendes Addukt bei der Komposition der vorliegenden Erfindung eingesetzt und vorzugsweise in einer relativ hohen Konzentration (z.B. in der Größenordnung des Epoxydharzes). Das Epoxyd/Elastomer-Hybrid oder Reaktionsprodukt ist in einer Menge von 30-50 Gew.-% des expandierbaren Materials enthalten.
Das Addukt enthält seinerseits etwa 1:5 bis 5:1 Teile Epoxyd zu Elastomer und stärker bevorzugt ungefähr 1:3 bis 3:1 Teile Epoxyd zu Elastomer. Die Elastomerkomponente kann von irgendeiner geeigneten Art offenbarten Elastomers sein, wie etwa ein wärmeaushärtendes Elastomer. Beispielhafte Elastomere umfassen ohne Beschränkung natürlichen Gummi, Styren-Butadien-Gummi, Polyisopren, Polyisobutylen, Polybutadien, Isopren-Butadien-Copolymer, Neopren, Nitrilgummi (z.B. ein Butyl-Nitril, wie etwa Carboxyd-terminiertes Butyl-Nitril), Butylgummi, Polysulfid-Elastomer, Acryl-Elastomer, Acrylonitril-Elastomere, Silikongummi, Polysiloxane, Polyestergummi, Diisozyanat-gebundenen Kondensationselastomer, EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Gummis) chlorosulphoniertes Polyethylen, fluorierte Kohlenwasserstoffe und dergleichen. Bei einer Ausführungsform wird recycelter Reifengummi verwendet.
Das Elastomer enthaltende Addukt wird, wenn es dem expandierbaren Material zugeführt wird, vorzugsweise zugefügt, um Struktureigenschaften des expandierbaren Materials zu modifizieren, wie etwa Festigkeit, Zähigkeit, Steifigkeit, Biegemodul und dergleichen. Außerdem kann das Elastomer enthaltende Addukt ausgewählt sein, das expandierbare Material besser kompatibel mit Beschichtungen zu machen, wie etwa ein Farb- oder Primer-System auf Wasserbasis oder andere herkömmliche Beschichtungen.
Blähmittel
Ein oder mehrere Blähmittel können dem expandierbaren Material zugeführt werden, um inerte Gase zu erzeugen, um je nach Wunsch, eine offene und/oder geschlossene, zellulare Struktur in dem expandierbaren Material zu bilden. Auf diese Weise kann es möglich sein, die Dichte von aus dem Material erzeugten Artikeln zu verringern. Außerdem hilft die Materialexpansion dabei, die Versiegelungsfähigkeit, Substratbenetzungsfähigkeit, Adhäsion an ein Substrat, akustische Dämpfung, Kombinationen davon oder dergleichen zu verbessern.
Das Blähmittel kann eine oder mehrere Stickstoff enthaltende Gruppen enthalten, wie etwa Amide, Amine und dergleichen. Beispiele für geeignete Blähmittel schließen Azodicarbonamid, Dinitrosopentamethylentetramin, 4,4_i-oxy-bis-Benzolsulpho-Hydrazit), Trihydrazinotriazin und N,N_i-Dimetyl-N,N_i-Dinitrosoterephthalamid.
Ein Beschleuniger für die Blähmittel kann in dem expandierbaren Material ebenfalls bereitgestellt sein. Ver schiedene Beschleuniger können verwendet werden, um die Rate zu erhöhen, bei der die Blasmittel inerte Gase bilden. Ein bevorzugter Blasmittelbeschleuniger ist ein Metallsalz oder ein Oxid, z.B. ein Metalloxid, wie etwa Zinkoxid. Andere bevorzugte Beschleuniger schließen modifizierte und unmodifizierte Thiazole oder Imidazole, Harnstoffe oder dergleichen ein.
Mengen von Blasmitteln und Blasmittelbeschleunigern können in dem expandierbaren Material weit variieren, abhängig von Typ der erwünschten zellularen Struktur, dem erwünschten Ausmaß der Expansion des expandierbaren Materials, der erwünschten Expansionsrate und dergleichen. Beispielhafte Bereiche für die Mengen von Blasmitteln und Blasmittelbeschleunigern in dem expandierbaren Material reichen von etwa 0 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% und sind vorzugsweise in dem expandierbaren Material in Bruchteilen von Gewichtsprozenten vorhanden.
Bei einer Ausführungsform zieht die vorliegende Erfindung das Weglassen eines Blasmittels in Betracht. Es ist daher möglich, dass das Material kein expandierbares Material ist. Vorzugsweise wird die Formulierung der vorliegenden Erfindung thermisch aktiviert. Andere Mittel können jedoch ebenfalls eingesetzt werden, um die Aktivierung mit anderen Mitteln, wie etwa Feuchtigkeit, Strahlung oder anderes zu realisieren.
Aushärtemittel
Ein oder mehrere Aushärtemittel und/oder Aushärtemittelbeschleuniger können dem expandierbaren Material zugesetzt sein. Mengen von Aushärtemitteln und Aushärtemittelbeschleunigern können, wie die Blasmittel, in dem expan dierbaren Material weit variieren, abhängig vom Typ der erwünschten zellularen Struktur, dem erwünschten Ausmaß der Expansion des expandierbaren Materials, der erwünschten Expansionsrate, der erwünschten Struktureigenschaften des expandierbaren Materials und dergleichen. Beispielhafte Bereiche für die Aushärtemittel oder Aushärtemittelbeschleuniger, die in dem expandierbaren Material vorliegen, reichen von etwa 0 Gew.-% bis etwa 7 Gew.-%.
Vorzugsweise helfen die Aushärtemittel dem expandierbaren Material beim Aushärten durch Vernetzung der Polymere, Epoxydharze (z.B. indem stöchiometrische Überschussmengen von Aushärtemittel mit Epoxydgruppen oder den Harzen reagieren) oder beider). Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die Aushärtemittel bei der thermischen Aushärtung des expandierbaren Materials helfen. Nützliche Klassen von Aushärtemitteln sind Materialien, ausgewählt aus aliphatischen oder aromatischen Aminen oder deren entsprechenden Addukten, Amidoaminen, Polyamiden, zykloaliphatischen Aminen, (z.B. Anhydride, Polycarboxyle, Polyester, Isozyanate, phenolbasierte Harze (wie etwa Phenol oder Cresol-Novalac-Harze, Copolymere, wie etwa solche von Phenolterpen, Polyvinyl-Phenol oder Bisphenol-A-Formaldehydcopolymer, Bishydroxyphenyl-Alkane oder dergleichen) oder Mischungen daraus. Besonders bevorzugte Aushärtemittel schließen modifizierte und unmodifizierte Polyamine oder Polyamide ein, wie etwa Triethylentetramin, Diethylentriamin, Tetraethylenpentamin, Cyanoguanidin, Dicyandiamide und dergleichen. Ein Beschleuniger für die Aushärtemittel (z.B. eine modifizierte oder unmodifizierte Harnstoffverbindung, wie etwa Methylen, Diphenyl-bis-Harnstoff, ein Imidazol oder eine Kombi nation daraus) kann ebenfalls zur Bildung des expandierbaren Materials vorgesehen sein.
Obgleich längere Aushärtezeiten auch möglich sind, sind Aushärtezeiten von weniger als 5 Minuten und sogar weniger als 30 Sekunden für die Formulierung der vorliegenden Erfindung möglich. Darüber hinaus können solche Aushärtezeiten davon abhängen, ob zusätzliche Energie (z.B. Wärme, Licht, Strahlung) auf das Material angewendet wird oder ob das Material bei Raumtemperatur ausgehärtet wird.
Füller
Das expandierbare Material kann auch einen oder mehrere Füller enthalten, einschließlich, jedoch nicht limitiert auf spezielle Materialien (z.B. Pulver), Perlen, Mikrosphären oder dergleichen. Vorzugsweise enthält der Füller ein Material relativ geringer Dichte, welches im Allgemein nicht-reaktiv mit den anderen in dem expandierbaren Material vorhandenen Komponenten ist.
Beispiele für Füller umfassen Siliziumoxid, Diatomenerde, Glas, Ton, Talkum, Pigmente, Farbstoffe, Glasperlen oder -blasen, Glas, carbonkeramische Fasern, Antioxidanzien und dergleichen. Solche Füller, insbesondere Tone können dem expandierbaren Material helfen, sich selbst während des Flusses des Material einzuebnen. Die Tone, die als Füller verwendet werden können, schließen Tone ein, aus den Kaolinit-, Illit-, Chlorit-, Smectit- oder Sepiolith-Gruppen, die calziniert sein können. Beispiele für geeignete Füller schließen ohne Beschränkung Talk, Vermikulit, Pyrophyllit, Sauconit, Saponit, Nontronit, Montmorillonit oder Mischungen davon ein. Die Tone können auch kleinere Mengen anderer Zutaten enthalten, wie etwa Carbonate, Feldspate, Glimmer und Quarz. Die Füller können auch Ammoniumchloride, wie etwa Dimethyl-Ammoniumchlorid und Dimethyl-Benzyl-Ammoniumchlorid enthalten. Titanoxid kann ebenfalls eingesetzt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform können ein oder mehrere mineral- oder steinartige Füller verwendet werden, wie etwa Calziumkarbonat, Natriumkarbonat oder dergleichen. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform können Silikatmineralien, wie etwa Glimmer als Füller benutzt werden. Man hat herausgefunden, dass zusätzlich zum Durchführen der normalen Funktionen eines Füllers Silikatmineralien und Glimmer insbesondere die Aufprallwiderstandsfähigkeit des ausgehärteten, expandierbaren Materials verbessern.
Wenn eingesetzt, können die Füller in dem expandierbaren Material von 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% des expandierbaren Materials reichen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das expandierbare Material von etwa 0,01 bis etwa 30 Gew.-% enthalten und stärker bevorzugt etwa 10 bis etwa 20 Gew.-% Tone oder ähnliche Füller. Pulverisierte (z.B. ungefähr 0,01 bis etwa 50 und stärker bevorzugt etwa 1 bis 55 Mikrometer mittlerer Teilchendurchmesser) mineralartige Füller können zwischen etwa 5 und 70 Gew.-% enthalten, stärker bevorzugt etwa 10 bis etwa 20 Gew.-% und noch stärker bevorzugt etwa 13 Gew.-% des expandierbaren Materials.
Es wurde daran gedacht, dass einer der Füller oder andere Komponenten des Materials thixotrop sein können, um bei der Steuerung des Flusses des Materials sowie der Eigenschaften, wie etwa Zug-, Kompressions- oder Scherfestigkeit zu helfen.
Andere Additive
Andere Additive, Mittel oder Leistungsmodifizierer können ebenfalls in das expandierbare Material, wie erwünscht eingeschlossen sein, einschließlich, jedoch nicht limitiert auf ein UV-beständiges Mittel, einen Flammdämmer, einen Aufprallmodifizierer, einen Wärmestabilisierer, einen UV-Fotoinitiator, einen Farbstoff, eine Bearbeitungshilfe, ein Schmiermittel, eine Verstärkung (z.B. zerhackte oder kontinuierliche Glas-, Keramik-, Aramid- oder Carbonfasern oder dergleichen).
Beim Bestimmen geeigneter Komponenten für das expandierbare Material kann es wichtig sein, das Material so auszubilden, dass es nur bei geeigneten Zeiten oder Temperaturen aktiviert wird (z.B. Fluss, Schaum oder sich ändernde Zustände). Bei den meisten Anwendungen ist es zum Beispiel unerwünscht, dass das Material bei Raumtemperatur oder anders bei Umgebungstemperatur in einer Produktionsumgebung reaktiv ist. Typischer wird das expandierbare Material aktiviert, bei höheren Verarbeitungstemperaturen zu fließen. Als ein Beispiel können Temperaturen angemessen sein, wie solche, die in einer Automobilzusammenbauanlage angetroffen werden, insbesondere wenn das expandierbare Material zusammen mit anderen Komponenten bei erhöhten Temperaturen oder bei höheren, angewendeten Energiepegeln verarbeitet wird, z.B. während Lackierungsvorbereitungsschritten. Temperaturen, die bei vielen Beschichtungsoperationen angetroffen werden (z.B. in einem Farbaushärtungsofen) können zum Beispiel bis zu 250 Grad oder höher betragen.
Stark bevorzugte Ausführungsformen und Beispiele
Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen, dass andere Polymere als die oben diskutierten, wie etwa Thermoplasten, ebenfalls in das expandierbare Material inkorporiert werden können, z.B. durch Copolymerisierung, durch Mischung oder auf andere weise. Beispielsweise enthalten, ohne Beschränkung, andere Polymere, die geeigneter Weise in das expandierbare Material inkorporiert werden können, halogenierte Polymere, Polycarbonate, Polyketone, Urethane, Polyester, Silane, Sulfone, Allyle, Olefine, Styrene, Acrylate, Methacrylate, Epoxyde, Silikone, Phenole, Gummis, Polypropylenoxide, Terphtalate, Azetate (z.B. EVA), Acrylate, Methacrylate (z.B. Ethylenmethylacrylatpolymer) oder Mischungen davon. Andere mögliche Polymermaterialien können, ohne Beschränkung, sein oder können enthalten Polyethylen, Polypropylen, Polystyren, Polyolefin, Polyacrylat, Poly(Ethylenoxid), Poly(Ethylenimin), Polyester, Polyurethan, Polysiloxan, Polyether, Polyphosphoazen, Polyamid, Polyimid, Polyisobutylen, Polyacrylonitril, Poly(Vinylchlorid), Poly(Methylmethacrylat), Poly(Vinylazetat), Poly(Vinylidenchlorid), Poly(Tetrafluorethylen), Polyisopren, Polyacrylamid, Polyacrylsäure, Polymethacrylat.
Bei stark bevorzugten Ausführungsformen ist das expandierbare Material jedoch im Wesentlichen frei von thermoplastischen Polymeren oder thermoplastischen Polymermischungen, die die Glasübergangstemperaturen des Materials erhöhen können. Insbesondere sind einige Ausführungsformen des expandierbaren Materials frei von thermoplastischen Polymeren, wie etwa Azetaten (z.B. EVA) und Acrylaten (z.B. EMA). Bei solchen Ausführungsformen ist das expandierbare Material vorzugsweise aus mehr als 40 Gew.-% eines Epoxydharzes, wie etwa flüssiges Bis-Phenol-A-Epoxyd, mehr als etwa 30 Gew.-% eines Epoxyd/Elastomer-Adduktes, wie etwa festes Epoxyd-Carboxyl-terminierten Butyl-Nitril- (CTBN-) Gummiaddukt und einer Faser, wie etwa zerfaserter Aramidfaser zusammengesetzt. Solche Ausführungsformen sind besonders vorteilhaft, weil die Aramidfaser in Kombination mit der Epoxyd-Elastomer-Komponente des expandierbaren Materials und den anderen Komponenten die Bildung eines klebrigen Produktes mit guter physikalischer Integrität ohne die Verwendung spezieller thermoplastischer Polymere (z.B. EVA oder EMA) erlaubt, die dazu neigen, eine schlechte Kompatibilität mit einem epoxydbasierten System zu zeigen und die Festigkeit und Adhäsionsdauerhaftigkeit reduzieren können.
Außerdem kann bei stark bevorzugten Ausführungsformen ein Nanoclay-Additiv für zusätzliche Kontrolle der Flusseigenschaften, physikalischen Eigenschaften, Adhäsionsdauerhaftigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Hydrolyse, Kombinationen davon und dergleichen verwendet werden. Nanoclay kann von etwa 0,1 bis 4 Gew.-% des expandierbaren Materials umfassen, stärker bevorzugte von etwa 0,5 bis etwa 2 Gew.-% und noch stärker bevorzugt etwa 1 Gew.-% des expandierbaren Materials.
Beispiele
Unten ist Tabelle A beispielhafter expandierbarer Materialien gegeben.
Tabelle A
Ausbildung und Anwendung des expandierbaren Materials
Die Ausbildung des expandierbaren Materials kann gemäß einer Vielfalt neuer oder bekannter Techniken erfolgen. Bevorzugt wird das expandierbare Material als ein Material von im Wesentlichen homogener Zusammensetzung ausgebildet.
Es wurde jedoch in Betracht gezogen, dass verschiedene Kombinationstechniken verwendet werden können, um die Konzentration bestimmter Komponenten an bestimmten Positionen des expandierbaren Materials zu erhöhen oder zu verringern.
Gemäß einer Ausführungsform wird das expandierbare Material ausgebildet, indem die Komponenten des Materials in fester Form, wie etwa Pellets, Stücke oder dergleichen in flüssiger Form oder einer Kombination davon bereitgestellt werden. Die Komponenten werden typischerweise in einem oder mehreren Behältnissen, wie etwa großen Behältern oder anderen Behältnissen gemischt. Bevorzugt können die Behältnisse verwendet werden, um die Komponenten durch Rotation oder andersartige Bewegung des Behältnisses zu vermischen. Danach können Wärme, Druck oder eine Kombination davon angewendet werden, um die Komponenten zu erweichen oder zu verflüssigen, sodass die Komponenten durch Rühren oder auf andere Art zu einer einzigen, homogenen Komposition vermischt werden können.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das expandierbare Material ausgebildet werden durch Erwärmen einer oder mehrerer Komponenten, die im Allgemeinen leichter zu erweichen oder zu verflüssigen sind, wie etwa das polymerbasierte Material, um solche Komponenten in einen mischbaren Zustand zu überführen. Danach können die verbleibenden Komponenten dann mit den erweichten Komponenten vermischt werden.
Abhängig von den verwendeten Komponenten kann es wichtig sein, sicherzustellen, dass die Temperatur der Komponenten unter bestimmten Aktivierungstemperaturen bleibt, die veranlassen könnten, dass das expandierbare Material aktiviert wird (z.B. Gase oder einen Fluss ausbildet oder anderweitig aktiviert wird), aushärtet (z.B. erhärtet, sich versteift oder auf andere Weise Zustände ändert) oder beides. Man beachte, dass, wenn das expandierbare Material ein Blähmittel enthält, es typischerweise wünschenswert ist, die Temperatur des expandierbaren Materials während der Ausbildung des expandierbaren Materials oder bevor das expandierbare Material auf eine Oberfläche aufgebracht wird, unterhalb einer Temperatur zu halten, die das Blähmittel aktiviert.
In Situationen, in denen es wünschenswert ist, das expandierbare Material bei tieferen Temperaturen zu halten, kann es wünschenswert sein, die Komponenten unter Anwendung von Druck oder einer Kombination von Druck und Wärme in einem halbfesten oder viskoselastischen Zusand zu halten, um die Komponenten des expandierbaren Materials zu vermischen. Es wurden verschiedene Maschinen zur Anwendung von Wärme, Druck oder beider auf Materialien entwickelt. Eine bevorzugte Maschine ist ein Extruder. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können verschiedene Komponenten in eine, zwei oder mehr Vormixturen vorgemischt und an einer oder verschiedenen Positionen in einem Einzel- oder Doppelschraubenextruder eingeführt werden. Danach mischen die von dem Extruder gelieferte Wärme und Druck das expandierbare Material in einer einzelnen im Allgemeinen homogenen Komposition und dies erfolgt vorzugsweise ohne das Material zu aktivieren.
In Situationen, in denen das expandierbare Material ein Blähmittel enthält, kann die Aktivierung des Materials wenigstens irgendeinen Grad an Schäumung oder Blasenbildung umfassen. Solche Schäumung oder Blasenbildung kann dem expandierbaren Material beim Benetzen eines Substrates und beim Ausbilden einer innigen Verbindung mit dem Substrat helfen. Alternativ soll jedoch erkannt werden, dass das expandierbare Material aktiviert werden kann, um ohne Schäumung oder Blasenbildung zu fließen und es kann noch immer das Substrat wesentlich benetzen, um eine innige Verbindung auszubilden. Die Ausbildung der innigen Verbindung wird typischerweise, jedoch nicht notwendig, beim Aushärten des expandierbaren Materials erfolgen.
Das expandierbare Material der vorliegenden Erfindung hat auf vorteilhafte Weise wertvolle Eigenschaften gezeigt. Beim Testen wurden wertvolle Eigenschaften für die Expansion, Versatzscherung und adhäsive Winkelschälung gezeigt. Tabelle B listet unten die von den expandierbaren Materialien, deren entsprechende Inhaltsstoffe in Tabelle A aufgelistet sind, gezeigten Eigenschaften auf, zeigt jedoch auch Eigenschaften von anderen Formulierungen des Materials der vorliegenden Erfindung an. Die vorliegende Erfindung zieht resultierende Materialeigenschaften innerhalb +/– 25% und stärker bevorzugt 50% der zitierten Eigenschaften in Betracht. Die Eigenschaften in Tabelle B wurden von Materialien gezeigt, die auf Substrate mit Verbindungslinien von etwa 0,25 mm oder etwa 0,01 Zoll aufgetragen waren.
Die Formulierung der vorliegenden Erfindung kann mit jeglichen geeigneten Mitteln, wie etwa Beschichtung oder Extrudierung auf eine Oberfläche aufgetragen werden. Bei einer Ausführungsform wurde ein Roboterextrusionsapplikator eingesetzt, z.B. von dem Typ, der in dem US-Patent Nr. 5,358,397 offenbart wurde.
Tabelle B
Wie man sehen kann, bleibt die Versatzscherfestigkeit trotz der hohen Variation in der Expansion des Materials ziemlich hoch. Darüber hinaus bleibt die Winkelschälleistung relativ hoch bei höheren Expansionsniveaus im Vergleich zu herkömmlichen, expandierenden Systemen. Dass sich solche Eigenschaften zeigen, ist besonders vorteilhaft im Lichte der Formulierungen der expandierbaren Materialien. Die expandierbaren Materialien von Tabelle A behalten gute winkelschälleistung und werden im Wesentlichen ohne Additive, wie etwa Epoxydweichmacher (z.B. acrylische oder urethanbasierte Materialien) und Kern/Hüllen-Polymere bereitgestellt, die die Adhäsivität oder Winkelschälleistung verringern könnten und typischerweise auch Glasübergangstemperaturen des Materials verringern. Die expandierbaren Materialien der vorliegenden Erfindung stellen daher die Flexibilität und relativ hohen Glasübergangstemperaturen, gekoppelt mit relativ hoher Festigkeit, Adhäsion und Schäleigenschaften zur Verfügung.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine äußere Oberfläche des Materials der vorliegenden Erfindung behandelt, um ihm zu gestatten, ohne unerwünschten Materialtransfer, wie etwa an die Oberfläche einer Fahrzeugkarosserie, gehandhabt zu werden. Es ist daher möglich, dass die Formulierung mit einer temporären Schicht bereitgestellt wird (von weniger als etwa 10 Mikrometer bis etwa 2 cm (z.B. in der Größenordnung von weniger als etwa 1 mm)), die im Allgemeinen klebefrei ist, um die Handhabung zu erleichtern. Diese kann die Form eines Kunststofftransferfilms, einer wasserbasierten Beschichtung, einer Pulverbeschichtung oder eine andere Form annehmen. Die vorliegende Erfindung zieht daher auch ein klebriges strukturadhäsives Material mit einer Behandlungsoberfläche in Betracht, die im Allgemeinen bei Berührung klebefrei ist.
Eine andere Anwendung, für die die vorliegende Technologie als ein expandierbares Material angepasst oder eingesetzt werden kann, schließt diejenige von dem Typ ein, die in den US-Patenten Nrn. 6,358,584, 6,311,452, 6,296,298 identifiziert ist. Das Material der vorliegenden Erfindung kann daher auf einen Träger aufgetragen werden, wie etwa ein geformtes, extrudiertes oder gestanztes Teil (z.B. Metall oder Kunststoff, geschäumt oder ungeschäumt; beispielhafte Materialien umfassen Aluminium, Magnesium, Titan, Stahl, Polyamid (z.B. Nylon 6 oder Nylon 6,6), Polysulfon, thermoplastisches Imid, Polyether, Imid, Polyethersulfon oder Mischungen daraus).
Es wird Bezug genommen auf 1. Dort ist eine exemplarische Ausführungsform einer Verbindung 10 zwischen einem ersten Teil 12 und einem zweiten Teil 14 illustriert. Bei der illustrierten Ausführungsform ist das erste Teil 12 ein Seitenträger eines Automobils und das zweite Teil ist ein Querträger eines Automobils. Es soll jedoch verstanden werden, dass das expandierbare Material der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Teile von verschiedenen, unterschiedlichen Industrieartikeln anwendbar ist. Wie man sehen kann, wurde eine Menge expandierbaren Materials 18 der vorliegenden Erfindung zwischen einer Oberfläche 22 des ersten Teils 12 und einer Oberfläche 24 des zweiten Teils 14 positioniert. Bei Expansion benetzt das expandierbare Material vorzugsweise die Oberflächen 22, 24 der Teile 12, 14 und haftet an diesen an. Gleichzeitig oder danach wird das expandierbare Material 18 vorzugsweise ausgehärtet (z.B. durch Kühlung), um einen Strukturschaum zu bilden, der die Teile 12, 14 miteinander verbindet und eine Versiegelung, Dämpfung, Verstärkung oder dergleichen für die Teile 12, 14 und/oder die Verbindung 10 liefert.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde offenbart. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass bestimmte Modifikationen im Bereich der Lehre dieser Erfindung liegen. Die folgenden Ansprüche sollten studiert werden, um den wahren Umfang und Inhalt der Erfindung zu bestimmen.

Claims

Expandierbares Klebematerial umfassend: 40 bis 70 Gewichtsprozent eines Epoxydharzes im Verhältnis zu dem Klebematerial; 30 bis 50 Gewichtsprozent eines Epoxyd/Elastomeradduktes im Verhältnis zu dem Klebematerial; wobei das expandierbare Klebematerial im Wesentlichen frei von EMA und EVA ist.
Expandierbares Klebematerial gemäß Anspruch 1, wobei das expandierbare Material im Wesentlichen frei von thermoplastischen Polymeren ist.
Expandierbares Klebematerial gemäß Anspruch 1 oder 2, des Weiteren mit einer Faserverstärkung.
Expandierbares Klebematerial gemäß Anspruch 3, in dem das Faserverstärkungsmaterial zerfaserte Aramidfasern sind.
Expandierbares Klebematerial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das expandierbare Material ein Aushärtemittel und ein Blähmittel enthält.
Expandierbares Klebematerial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Epoxyd-/Elastomeraddukt ein Epoxyd-Carboxyl-terminiertes Butyl-Nitril-Gummiaddukt ist.
Expandierbares Klebematerial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Epoxyd-/Elastomeraddukt 1:3 bis 3:1 Teile von Epoxyd gegenüber Elastomer enthält.
Expandierbares Klebematerial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche des Weiteren mit Nanoclay.
Expandierbares Klebematerial gemäß Anspruch 8, mit 0,1 bis 4,0 Gewichtsprozent Nanoclay im Verhältnis zu dem Klebematerial.
Expandierbares Klebematerial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend: 40 bis 60 Gewichtsprozent eines Epoxydharzes im Verhältnis zu dem Klebematerial, wobei das Epoxydharz im Wesentlichen gänzlich ein flüssiges Bisphenol-A-Epoxyd ist; 30 bis 50 Gewichtsprozent eines Epoxyd/Elastomeradduktes im Verhältnis zu dem Klebematerial, wobei das Epoxyd-/Elastomeraddukt ein festes Epoxyd-CTBN-Gummiaddukt (CTBN = "carboxyl terminated butyl nitrile"/Carboxyl-terminiertes Butyl-Nitril) ist; ein Blähmittel aus der Gruppe bestehend aus einem Amid und einem Amin; ein Aushärtemittel aus der Gruppe bestehend aus Polyamin und Polyamid; ein Faserverstärkungsmaterial, wobei das Faserverstärkungsmaterial eine zerfaserte Aramidfaser ist; und 0,1 bis 4 Gewichtsprozent Nanoclay im Verhältnis zu dem Klebematerial; wobei das expandierbare Klebematerial im Wesentlichen frei von thermoplastischen Polymeren ist und das expandierbare Material auf das Aktivieren hin eine Expansion auf mehr als 100 seiner ursprünglichen Größe darbietet.
Expandierbares Klebematerial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine Scherfestigkeit darbietet, die größer als 2000 psi (13789 kPa) ist.