專利名稱：用于能量吸收l構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于能量吸收的構(gòu)件及其制備方法，其中該構(gòu)件含有聚烯烴的粒狀泡沫塑料，這種泡沫塑料圍繞著附加的支承件延著負(fù)載方向起泡沫。
能量吸收構(gòu)件特別適用于機動車中，吸收大量的運動碰撞能量，因此提高乘客的安全系數(shù)。已知使用的是減震器，側(cè)門和罐形緩沖件，與所具有的車身構(gòu)造相比，它們用于支承保險桿。因此能量吸收構(gòu)件可以由不同的材料制成。
DE-OS 4327 022描述了一種具有間隔織物和由玻璃、碳纖維或塑料制成的增強纖維的多層結(jié)構(gòu)。
EP-A-0 097 504和EP-A-0 155 558描述一種減震器的應(yīng)用，其使用可膨脹的聚丙烯作為釋熱元件中的能量吸收部件。
在EP-A-0401 838中描述了一種由易碎的空心球和粒狀泡沫制成的吸收能量的復(fù)合材料。
在EP-A-0 055 364、DE-OS 3723 681和DE-OS 2158 086中描述了其它的吸收能量構(gòu)件。
所有這些結(jié)構(gòu)的共同之處在于制造費用昂貴或者在開始變形時僅僅吸收了很少的能量。
為了描述能量吸收構(gòu)件的特征，應(yīng)該考慮到質(zhì)量因數(shù)。它是在力-距離圖中應(yīng)力曲線下的總面積與理想的能量吸收的矩形曲線下的總面積的比例。只有當(dāng)在垂直方向上的不變形力增加到新確定的最大力和隨后恒定地吸收力達(dá)到最大變形時，構(gòu)件吸收了最大能量。這符合矩形的應(yīng)力一頂鍛過程并因此符合理想的能量吸收。由聚烯烴泡沫制成的能量吸收元件不能滿足理想吸收體的要求；在聚丙烯泡沫(EPP)的情況下，在準(zhǔn)靜態(tài)測量時質(zhì)量因數(shù)僅為0.60～0.65。
因此本發(fā)明的任務(wù)是提供一種基于聚烯烴泡沫的能量吸收構(gòu)件，其質(zhì)量因數(shù)明顯地提高以及在開始變形時已經(jīng)吸收了高的能量。
通過一種能量吸收構(gòu)件令人驚奇地解決了這個任務(wù)，該構(gòu)件具有在負(fù)荷方向上取向的圍繞著聚烯烴泡沫的由致密材料制成的支承件，其中支承件固定在支座上，總裝置被置入模具中和用粒狀泡沫后起泡。
由EP-A-0 254 530已知具有溝槽的用于汽車減震器的心材，它被裝入由致密材料成的加固件中。溝槽的深度優(yōu)選地為心材厚度的15～95％。而且已經(jīng)證明，為了不損壞心或加固件，必須十分小心地將加固件插入泡沫心中。基于這點，絕對必須致密地制造該加固件，這將導(dǎo)致總重量不必要的提高。此外，如果加固件不超過心的總厚度，那么在開始變形時能量吸收不是足夠的高。
在本發(fā)明中，可以作為致密材料使用的是每種具有足夠硬度的塑料；例如可提及的是聚烯烴如聚丙烯、聚酰胺如聚酰胺-6，聚酰胺-66，聚酰胺-612，聚酰胺-12，聚酯如聚對苯二甲酸丁二醇酯(以及與聚碳酸酯的混合物)，液晶狀的芳族共聚酯、聚苯乙烯、聚苯氧或PVC。為了得到較高硬度的材料，致密材料還可包含填料和/或纖維。出于回收的目的，優(yōu)選使用聚丙烯。
原則上，元件的周圍起泡沫是現(xiàn)有技術(shù)。在這種情況下使用粒狀起泡劑。EPA-0 053 333和EP-A-0 095 109公開了聚烯烴的粒狀起泡劑的制備方法。在本發(fā)明的范圍中，可使用每種已知的聚烯烴起泡劑，例如由較高、中等或低密度的聚乙烯、聚丙烯如聚丙烯-均聚物、乙烯-丙烯嵌段共聚物、聚丙烯與乙烯-醋酸乙烯酯共聚物制成的，優(yōu)選由乙烯-丙烯-丁烯-(1)三元聚合物或乙烯-丙烯無規(guī)共聚物制成的。
優(yōu)選地使用具有1～15重量％乙烯和1～10重量％丁烯-(1)的乙烯-丙烯-丁烯-(1)無規(guī)三聚物或者具有1～15重量％乙烯、特別優(yōu)選2～5重量％乙烯的乙烯-丙烯無規(guī)共聚物。
優(yōu)選地使用堆密度為12～80g/l的粒狀泡沫。由此可以產(chǎn)生單位體積重量為15～170g/l、特別是25～100g/l的模型。


圖1表示立方形截面上用于能量吸收的元件的概略結(jié)構(gòu)。如果將減震器或側(cè)門作為例子，那么在負(fù)荷情況下，能量大面積地通過減震器外殼或側(cè)門金屬板傳到該元件上。因此，引入的能量首先被支承件(3)吸收，支承件根據(jù)幾何尺寸在頂鍛時折斷2～20％。通過周圍起泡可以使支承件難以折斷。部分能量被橫向地吸收到聚烯烴泡沫的頂鍛方向上。在變形時聚烯烴泡沫大約吸收了20％的所要吸收的能量。在需要的情況下，還可在其它平面上配備支承件(4)，在第一平面折斷后，它可以以相同的方式起作用。
支承件沿著變形方向(5)安裝。此外支承件還可以完全或部分地與變形方向成任一角度地安裝，以便吸收從側(cè)面產(chǎn)生的力。第一平面(3)的支承件的長度與頂鍛方向上構(gòu)件的厚度相同。
支承件可以具有不同的形狀和厚度(實心棒、薄管、薄板、十字形、Y型、X型、T型、L型、U型、Z型截面等)。在實際操作中，支承件被固定在支座上，如固定在支座屏或外殼上具有擊穿孔(2)的支座薄膜(1)上。該部件優(yōu)選地按照注塑方法制造。整個裝置被置入模具中和按已知的方式使粒狀泡沫后起泡。每個平面單位上合適的支承件厚度、形狀、數(shù)目和長度可以如此有利地影響力-距離曲線的特征，即質(zhì)量因素可達(dá)0.8～0.95。
圖2出示了在力-距離圖中聚丙烯泡沫(EPP)核和使用EPP制備的用于吸收能量的具有兩個支承平面(類似于圖1)的元件的負(fù)荷曲線分布。由各自的支承平面負(fù)荷產(chǎn)生最大值(3’)和(4’)。
從這個實施例來看，在頂鍛方向上，在構(gòu)件長度的大約70％附近引入第三個支承平面，在大約30％的變形時產(chǎn)生另一個能量吸收最大值。借此該體系的質(zhì)量因數(shù)得到進一步改善。
按照DIN 53 421，測量并畫出力-距離特性曲線。因此，具有支承件和50mm邊緣長度的試樣在兩塊平整的平板之間以5mm/分的穩(wěn)定速度進行頂鍛直到60％的變形。
本發(fā)明的能量吸收元件能在汽車領(lǐng)域內(nèi)用作減震器、側(cè)碰撞保護器比如在門中或作為罐形緩沖器。在由幾部分堆疊的可重復(fù)使用的運輸集裝架系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了其它的用途。通過插入支承件平面在連續(xù)負(fù)荷下得到高的靜態(tài)單位面積容許負(fù)荷，這樣就不用頂鍛集裝架。僅僅在崩斷情況下通過支承件的折斷進行所描述的能量吸收。
權(quán)利要求
1.一種能量吸收元件的制備方法，該元件包括由致密材料制成的在負(fù)荷方向定位的周圍用粒狀泡沫劑起泡沫的支承件，其中支承件固定在支座上，整個裝置插入模具中和用粒狀泡沫劑后起泡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中支座由具有擊穿孔的支座薄膜、支座屏或外殼組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，其中多個具有支承件的平面被固定在支座上。
4.可吸收能量的元件，根據(jù)權(quán)利要求1～3之一制備。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的能量吸收元件，其中在準(zhǔn)靜態(tài)測量時質(zhì)量因數(shù)為0.65至0.95。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的能量吸收元件，其中在準(zhǔn)靜態(tài)測量時質(zhì)量因數(shù)為0.8～0.95。
7.根據(jù)權(quán)利要求4～6之一的能量吸收元件的用途，其作為減震器、側(cè)碰撞保護器或罐形緩沖元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的能量吸收元件的用途，其作為可重復(fù)使用的集裝架體系。
全文摘要
一種質(zhì)量因數(shù)明顯提高的能量吸收元件,其中在開始變形的吸收了高的能量,包括由致密材料制成的周圍中顆粒狀泡沫劑起泡的支承件,該支承件固定在支座上。該元件可用于汽車中或作為可重復(fù)使用的集裝架體系。
文檔編號F16F1/36GK1180611SQ97120650
公開日1998年5月6日 申請日期1997年10月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月11日
發(fā)明者R·維羅布斯基, B·京澤爾 申請人:希爾斯股份公司