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ES2213360T3 - Estratificado de refuerzo. - Google Patents

Estratificado de refuerzo.

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Publication number
ES2213360T3
ES2213360T3 ES99913826T ES99913826T ES2213360T3 ES 2213360 T3 ES2213360 T3 ES 2213360T3 ES 99913826 T ES99913826 T ES 99913826T ES 99913826 T ES99913826 T ES 99913826T ES 2213360 T3 ES2213360 T3 ES 2213360T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
layer
foam
laminate
substrate
stratified
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
ES99913826T
Other languages
English (en)
Inventor
Joseph S. Wycech
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henkel Corp
Original Assignee
Henkel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henkel Corp filed Critical Henkel Corp
Application granted granted Critical
Publication of ES2213360T3 publication Critical patent/ES2213360T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Abstract

Un estratificado de refuerzo para reforzar un sustrato, que comprende una capa portadora, una capa de espuma de refuerzo rígida asegurada a dicha capa portadora, una capa de espuma adaptable asegurada a dicha espuma rígida, comprendiendo dicha capa de espuma adaptable una capa de unión para asegurar dicho estratificado a un sustrato, siendo curables por calor dicha capa de espuma rígida y dicha capa de espuma adaptable, y comprendiendo dicha capa de espuma adaptable medios para absorber las tensiones de encogimiento debidas al curado por calor de dicha capa de espuma y al enfriamiento del sustrato.

Description

Estratificado de refuerzo.
Antecedentes del invento
La práctica usual para rigidizar paneles exteriores de carrocería de automóvil consiste en hacerlo con un polímero termocurable en forma de lámina situado por el interior de un panel y en curado luego en un horno de pintura. El rigidizador usual curado por calor se coloca como se coloca un papel para la pared o como una capa aplicada por pulverización. La aplicación se realiza en forma de hoja de una sola capa o de doble capa. La capa principal es una capa termocurable, con o sin respaldo. Cuando se utiliza respaldo, éste puede consistir en tela de fibra de vidrio, malla metálica o una lámina. La pulverización se aplica en una sola capa de polímero, sin respaldo. La capa de polímero tiene un grosor, generalmente, de 0,5 a 2,55 mm (0,020 a 0,100 pulgadas).
En la industria de la automoción, cuando se pintan las puertas de un vehículo durante el curado por calor, se presenta un problema relacionado con la lectura a través de la pintura debido al curado por calor del rigidizador del panel metálico exterior de la carrocería y la dilatación y la contracción del panel exterior metálico durante el ciclo de cocción de la pintura. Sería deseable que pudieran ofrecerse técnicas para eliminar o reducir los problemas de lectura a través de la pintura.
El documento BE 882 163 describe un producto estratificado que tiene una "piel" y que se produce de acuerdo con la técnica de colada por expansión, interponiendo un material flexible, expandible, que contiene celdas abiertas y empapado con una resina termocurable por fuera del delgado exterior de la piel. El material polímero es, también, termocurable y cuando se expande ocupa el interior del molde y constituye la superficie interna del material flexible expandido. La resina del material flexible expandido cura después de haber curado el polímero. El material polímero flexible sufre una compresión diferencial en proporción a la diferente dilatación del material expandible y es retenido, por tanto, en cualquier deformación del delgado exterior de la piel.
Sumario del invento
De acuerdo con el presente invento, se proporciona un estratificado de refuerzo para reforzar un sustrato que comprende una capa portadora, una capa de espuma de refuerzo rígida asegurada a dicha capa portadora, una capa de espuma adaptable asegurada a dicha espuma rígida, comprendiendo dicha capa de espuma adaptable una capa de unión para asegurar dicho estratificado a un sustrato, siendo termocurables dicha capa de espuma rígida y dicha capa de espuma adaptable, y comprendiendo dicha capa de espuma adaptable medios para absorber las tensiones de encogimiento debidas al curado por calor de dicha capa de espuma y al enfriamiento del sustrato.
Un objeto de este invento es proporcionar un rigidizador para un panel de carrocería que suponga una mejora con respecto a las prácticas usuales.
Otro objeto de este invento es eliminar la aparición de sombras en la pintura o la deformación del metal reduciendo las tensiones debidas al encogimiento por curado durante el curado del polímero y del panel metálico.
Todavía otro objeto de este invento es proporcionar tales técnicas que sean adaptables, en particular, a la industria de la automoción.
De acuerdo con un aspecto de este invento, se proporciona un rigidizador o refuerzo estratificado para un panel de carrocería, que incluye dos capas de polímero montadas contra un sustrato, con o sin respaldo. Preferiblemente, una de las capas de polímero es una espuma adaptable que se dispondría directamente contra el sustrato o miembro estructural que se refuerza. Una capa de espuma rígida o exterior se asegura al otro lado de la capa de espuma adaptable y un portador, tal como una lámina o respaldo de fibra de vidrio, se asegura a la superficie exterior de la capa de espuma rígida.
De acuerdo con otro aspecto de este invento, el estratificado de refuerzo para una parte o sustrato se prepara a partir de un respaldo o miembro rigidizador que tiene una espuma expandible asegurada al mismo. De acuerdo con el invento, la lectura a través se controla merced a diversas técnicas alternativas. Por ejemplo, la lectura a través puede controlarse no teniendo bordes longitudinales paralelos. Esto puede conseguirse disponiendo de configuraciones onduladas y/o en dientes de sierra en dos y/o en cuatro bordes opuestos. Otra técnica pata controlar la lectura a través sería mediante el grosor del material polímero y punzonando o realizando agujeros a través de todas las capas de polímero y de respaldo. El diseño de los agujeros puede ser ordenado o uniforme o puede tener una imagen escalonada o aleatoria.
Breve descripción de los dibujos
Las Figuras 1 y 2 son vistas en sección, en alzado, de rigidizadores de la técnica anterior;
la Figura 3 es una vista en sección, en alzado, de un rigidizador tricapa para panel de carrocería, de acuerdo con este invento;
la Figura 4 es una vista en perspectiva que ilustra el rigidizador de la Figura 3 empleado para aplicación a una puerta de automóvil;
las Figuras 5-7 son vistas en sección de diversas configuraciones basadas en la sección A-A de la Figura 4;
la Figura 8 es una vista en alzado lateral que muestra el interior de una puerta de vehículo con un estratificado de refuerzo montado en ella, de acuerdo con otro aspecto de este invento;
la Figura 9 es una vista en sección tomada en la Figura 8 por la línea 9-9;
la Figura 10 es una vista en alzado frontal de una forma de estratificado de refuerzo; y
la Figura 11 es una vista similar a la de la Figura 10 de una forma modificada de estratificado de refuerzo.
Descripción detallada
Las Figuras 1-2 ilustran prácticas usuales para rigidizar paneles exteriores de carrocerías de automóvil. Como en ella se muestra, se proporciona un sustrato 1 de metal sobre el que se une un polímero 2. La aplicación del polímero 2, que puede ser un polímero termocurable en forma de hoja puede realizarse utilizando una técnica del tipo del empapelado de paredes, como se muestra en la Figura 1, o puede aplicarse por pulverización, como se muestra en la Figura 2. En la práctica ilustrada en la Figura 1, un respaldo 3 de fibra de vidrio cubre el polímero 2. Una vez aplicado el polímero 2, se le cura entonces mediante calor en un horno. Cuando se utiliza una aplicación del tipo de empapelado, puede aplicarse una hoja de una sola capa o de doble capa. La capa principal sería una capa temocurable, con o sin respaldo. En la alternativa de la Figura 2 se aplica una sola capa de polímero sin respaldo. Cuando se utilice un respaldo, éste puede ser tela de fibra de vidrio, malla metálica, o una lámina. Generalmente, la capa de polímero tendría un grosor de 0,5 a 2,55 mm (0,020 a 0,100 pulgadas).
Los rigidizadores usuales para paneles tales como los mostrados en las Figuras 1 y 2, encogen al curar. Debido a su buena adherencia, se generan tensiones de encogimiento por curado en el sustrato 1 al que está unido el rigidizador. En consecuencia, la pintura de la cara opuesta del sustrato 1 adoptaría un diseño que reflejaría las tensiones inducidas en el sustrato.
La Figura 3 ilustra un rigidizador 4 de acuerdo con este invento. Como en ella se muestra, una capa 5 de espuma adaptable es aplicada directamente contra el panel o sustrato 1 de metal. Una capa 6 de espuma rígida es aplicada contra la capa 5 de espuma adaptable. La Figura 3 ilustra, asimismo, una lámina o respaldo de fibra de vidrio o portador 7 en la cara exterior de la capa 6 de espuma rígida. Esto da como resultado un rigidizador 4 para panel de carrocería en forma de estratificado tricapa.
Cuando el rigidizador tricapa 10 cura, la primera capa interna 5 no puede transmitir las tensiones de encogimiento al sustrato 1 y la capa 5 no puede evitar que el panel metálico exterior se encoja cuando se le saca del horno, porque no es rígido después del curado. La segunda capa 6 es rígida, tras el curado, pero la transmisión al sustrato de sus tensiones de encogimiento es bloqueada por la primera capa adaptable. El respaldo o portador 7 se utiliza para proporcionar rigidez adicional.
La capa 5 de espuma adaptable absorbe las tensiones de encogimiento debidas al curado de las capas termocurables. Las grandes tensiones de encogimiento de la capa rígida 6 no son transmitidas al sustrato metálico 1 ya que la capa rígida 6, con su respaldo 7, aportará rigidez al panel. Grosores típicos de las capas son de 1-1,5 mm para la capa adaptable 5 y 25,4-50,8 mm (1-2,0 pulgadas) para la capa rígida 6, teniendo la capa 7 de respaldo un grosor de 0,05-0,255 mm (0,002-0,004 pulgadas). Para las capas 5 y 6 pueden utilizarse cualesquiera materiales adecuados. Sin embargo, ambas capas de polímero deben ser químicamente compatibles, pues de lo contrario se vería comprometido el producto curado terminado de cualquier capa. Se hace referencia a la patente norteamericana núm. 5.575.526 y a la patente norteamericana núm. 6.482.496. Ambas patentes divulgan materiales adecuados que pueden utilizarse para la capa de espuma con el fin de crear una espuma estructural rígida y materiales para el portador. Los materiales específicos no son críticos siempre que se comporten en la manera pretendida, a saber, siempre que la capa 5 sea adaptable mientras que la capa 6 tenga rigidez. La capa adaptable 5 puede tener características similares a las del caucho, tal como los materiales empleados usualmente para las juntas de la puerta de las neveras o las tiras de las puertas de los automóviles. La capa 5 puede ser pegajosa o no.
La Figura 4 ilustra el estratificado 4 con respaldo de lámina de este invento, utilizado para aplicación en puertas de automóviles. Las Figuras 5-7 ilustran en sección distintas posibles configuraciones para tales aplicaciones. Como es evidente a partir de las Figuras 3 y 5, el rigidizador 4 tricapa de polímero puede tener un grosor uniforme con capas planas, como se ilustra en la Figura 3.
Sin embargo, la Figura 5 ilustra un panel 1 de puerta con una configuración en curva somera. El parche o rigidizador 4 se adaptaría a esa configuración. La Figura 5 muestra el rigidizador 4 con un grosor uniforme. Las Figuras 6-7, sin embargo, muestran variaciones que podrían incorporarse y que exigirían un grosor no uniforme. Como se ilustra, el portador o respaldo en lámina 7 incluye una sección 7A de canal exterior que forma una nervadura o reborde en combinación con la parte extendida 8 de las capas de espuma 5, 6. Las capas de espuma 5, 6 podrían preverse como dos pares de hojas separados que apoyasen unas contra otras en la sección 7A de canal. Por ejemplo, la Figura 6 muestra las dos capas de espuma 5 apoyadas una contra otra en la superficie 5A. El respaldo 7 de lámina puede estar formado, también, por dos capas que apoyen en el centro del canal 7A.
La Figura 7 muestra extensiones de extremo o pestañas 7B para el respaldo 7 de lámina con pestañas 9 de extremo adaptables para el par de capas de espuma 5, 6 en combinación con una extensión central 7C del respaldo 7 de lámina y una extensión central 9A de las capas de espuma 5, 6 para acomodar una nervadura 1A del panel 1. La previsión de estas extensiones hacia fuera tiene como consecuencia la formación de secciones nervadas que aportan al panel todavía más rigidez que un estratificado completamente plano y/o uniforme en virtud del incremento de sección y de la redistribución del refuerzo ofrecido por el estratificado con respaldo de lámina lejos del eje neutro del panel. Así, las Figuras 6-7 ilustran que el rigidizador 4 incluye rebordes de rigidización, mientras que la Figura 7 incluye, también, pestañas de extremo de rigidización.
Las Figuras 8-11 se refieren a otro aspecto de este invento, proyectado para enfrentarse a los problemas relacionados con la lectura a través de la pintura que provocan la formación de sombras o la deformación metálica. Las técnicas implicadas en las Figuras 8-11 pueden utilizarse en combinación con la estructura estratificada tricapa de las Figuras 3-7 o puede utilizarse por separado de esas características.
En general, el invento ilustrado en las Figuras 8-11 incluye proporcionar un rigidizador estratificado o estratificado de refuerzo para una pieza o sustrato. Los materiales del estratificado y del sustrato al que habría de aplicarse y los usos del invento pueden ser los expuestos con respecto a las Figuras 3-7.
Como se muestra en las Figuras 8-9, la pieza o sustrato 10 que se refuerza, es una puerta de un vehículo. Un estratificado 12 de refuerzo se monta en la puerta, de preferencia generalmente en el área central de la puerta. El estratificado puede tener cualquier tamaño y forma adecuados. En la realización preferida, el estratificado es de forma generalmente rectangular, con ciertas modificaciones que se describirán posteriormente. El estratificado 12 comprende un respaldo 14 y una capa de espuma expandible 16 unida íntimamente. La capa de espuma 16 puede ser una única capa de espuma estructural rígida, tal como en mi solicitud y en mi patente antes indicadas o puede adoptar la forma de dos capas, como se ilustra, por ejemplo en la Figura 3. La capa 16 está dispuesta contra el sustrato 10. Cuando el invento se utiliza en la industria de la automoción, la Figura 9 muestra esquemáticamente una boquilla 18 de pulverización de pintura que aplica un diseño de pintura 20 para crear una capa de pintura 22 sobre el sustrato 10. Cuando la pieza 10 se encuentra en un horno de pintura en el que cura el polímero 16, podría presentarse un problema relacionado con la lectura a través de la pintura de los rigidizadores de paneles metálicos de carrocería exteriores térmicamente curados. El presente invento proporciona varias técnicas para eliminar o reducir tal lectura a través de la pintura.
La Figura 10 ilustra una práctica del invento cuando el estratificado tiene un par de bordes laterales longitudinales 26, 26 interconectados por un par de bordes extremos transversales 24, 24. Como en ella se muestra, los bordes extremos opuestos 24, 24 tienen una configuración lineal, no recta, que forma crestas y valles. Específicamente, en la realización ilustrada en la Figura 10, los bordes 24, 24 tienen una construcción en dientes de sierra. Los bordes intermedios 26, 26 se ilustran como bordes rectos, paralelos entre sí. Sin embargo, ha de comprenderse que los bordes 26, 26 también pueden tener una forma no recta, por ejemplo, una construcción en dientes de sierra, de manera que los cuatro bordes tengan crestas y valles. Alternativamente, los bordes 26, 26 pueden tener la construcción en dientes de sierra y los bordes 24, 24 pueden ser bordes rectos, paralelos.
La Figura 11 ilustra una variación en la que los bordes longitudinales 28, 28 tienen crestas y valles, con una configuración ondulada. Los bordes intermedios 30, 30 se ilustran rectos y paralelos. Sin embargo, el invento puede ser llevado a la práctica similarmente cuando los bordes 30, 30 tienen, también, una construcción ondulada, como los bordes 28, 28 o cuando la construcción ondulada es la de los bordes 30, 30, siendo los bordes 28, 28 rectos y paralelos.
La Figura 8 ilustra la posibilidad adicional de que los bordes 24 sean en dientes de sierra y los bordes 28 ondulados. Así, dentro de las amplias prácticas del invento, puede utilizarse cualquier disposición para crear crestas y valles, incluyendo diferentes formas de estructuras para conseguir las crestas y los valles a lo largo de bordes diferentes.
De acuerdo con otra práctica del invento, la lectura a través se controla mediante el grosor del material polímero y punzonando o formando de otra manera agujeros a través de todas las capas de polímero y de respaldo. La Figura 10, por ejemplo, muestra un diseño de agujeros 32 en forma de agrupación uniforme u ordenada en la que todos los agujeros están dispuestos en filas y columnas rectas, en línea unos con otros. La Figura 11, sin embargo, muestra los agujeros 34 en filas y columnas rectas escalonadas. El invento puede llevarse también a la práctica cuando los orificios adoptan un diseño aleatorio, en lugar de estar dispuestos en filas y columnas.
Cuando se proporcionan agujeros a través del estratificado 12, éste puede incluir, opcionalmente, bordes no rectos tales como las formaciones en dientes de sierra y onduladas u, opcionalmente, el estratificado podría tener algunos de sus bordes, o todos ellos, rectos.
El invento puede llevarse a la práctica formando la capa de respaldo 14 con la configuración deseada, que incluye los bordes no rectos. El polímero o espuma no expandida puede aplicarse entonces como recubrimiento o de otra manera a toda la superficie del respaldo 14, para formar el estratificado 12. El estratificado 12 se montaría entonces en el sustrato 10 poniendo la capa 16 de polímero contra el sustrato 10. Al activarse el polímero, la espuma se expandería y desplazaría hacia fuera a la capa de respaldo 14, alejándola del sustrato 10. La espuma se expandería, también, hacia fuera más allá de los bordes del respaldo 14. Las diversas técnicas empleadas para llevar a la práctica el invento tendrían como consecuencia la reducción o la eliminación del sombreado de la pintura o de la deformación del metal, reduciendo las tensiones por encogimiento generadas durante el curado del polímero. Aunque el invento se ejecuta en la práctica con un polímero termoexpandible, también puede ser realizado con otros tipos de polímeros expandibles, tales como los activados químicamente, al igual que en la aplicación antes mencionada.
Si bien se ha descrito el invento particularmente con respecto a su uso preferido para el refuerzo de puertas de vehículos, el concepto del invento puede aplicarse al refuerzo de otras partes. Por ejemplo, el invento puede utilizarse para techos, tapas de compartimientos y parachoques de vehículos. Asimismo, el invento puede utilizarse para reforzar piezas no pertenecientes a vehículos. Similarmente, aunque el invento se ejecuta en la práctica para soportar un sustrato metálico, pueden emplearse otros sustrato, como se expone en las aplicaciones anteriormente mencionadas. El respaldo 14 es, de preferencia, una delgada hoja de metal, tal como una hoja de aluminio. Sin embargo, el invento puede ser llevado a la práctica con otros materiales de respaldo tales como los descritos en las aplicaciones antes citadas.
La provisión de las diversas técnicas para controlar la lectura a través de la pintura puede incorporarse en refuerzos de rigidización que incluyen las características añadidas de las aplicaciones antes indicadas o que, simplemente, son parte de una estructura básica que comprende un respaldo y un estratificado de espuma.

Claims (19)

1. Un estratificado de refuerzo para reforzar un sustrato, que comprende una capa portadora, una capa de espuma de refuerzo rígida asegurada a dicha capa portadora, una capa de espuma adaptable asegurada a dicha espuma rígida, comprendiendo dicha capa de espuma adaptable una capa de unión para asegurar dicho estratificado a un sustrato, siendo curables por calor dicha capa de espuma rígida y dicha capa de espuma adaptable, y comprendiendo dicha capa de espuma adaptable medios para absorber las tensiones de encogimiento debidas al curado por calor de dicha capa de espuma y al enfriamiento del sustrato.
2. Un estratificado como se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicha capa portadora es un respaldo en forma de hoja.
3. Un estratificado como se reivindica en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, en combinación con dicho sustrato, y en el que dicha espuma adaptable está íntimamente unida al citado sustrato.
4. Un estratificado como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichas capas de espuma y dicha capa portadora incluyen al menos una nervadura.
5. Un estratificado como se reivindica en la reivindicación 4, en el que dicho sustrato incluye una nervadura en línea con la citada nervadura de dichas capas de espuma y dicha capa portadora.
6. Un estratificado como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichas capas de espuma y dicha capa portadora incluyen pestañas de extremo.
7. Un estratificado como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho sustrato es una pieza de un vehículo seleccionada del grupo que consiste en una puerta, un techo, una tapa de un compartimiento y un parachoques.
8. Un estratificado como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el dicho estratificado tiene un par de bordes laterales longitudinales interconectados por un par de bordes extremos transversales y en el que al menos unos de dicho par de bordes laterales y de dicho par de bordes extremos, tienen forma no recta y ondulada.
9. Un estratificado como se reivindica en la reivindicación 8, en el que dicha forma ondulada tiene un diseño de crestas y valles unidos para formar un diseño suavemente ondulado.
10. Un estratificado como se reivindica en la reivindicación 8, en el que dicha forma ondulada tiene un diseño de crestas y valles en forma de dientes de sierra.
11. Un estratificado como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que dichos bordes no rectos y ondulados son dichos bordes laterales.
12. Un estratificado como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que dichos bordes no rectos y ondulados son dichos bordes extremos.
13. Un estratificado como se reivindica en la reivindicación 12, en el que dichos bordes laterales también son no rectos y ondulados.
14. Un estratificado como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye un diseño de agujeros que atraviesan dicho estratificado por completo.
15. Un estratificado como se reivindica en la reivindicación 14, en el que dicho diseño de agujeros comprende una pluralidad de filas y columnas de agujeros uniformemente alineadas y equiespaciadas.
16. Un estratificado como se reivindica en la reivindicación 14, en el que dicho diseño de agujeros comprende una pluralidad de agujeros dispuestos en filas y columnas escalonadas.
17. Un estratificado como se reivindica en la reivindicación 14, en el que dicho diseño de agujeros presenta una disposición aleatoria.
18. Un estratificado como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en combinación con dicho sustrato, y en el que dicha capa de espuma adaptable o dicha capa de espuma está íntimamente unida al citado sustrato.
19. Un estratificado como se ha reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho sustrato es una puerta de automóvil.
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