DE60017663T2

DE60017663T2 - Schaumfähige Dichtungsmittelzusammensetzung mit einem Olefinpropfpolymer

Info

Publication number: DE60017663T2
Application number: DE60017663T
Authority: DE
Inventors: John L. Hanley; Norman E. Blank
Original assignee: Sika Corp
Current assignee: Sika Corp
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: DE60017663D1; JP2003510434A; ATE287808T1; AU7611000A; KR20020063870A; US6281260B1; EP1090813A1; KR100546093B1; WO2001023461A1; EP1090813B1; ES2237370T3; US6150428A; JP4124591B2

Description

Die Erfindung betrifft eine expansionstemperaturtolerante, trockene, anfänglich nicht klebrige, expandierbare Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente zum Abdichten eines Autokarosseriehohlraums nach Anspruch 1, und die eine Expansion und Klebrigwerden des Karosseriehohlraums bei einer Temperatur, wie sie bei der Ofenaushärtung von auf das Fahrzeug aufgetragenen Grundierungen, Dichtungsmassen und Beschichtungen entsteht, erfahren kann. Sie betrifft außerdem eine verbesserte Zusammensetzung zum Bilden einer expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente, die in der Lage ist einem gewünschten Grad einer vollständigen Expansion über einen breiteren Temperaturbereich als bisher der Fall war unterzogen zu werden. In bestimmten Ausführungsformen betrifft die Erfindung eine Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente mit erwünschten Merkmalen, die ebenfalls eine verbesserte strukturelle Integrität aufweist, um zusätzliche Verstärkung für die den Hohlraum definierende Struktur der Fahrzeugkarosserie bereit zu stellen. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungskomponentenzusammensetzung nach Anspruch 26 auf der Grundlage einer kontinuierlichen Verarbeitung, so dass die Variabilität, die oft bei einer "Batchverarbeitung" zu beobachten ist, reduziert wird.
Beschreibung des Stands der Technik
Autokarosserien weisen verschiedene hohle Pfosten, Hohlräume, Durchgänge und ähnliche Bereiche auf, die unerwünschte Geräusche, Luftströme, Feuchtigkeit, Staub und sonstigen Schwebestaub übertragen können, wenn sie nicht abgedichtet sind, um eine Infiltration solcher Geräusche oder Schmutzstoffe zu verhindern. U.S.-Patentschrift Nr. 5,373,027, erteilt an deren Abtretungsempfänger, beschreibt eine trockene, anfänglich nicht klebrige, wärmeexpandierbare Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente, die sich beliebig formen lässt, so dass beim Einführen in Pfosten, Hohlräume oder Durchgänge der Fahrzeugkarosserie die Komponente einer Wärmeexpansion unterzogen wird, wenn die Fahrzeugkarosserie im Rahmen einer Grundierungs- oder Lackaushärtung, die Teil des Herstellungsverfahrens ist, durch einen Backofen transportiert wird.
Gemäß der '027-Patentschrift umfasst die Zusammensetzung zum Herstellen des trockenen, expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungsprodukts einen bedeutenden Anteil an ethylenisch ungesättigtem Ethylen-α,β-carbonsäurecopolymerisat, das teilweise mit einem Metallion wie z.B. Zink neutralisiert wurde, einen geringen Anteil eines Treibmittels wie z.B. modifiziertes Azodicarbonamid und einen geringen Anteil eines niedermolekularen Harzklebrigmachers, der die Eigenschaft besitzt, die Außenfläche der Komponente, wenn diese auf eine hohe Temperatur gebracht und dadurch durch das Treibmittel expandiert wird, klebrig zu machen.
Die Bestandteile der Zusammensetzung zur Herstellung der trockenen, expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente sind funktionelle, um eine expandierte Form im Hohlraum der Autokarosserie zu bilden, wenn diese durch einen konventionellen Lack- oder Grundierungsbackofen geführt wird. Konventionelle Öfen zum Backen oder Aushärten eines auf eine Autokarosserie aufgetragenen Finish werden normalerweise bei Temperaturen im Bereich von ungefähr 140°C bis ungefähr 200°C betrieben, je nach der zu trocknenden und zu härtenden Beschichtung. Die Autokarosserie durchläuft einen bestimmten Backofen normalerweise innerhalb eines Zeitraums von ungefähr 10 bis 15 Minuten bis zu 2 Stunden. Zu diesem Zweck wurden bisherige expandierbare Schalldämpfungszusammensetzungen so formuliert, dass sie vorzugsweise eine Expansion bei einer Temperatur von ungefähr 135°C bis ungefähr 185°C erfahren. Die trockene, expandierbare Dichtungszusammensetzung und das Produkt der '027-Erfindung brachte der Autoherstellung einen beträchtlichen kommerziellen Erfolg. Die jüngste Beliebtheit von in situ expandierten Dichtungs- und Schalldämpfungsprodukten für Autoanwendungen wurde beschleunigt durch die Gebrauchsfreundlichkeit der Schalldämpfungselemente und die Tatsache, dass sie entsprechend in der Größe angepasst und konfiguriert werden können, damit sie genau in bestimmte Karosseriehohlräume passen. Außerdem vermeidet die Tatsache, dass die Schallwandexpansion in situ stattfinden kann während ein Auto einen Backofen durchläuft, die Notwendigkeit, zusätzliche Ausrüstung und Herstellungsvorgänge für diesen spezifischen Zweck vorsehen zu müssen.
Eine weitere expandierbare Zusammensetzung, die als Beschichtungsfilm verwendet wird, ist in JP-A-04117467 beschrieben.
Nicht unerwartet konzentriert sich das Lack- und/oder Grundierungsbackverfahren in Autoherstellungsverfahren darauf, den Lack und/oder die Grundierung, die auf die Oberfläche der Fahrzeugkarosserie aufgetragen wurden, korrekt und effizient auszuhärten. Die Verarbeitungszeit ist bei der Herstellung von Autos und ähnlichen Fahrzeugen wichtig, und deshalb wird die Verweilzeit einer Fahrzeugkarosserie im Lack- und/oder Grundierungsbackofen sorgfältig kontrolliert, um die erforderliche Aushärtung des Lacks und/oder der Grundierung innerhalb kürzester Zeit durchzuführen. Es ist klar, dass aufgrund der vielen verschiedenen Hohlräume und Durchgänge in einer Autokarosserie, was Ort, Länge und relativen Abstand von der Karosserieoberfläche, die zum Backen des Lacks oder der Grundierung einer Wärmebe handlung unterzogen wird, betrifft, die tatsächliche Temperatur, die in bestimmten Hohlräumen und Durchgängen der Karosserie beim Aushärten des Lacks und/oder der Grundierung entsteht, erheblich variieren kann, wobei während des Backzyklus bestimmte Hohlräume und Durchgänge auf eine wesentlich höhere Temperatur erwärmt werden als andere Hohlräume oder Durchgänge oder nicht auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt werden, um eine vollständige Expansion eines expandierbaren Schallwandelements zu gewährleisten.
Techniker wählen die günstigsten Hohlraumorte in der Fahrzeugkarosserie für expandierbare Schalldämpfungselemente, ausgehend davon, dass bestimmte Hohlräume anfällig dafür sind, unerwünschte Geräusche oder Schmutzstoffe zu übertragen. Die Wahl des Schalldämpfungsorts berücksichtigt normalerweise nicht die Variationen in Bezug auf den Grad der Erwärmung des Orts bei einem Back- oder Aushärtungszyklus. Zum Beispiel wird in Bereichen mit einer hohen Metallmasse die Wärmeenergie viel schneller abgeleitet als in Bereichen mit geringer Metallmasse. Das expandierbare Schalldämpfungsmaterial erreicht dann keine ausreichend hohe Temperatur, um die erforderliche vollständige Expansion des Schalldämpfungsprodukts zu erzielen bevor die Autokarosserie den Back- und Aushärtungsofen verlässt. Andererseits können andere Orte für das Schalldämpfungsprodukt aufgrund der Nähe zur direkten Wärmequelle, der Art des Metalls, das den Hohlraum definiert, der das expandierbare Schalldämpfungsmaterial umgibt, oder der Entfernung des Hohlraums von der Außenoberfläche der Fahrzeugkarosserie zu einer Überhitzung des Schalldämpfungsmaterials führen. Senkrechte Säulen können einen Schornsteineffekt ausüben, der sich auf die in der Karosseriehohlraumzone entstandene Temperatur auswirkt.
Deshalb ist es für die Formulierung eines geeigneten trockenen, expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungsprodukts erforderlich, dass eine Anzahl unterschiedlicher und funktionell verschiedener Parameter und Bedingungen erfüllt sind. Die Zusammensetzung muss aus kostengünstigen Bestandteilen bestehen, die sich effizient und vorzugsweise unter Verwendung existierender Ausrüstung verarbeiten lassen. Die Zusammensetzung muss sich ohne weiteres zu einem sich selbst haltenden Körper von vorbestimmter Größe und Form formen lassen. Der Körper muss in der Lage sein, eine Expansion von seiner ursprünglichen Form durchzumachen und im Wesentlichen gleichmäßig in alle Richtungen zu expandieren, sofern dies nicht durch einen Träger für die Karosserie oder durch eine mit der Karosserie verbundene geeignete Schalldämpfungsstruktur unterbunden wird, um den Hohlraum effektiv abzudichten. Der von der expandierbaren Zusammensetzung geformte Körper muss zum Einführen in einen bestimmten Hohlraum der Autokarosserie im Wesentlichen trocken und nicht klebrig sein.
Angesichts der Tatsache, dass die verschiedenen Hohlräume in der Fahrzeugkarosserie auf Temperaturen erhöht werden, die von einem Hohlraum zum anderen variieren, muss die zur Herstellung des expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungsprodukts verwendete Zusammensetzung in der Lage sein, ein hohes Maß an Expansion durchzumachen, auch bei den niedrigsten Temperaturen, die in einem Hohlraum vorkommen können, in den ein expandierbares Teil positioniert wird. In ähnlicher Weise darf das expandierbare Dichtungs- und Schalldämpfungsprodukt bei den höchsten Temperaturen, die voraussichtlich während des Aushärtungszyklus des Lacks und/oder der Grundierung in einem der expandierbaren, Teile aufnehmenden Hohlräume nicht verkohlen und/oder verbrennen.
Außerdem muss die Zusammensetzung so beschaffen sein, dass, wenn sie zu einem expandierbaren Teil zum Einsetzen in einen Fahrzeugkarosseriehohlraum, der in einem Lack- oder Grundierungsbackofen gehärtet wird, geformt wird, das Teil physikalische netzwerkähnliche Eigenschaften aufweist, die das Einschließen von Gasen, die durch das in die Formulierung eingebrachte Treibmittel produziert werden, verbessern und so sicherstellen, dass das Teil beim Gebrauch ein hohes Maß an zurückgehaltener Expansion erfährt.
Es ist ebenfalls wünschenswert, dass bestimmte Ausführungsformen des Dichtungs- und Schalldämpfungsprodukts die funktionelle Eigenschaft besitzen, eine zusätzliche strukturelle Verstärkung für die den Hohlraum definierende Struktur der Fahrzeugkarosserie unter Beibehaltung seiner Eigenschaften als Geräusch-, Luft- und Feuchtigkeitsbarriere bereit zu stellen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine expansionstemperaturtolerante, trockene, anfänglich nicht klebrige, expandierbare Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente zum Abdichten eines Autokarosseriehohlraums bereit, die aus einer Zusammensetzung gebildet ist, die in der Lage ist, im Wesentlichen über den vollen Temperaturbereich, dem die meisten wenn nicht gar alle Karosseriehohlräume des Fahrzeugs, die voraussichtlich von der Gegenwart einer expandierten Komponente in dem Hohlraum profitieren können, ausgesetzt sein können, eine Expansion durchzumachen und klebrig zu werden. Folglich hat das Dichtungs- und Schalldämpfungsprodukt der Erfindung ein wesentlich breiteres Zeit- und Temperaturfenster als bisher verfügbare expandierbare Produkte für dieselbe Anwendung.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine einzigartige expandierbare Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente für eine Fahrzeugkarosserie, die zu einer gewünschten anfänglichen Form vorgeformt werden kann und die ein relativ hohes Maß an Expansion durchmacht, wenn sie auf eine Temperatur erhöht wird, der normalerweise ein entsprechender Karosseriehohlraum während des Lack- und/oder Grundierungsbackzyklus in einem Autoherstellungsverfahren ausgesetzt ist, im Wesentlichen unabhängig von dem Ort des Hohlraums, der die Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente aufnimmt, und ungeachtet der Tatsache, dass die Temperatur in verschiedenen Karosseriehohlräumen von einem Hohlraum zum andern in der gesamten Fahrzeugkarosserie erheblich variieren kann.
Die Zusammensetzung ist in bestimmten ihrer Ausführungsformen einzigartig formuliert, um aus der Zusammensetzung die Herstellung einer anfänglich trockenen, nicht klebrigen, bei Erwärmung expandierbaren Komponente zu ermöglichen, die dazu dient, der Wandstruktur der Fahrzeugkarosserie, die den Hohlraum definiert, der die expandierbare Komponente aufnimmt, zusätzliche strukturelle Festigkeit zu verleihen.
Die Zusammensetzung, die zur Herstellung der expansionstemperaturtoleranten, expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente verwendet wird, enthält eine Menge eines Graftanhydridpolymers. Das Polymer, auch wenn es anfänglich nicht klebrig ist, besitzt die erwünschte Eigenschaft, die Klebrigkeit und das Haftungsvermögen der expandierten Komponente bei einer Temperatur innerhalb des vollen Bereichs, dem Karosseriehohlräume eines Fahrzeugs ausgesetzt sein können, wenn die Fahrzeugkarosserie durch einen Lack- und/oder Grundierungsbackofen geführt wird, zu verbessern. Folglich wird eine expandierbare Komponente, die in den Fahrzeugkarosseriehohlraum platziert wird, fest an der Wandfläche des Hohlraums haften, da die Komponente während des Aushärtens des Lacks und/oder der Grundierung im Backofen expandiert. Ein mit Maleinsäureanhydrid aufpolymerisiertes Ethylen-vinylacetat ist ein bevorzugtes Graftanhydridpolymer in der Zusammensetzung, weil es eine relativ niedrige Schmelztemperatur von beispielsweise weniger als ungefähr 120°C aufweist, was unter der Temperatur ist, bei der eine signifikante Expansion der expandierbaren Komponente stattfindet. Ebenso wichtig ist die Tatsache, dass das aufpolymerisierte EVA-Polymer seine klebrigkeitsverbessernden Eigenschaften und erwünschten viskositätsmerkmale beibehält, ohne bei der Höchsttemperatur, die die Hohlräume des Fahrzeugs, in die die Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente während des Aushärtungszyklus des Lacks und/oder der Grundierung eingebracht wird, durchmachen, zu verbrennen oder zu verkohlen.
Die Zusammensetzung zur Herstellung der trockenen, anfänglich nicht klebrigen, expandierbaren Komponente umfasst außerdem ein Polymeradditiv, das eine endständige Epoxidgruppe enthält, in der der Epoxidanteil in der Lage ist, mit wenigstens einem Teil des Anhydridpolymers bei einer erhöhten Temperatur, die ausreicht, um die Expansion der Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente zu bewirken, zu reagieren. Die Vernetzungsreaktion zwischen dem Anhydridpolymer und dem Epoxidpolymer, die bei der Temperatur stattfindet, der die Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente in dem Fahrzeugkarosseriehohlraum während des Backens des Lacks und/oder der Grundierung der Karosserie ausgesetzt wird, schafft eine dreidimensionale vernetzte und überbrückte Entität, die während der Expansion der Komponente durch ein in sie eingebrachtes Treibmittel dazu dient, die Gasrückhalteeigenschaften des endgültigen expandierten Produkts zu erleichtern und zu erhöhen. Im Gegensatz zur bisherigen konventionellen Polymerpraxis wird die Reaktion des Polymers mit endständiger Epoxidgruppe mit dem Graftanhydridpolymer in Abwesenheit eines Katalysatormittels bewerkstelligt. Folglich findet eine angemessene Überbrückung und Vernetzung des Polymers statt, um zellulares Gitterprodukt bereitzustellen, das die Gase, die von dem Treibmittel ausgehen, effizient einschließt, aber die vernetzende und Copolymerrest-Polymerisierung zwischen den zwei Entitäten ist nicht so ausgeprägt, dass sie die Flexibilitäts- und Expansionsmerkmale eines aus der Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente hergestellten Schalldämpfungsprodukts signifikant beeinträchtigt.
Eine trockene, anfänglich nicht klebrige, expandierbare Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente kann unter Verwendung eines Batch-Mischverfahrens aus einer Zusammensetzung hergestellt werden, die ein Graftanhydridpolymer enthält, das bei seiner Schmelztemperatur die Klebrigkeit des expandierten Produkts verbessert. Das Batchmischen einer Formulierung, die als Bestandteil ein Graftanhydridpolymer enthält, schafft ein Endprodukt, das sich in einem gewünschten Maß expandieren lässt, wenn es einer Temperatur in dem Bereich, wie er in einem Backofen für Autolack und/oder -grundierung anzutreffen ist, ausgesetzt wird (siehe Beispiele 1 bis 3 der Tabelle). Allerdings waren Versuche, unter Verwendung eines konventionellen Stetigmischgeräts eine Zusammensetzung aus einer Formulierung, die ein Graftanhydridpolymer enthält, herzustellen, erfolglos. Teile, gefertigt aus einem Material, das in einem Stetigmischgerät hergestellt und bei Backofentemperaturen ausgehärtet wurde, wiesen ein hohes Fließvermögen und schlechte Expansion auf, so dass das erhaltene Produkt für die gewünschte Anwendung nicht brauchbar ist (siehe Beispiel 4 der Tabelle).
Es wurde nun unerwartet festgestellt, dass durch Einbeziehen eines Polymers mit endständiger Epoxidgruppe und eines Graftanhydridpolymers in die Zusammensetzung, die zur Herstellung einer expansionstemperaturtoleranten, trockenen, anfänglich nicht klebrigen, expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente verwendet wird, die Zusammensetzung sich unter Verwendung eines Stetigmischgeräts verarbeiten lässt, ohne den Expansionsgrad einer aus der Zusammensetzung geformten Komponente, wenn das geformte, nicht expandierte Produkt Backofentemperaturen ausgesetzt wird, schädlich zu beeinflussen. Wenn die Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente im Backofen eine durch Wärme herbeigeführte Expansion durchmacht, erhöht die begrenzte Reaktion zwischen dem Graftanhydridpolymer und dem Polymer mit endständiger Epoxidgruppe die Karosserie- und Schmelzviskosität der Komponente (siehe Beispiele 5 und 6 der Tabelle).
Kurzdarstellung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht einer Autokarosserie, die mehrere Säulen, Motorschienen und seitliche röhrenförmige Karosseriestrukturen darstellt, die Karosseriehohlräume aufweisen, die wünschenswerterweise Dichtungs- und Schalldämpfungskomponenten umfassen, die die betreffenden Hohlräume effizient gegen Feuchtigkeit, Geräusche und Teilchen abdichten;
2 ist eine Seitendarstellung in aufgelösten Einzelteilen einer kombinationsgeformten, trockenen, anfänglich nicht klebrigen, expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente sowie ein Seitenaufriss eines Trägers für die geformte Komponente, die speziell so geformt ist, dass sie komplementär in den Hohlraum der Autokarosserie wie in 1 dargestellt passt;
3 ist ein Seitenaufriss der Komponente und des Trägers aus 2, dargestellt in montierter Form; und
4 ist eine Draufsicht der Komponente und des Trägers aus 3, die den Aufbau zeigt, montiert auf einer Platte der Automobilkarosserie, die einen Teil eines Karosseriehohlraums bildet.
Ausführliche Darstellung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Autokarosserie 10 aus 1 umfasst mehrere miteinander verbundene, hohle Rahmenelemente oder Säulen oder Schienen, die einen Motorraum 12, einen Passagierraum 14 und einen Kofferraum 16 definieren. Wie die U.S.-Patentschrift Nr. 5,506,025, die an deren Abtretungsempfänger erteilt und durch Referenz hierin eingeschlossen ist, beschreibt, werden die senkrechten Säulen von Karosserie 10, die den Passagierraum 12 umgeben, konventionell als „A", „B" und „C" bezeichnet, während die nach vorne verlaufenden Rahmenteile 18 als „Motorschienen" bezeichnet werden. In ähnlicher Weise werden die unteren horizontal verlaufenden röhrenförmigen Komponenten 20 der Karosserie 10 normalerweise als „Türschwellenschienen" bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte expansionstemperaturtolerante, trockene, anfänglich nicht klebrige, expandierte Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente, die zum Beispiel in Form der Formkomponente 22 sein kann, wie in den 2–4 der Zeichnungen dargestellt. Komponente 22 ist konfiguriert, um vollständig auf den Träger 24 montiert zu werden, der aus verschiedenen Materialien wie z.B. Metall oder Nylon gefertigt sein kann. Die Funktion des Trägers 24 besteht darin, nicht nur die expandierbare Formkomponente 22 in einem ausgewählten Karosseriehohlraum der Karosserie 10 zu stützen und die Komponente 22 in einer vorbestimmten Position zu halten, bis sie eine Expansion durchmacht, wenn die Autokarosserie 10 durch einen konventionellen Lack- und/oder Grundierungsbackofen, der Teil des Autoherstellungsverfahrens ist, geführt wird, sondern auch als Führungsbarriere zu dienen, um selektiv die expandierte Konfiguration der expandierten Komponente in einem bestimmten Hohlraum der Karosserie 10 zu kontrollieren.
Wie am besten in 2 veranschaulicht ist, kann der speziell konfigurierte Träger 24 zum Beispiel einen Hauptplattenabschnitt 26 aufweisen, der mit einer senkrechten Verlängerung 28 verbunden ist, die mit dem Plattenabschnitt 26 durch Bolzen 30 verbunden ist. Ein Klemmenmontageelement 32 kann, falls gewünscht, auf einer Platte 26 bereitgestellt sein, um eine Klemme 34, dargestellt durch gestrichelte Linien, aufzunehmen, die die Befestigung von Träger 24 sowie der darauf befestigten Komponente 22 an der Wandstruktur 36 der Autokarosserie 10 erleichtert. Die Platte 26 kann mehrere Widerhaken 38 oder dergleichen aufweisen, die in entsprechenden Öffnungen 40 im Hauptkarosseriesegment 42 der expandierbaren Formkomponente 22 aufgenommen sind, um Komponente 22 mit Platte 26 von Träger 24 zu verbinden. Die Formkomponente 22 in dem Beispiel aus 2–4 hat einen senkrechten Armteil 44, der gegen die Verlängerung 28 von Träger 24 anliegt und in diese eingreift.
Es ist in dieser Hinsicht zu verstehen, dass Komponente 22 vorzugsweise mittels Spritzguss oder eines gleichwertigen Verfahrens in eine gewünschte Form gebracht wird, um einen sich selbst haltenden Körper zu produzieren, der bei der Expansion eine formgeschäumte Dichtungs- und Schalldämpfungsbarriere in einem Karosserie hohlraum der Karosserie 10 bildet, wie ausführlich in der oben genannten '025-Patentschrift beschrieben ist. Die Konfiguration der Formkomponente 22 wie in den Zeichnungen dargestellt dient nur zur Veranschaulichung, und es ist klar, dass die jeweiligen Abmessungen und die Konfiguration jeder Komponente 22 selektiv variierbar sind, um der Querschnittsform des Karosseriehohlraums in den die expandierbare Komponente 22 platziert wird, zu entsprechen. Die besondere Form und Größe der Komponente 22 wird in den meisten Fällen auch durch die Dichtungs- und Schalldämpfungsfunktion bestimmt, die die Komponente in ihrer expandierten Form in einem Karosseriehohlraum erfüllen muss.
Obschon 1–4 ein formbares, expandierbares Schalldämpfungsprodukt darstellen, das speziell konfiguriert ist, um auf einen geeigneten, relativ starren Träger montiert zu werden, ist klar, dass die vorliegende Erfindung nicht auf expandierbare Schalldämpfungsprodukte, die auf einen ergänzenden Träger montiert werden sollen, beschränkt ist. In bestimmten Anwendungen, besonders wenn der Hohlraumdurchgang im Wesentlichen horizontal im Umfang ist, kann ein geformtes, expandierbares Schalldämpfungselement einfach strategisch an einer gewünschten Stelle in dem Durchgang positioniert werden. Oft muss sich in diesen Fällen das Schalldämpfungsprodukt nicht an einer extrem genauen Position befinden.
Die formbare Zusammensetzung zur Herstellung einer expandierbaren Komponente 22 mit den erforderlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften umfasst vorzugsweise eine Menge eines Graftanhydridpolymers und eine Menge eines Polymeradditivs mit endständiger Epoxidgruppe, das mit wenigstens einem Teil des Anhydridpolymers reagiert, wenn die Komponente auf eine Temperatur erwärmt wird, der ein Autokarosseriehohlraum ausgesetzt wird, der die expandierbare Komponente aufnimmt, wenn die Autokarosserie durch einen konventionellen Lack- und/oder Grundierungsbackofen, der Teil des Autoherstellungsverfahrens ist, geführt wird. Außerdem umfasst die formbare Zusammensetzung ein geeignetes Treibmittel, das die Expansion der aus der Zusammensetzung geformten Komponente 22 bewerkstelligt, wenn die Komponente beim Backen der Autokarosserie in dem Backofen Wärme ausgesetzt wird. Wünschenswerterweise umfasst die formbare Zusammensetzung auch einen Klebrigmacher, der der Außenfläche der trockenen, anfänglich nicht klebrigen, geformten Komponente 22 Klebrigkeit verleiht, wenn diese beim Erwärmen im Backofen expandiert. Das in der geformten Komponente 22 gegenwärtige Graftanhydridpolymer, das beim Erwärmen im Backofen in gewisser Weise wie ein Haftmittel funktioniert, erhöht die Klebrigkeitseigenschaften der geformten Komponente 22, wenn diese die Expansion durchmacht.
Graftanhydridpolymere, die zur Herstellung der verbesserten Zusammensetzung dieser Erfindung geeignet sind, umfassen beispielsweise Ethylenvinylacetat, funktionell aufpolymerisiert mit einem Säureanhydrid, Ethylen-n-butylacrylat, funktionell aufpolymerisiert mit einem Säureanhydrid, Ethylen-Octan-Copolymer, funktionell aufpolymerisiert mit einem Säureanhydrid, Polyethylen, funktionell aufpolymerisiert mit einem Säureanhydrid, Polypropylen, funktionell aufpolymerisiert mit einem Säureanhydrid, und Ethylen-Propylen-Kautschuk, funktionell aufpolymerisiert mit einem Säureanhydrid. Ein bevorzugtes Säureanhydrid in jedem Fall ist Maleinsäureanhydrid. Ein bevorzugtes olefinisches Graftpolymer ist Ethylenvinylacetat, funktionell aufpolymerisiert mit Maleinsäureanhydrid. Das aufpolymerisierte olefinische Anyhdridpolymer ist in der Zusammensetzung vorzugsweise auf einer Gew.%-Basis im Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 60 gegenwärtig.
Ein Polymeradditiv mit endständiger Epoxidgruppe, das vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe von festem Bisphenol A- oder F-Diglycidylether-Polymer (das von Bisphenol A oder Bisphenol F und Epichlorhydrin stammt), gekennzeichnet durch ein Epoxidäquivalent > ungefähr 400, flüssigem Bisphenol A- oder F-Diglycidylether-Polymer (das von Bisphenol A oder Bisphenol F und Epichlorhydrin stammt), gekennzeichnet durch ein Epoxidäquivalent von ungefähr 150 bis ungefähr 220, Addukten von Dimerfettsäuren mit Diglycidylether von Bisphenol A oder Bisphenol F (Epikote oder Epon 872), und Addukten von Acrylnitrilbutadien-Kautschuks mit endständigem Epoxid (CTBN, Hycar 1300 × 8, 1300 × 13). Ein bevorzugtes Additiv ist Bisphenol A-Diglycidylether-Polymer. Das Polymeradditiv mit endständigem Epoxid ist in der Zusammensetzung vorzugsweise auf einer Gew.-%-Basis von ungefähr 1 bis ungefähr 10 gegenwärtig.
Die Zusammensetzung ist außerdem mit einem geeigneten Treibmittel versehen, das vorzugsweise aus der Gruppe von modifiziertem oder nicht modifiziertem Azodicarbonamid, p,p'-Oxybis(benzensulfonyl)hydrazid, p-Toluensulfonylhydrazid und Dinitrosopentamethylentertamin ausgewählt ist. Das bevorzugte Treibmittel ist ein Azodicarbonamid. Das Treibmittel ist in der Zusammensetzung vorzugsweise auf einer Gew.-%-Basis von ungefähr 1 bis ungefähr 10 gegenwärtig.
Die Zusammensetzung zur Herstellung einer trockenen, anfänglich nicht klebrigen, expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente, die expansionstemperaturtoleranter ist als bisherige expandierbare Zusammensetzungen, kann auch ein Füllpolymer enthalten, das ein Polymer auf Olefinbasis ist, vorzugsweise ein Polymer, ausgewählt aus der Gruppe von Ethylenvinylacetat, Ethylen-n-butylacrylat, Ethylenoctan-Copolymer, Polyethylen, Polypropylen und Ethylenmethacrylsäure-Copolymer. Das bevorzugte Füllpolymer ist Ethylenvinylacetat. Das Füllpolymer, wenn es in die Zusammensetzung eingebracht ist, kann auf einer Gew.-%-Basis von ungefähr 1 bis ungefähr 50 gegenwärtig sein.
Ein gummiähnlicher Bestandteil kann ebenfalls in der Zusammensetzung zur Herstellung der expandierbaren Komponente enthalten sein und ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe von Styrol-Butadien-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Ethylen-Propylendien-Kautschuk, Butadien-Kautschuk, Styrolisopren-Styrol-Blockcopolymer, Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer, Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol-Blockcopolymer, Styrol-Ethylen/Propylen-Blockcopolymer, Nitril-Kautschuk und Chlorpolyethylen. Der bevorzugte kautschukähnliche Bestandteil ist Styrol-Butadien-Kautschuk. Der kautschukähnliche Bestandteil kann in der Zusammensetzung auf einer Gew.-%-Basis von ungefähr 1 bis ungefähr 15 gegenwärtig sein.
Eine Formungs- und Verarbeitungshilfe kann in der Zusammensetzung enthalten sein und ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe von Paraffinwachs, Mikrokristallinwachs, Polyethylenwachs, Polyamidwachs und Naturwachs. Die bevorzugte Formungs- und Verarbeitungshilfe, wenn sie in der Zusammensetzung verwendet wird, ist Polyethylenwachs. Die Menge der Formungs- und Verarbeitungshilfe auf einer Gew.-%-Basis kann von ungefähr 1 bis ungefähr 15 betragen.
Ein Klebrigmacher zur Verbesserung der Klebrigkeit der expandierbaren Komponente nach dem Auslösen von deren Expansion kann in die formbare Zusammensetzung einge bracht sein. Der Klebrigmacher, wenn verwendet, ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe von aliphatischen Kohlenwasserstoffharzen, aromatischen Kohlenwasserstoffharzen, aliphatischen/aromatischen Kohlenwasserstoffharzen, hydrierten Kohlenwasserstoffharzen, Polyterpenharzen, Terpentinesterharzen, Kumaron-Inden-Harzen, α-Methylstyrolharzen und Polystyrolharzen. Der Hauptanteil der aliphatischen Kohlenwasserstoffharze und der aromatischen Kohlenwasserstoffharze besteht vorzugsweise hauptsächlich aus C₅-, C₇- und C₉-Kohlenwasserstoffen im Fall der aliphatischen Kohlenwasserstoffharze und ebenso vielen Kohlenwasserstoffen in den aromatischen Kohlenwasserstoffharzen. Die Menge Klebrigmacher auf einer Gew.-%-Basis kann von ungefähr 1 bis ungefähr 15 betragen.
Ein anorganischer oder organischer Füllstoff kann in der Zusammensetzung in einer Menge enthalten sein, die auf einer Gew.-%-Basis von ungefähr 1 bis ungefähr 20 beträgt, und ist vorzugsweise aus der Gruppe von Kalziumcarbonat, Bariumsulfat, Siliciumdioxid, Kalziumsulfat, Aluminiumsilikat, Magnesiumsilikat, Kalzium-Aluminium-Silikat, Kalziummetasilikat, Bimsstein, Glaskugeln und organischen Füllstoffen ausgewählt. Der bevorzugte Füllstoff ist Kalziumcarbonat. Die Menge des anorganischen oder organischen Füllstoffs auf Gew.-%-Basis kann von ungefähr 1 bis ungefähr 20 betragen.
Die Zusammensetzung zur spezifischen Verwendung bei der Herstellung einer expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente, die den erforderlichen Parametern der Erfindung entspricht, kann hergestellt werden, indem man die einzelnen Bestandteile in ein konventionell zu betreibendes Stetigmischgerät wie z.B, ein Extrudiergerät gibt. Solche Geräte sind beispielsweise Einschnecken-Mischgeräte und Doppelschnecken-Extrusionsgeräte. Extrusionsgeräte dieser Art weisen normalerweise entlang ihrer Länge zwischen zwei und vier Einlässe auf, wobei das Längenverhältnis der Trommel zum Schneckendurchmesser im Bereich von ungefähr 7:1 bis ungefähr 18:1 beträgt. Vorzugsweise werden alle Bestandteile der Zusammensetzung, ausgenommen der Reaktionsmittel, einschließlich des Treibmittels, am ersten Einfüllanschluss des Extruders hinzugefügt. Die Reaktionsmittel und das Treibmittel werden am dritten Anschluss des Extruders hinzugefügt, wobei das Extrudiergerät vier konventionelle Einlassanschlüsse aufweist. Der dritte Anschluss ist normalerweise ungefähr 50 % bis ungefähr 75 % vom ersten Einlassanschluss entlang der Länge der Extrudertrommel entfernt. Die Verweilzeit beträgt normalerweise von ungefähr 1–3 Minuten, mit einer nominalen Verarbeitungszeit von ungefähr 2 Minuten.
Der Stetigextruder muss mit einem Messer ausgestattet sein, das das Extrudat in eine Serie von Pellets schneiden kann. Falls gewünscht kann das aus dem Extruder kommende Extrudat einem Wasserbad unterzogen werden, um seine Abkühlung auf eine im Wesentlichen feste Form sicherzustellen. Alternativ kann das Extrudat aus dem Stetigextruder als Strang einem Strangpelletisierer zugeführt und zu kleinen Pelletzylindern geschnitten werden.
Die Pellets aus dem Extruder können anschließend in einer Spritzgussmaschine zu einem expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungsverbundprodukt geformt werden, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 80°C bis 100°C, und normalerweise nicht mehr als ungefähr 120°C.
Obschon die verbesserte expandierbare Schalldämpfungskomponente der Erfindung besonders zur Verwendung in den, den Durchgang definierenden Hohlräumen von Auto karosserien beschrieben wurde, ist klar, dass die expandierbare Komponente bei Verwendung in anderen Produkten, die Herstellungs- und/oder Verarbeitungsanwendungen unterzogen werden, bei denen die Temperatur des Produkts erhöht wird, Vorteile bereitstellt. Zum Beispiel haben viele Anwendungen strukturelle Stützglieder, die Durchgänge aufweisen, die von dem Einbringen eines Dichtungs- und Schalldämpfungselements in die die Durchgänge definierende Struktur profitieren würden, um zu verhindern, dass unerwünschte Schmutzstoffe in den Durchgang eindringen oder diesen durchdringen. Außerdem werden bei vielen dieser Anwendungen Lack- oder Beschichtungsmaterialien angebracht, die in einem Backofen getrocknet und/oder gehärtet werden. Kühlschränke sind nur ein Beispiel eines Geräts, bei dem die verbesserten Dichtungs- und Schalldämpfungskomponenten der Erfindung in bestimmten Stützstrukturen des Geräts vorteilhaft bereitgestellt werden können.

Claims

Expansionstemperaturtolerante, trockene, anfänglich nicht klebrige, expandierbare Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente zum Abdichten eines Autokarosseriehohlraums und die eine Expansion bei einer Temperatur, wie sie von dem Karosseriehohlraum bei der Ofenaushärtung eines auf das Fahrzeug angewendeten Beschichtungsmaterials entsteht, aushalten kann, wobei die Komponente Folgendes umfasst: – eine Menge eines Graftanhydridpolymers; – eine Menge eines Polymeradditivs, das eine endständige Epoxidgruppe enthält, die mit wenigstens einem Teil des Anhydridpolymers reagiert, wenn die Komponente auf die Temperatur erwärmt wird, die deren Expansion beeinflusst; und – eine ausreichende Menge eines Treibmittels, das in der Lage ist, die Expansion der Komponentenzusammensetzung zu bewirken, wenn die Komponente auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, wobei die Komponente kein katalytisches Mittel umfasst, um die Reaktion des Polymers mit endständiger Epoxidgruppe mit dem Graftanhydridpolymer zu katalysieren.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 1, wobei die Temperatur im Bereich zwischen 110°C und 190°C liegt.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei dem Polymer um eine Graftzusammensetzung auf Olefinbasis und ein Anhydrid, das mit wenigstens einem Teil der Zusammensetzung auf Olefinbasis reagiert ist, handelt.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 3, wobei die Graftzusammensetzung auf Olefinbasis aus der Gruppe, bestehend aus Ethylenvinylacetat, Ethylen-n-butylacrylat, Ethylen-Octan-Copolymerisat, Polyethylen, Polypropylen und Ethylen-Propylen-Kautschuk ausgewählt ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es sich bei dem Anhydrid um Maleinsäureanhydrid handelt.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Treibmittel aus der Gruppe, bestehend aus modifiziertem und nicht modifiziertem Azodicarbonamid ausgewählt ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Treibmittel aus der Gruppe, bestehend aus p,p'-Oxybis(benzolsulfonyl)hydrazid, p-Toluolsulfonylhydrazid und Dinitrosopentamethylentetramin ausgewählt ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Graftanhydridpolymer mit einem Anteil zwischen 10 und 60 Gew.-% der Komponente gegenwärtig ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Polymeradditiv aus der Gruppe, bestehend aus Bisphenol A-Diglycidylether-Polymer, Bisphenol F-Diglycidylether-Polymer, Addukten von Dimerfettsäuren mit Diglycidylether von Bisphenol A, Addukten von Dimerfett säuren mit Diglycidylether von Bisphenol F und Addukten von Acrylnitril-Butadien-Kautschuk mit endständigem Epoxid ausgewählt ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Polymeradditiv mit einem Anteil von 1 bis 10 Gew.-% der Komponente gegenwärtig ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Treibmittel mit einem Anteil von 1 bis 10 Gew.-% der Komponente gegenwärtig ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Menge eines Füllpolymers, bei dem es sich um ein Polymer auf Olefinbasis handelt, enthalten ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 12, wobei das Polymer auf Olefinbasis aus der Gruppe, bestehend aus Ethylenvinylacetat, Ethylen-n-butylacrylat, Ethylen-Octan-Copolymerisat, Polyethylen, Polypropylen und Ethylenmethacrylsäure-Copolymerisat ausgewählt ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Polymer auf Olefinbasis mit einem Anteil zwischen 1 und 50 Gew.-% der Komponente gegenwärtig ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei eine Menge eines synthetischen, kautschukähnlichen Materials enthalten ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 15, wobei das synthetische, kautschukähnliche Material aus der Gruppe, bestehend aus Styrol-Butadien-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Butadien-Kautschuk, Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymerisat, Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymerisat, Styrol-Ethylen-/Butylen-Styrol-Blockcopolymerisat, Styrol-Ethylen-/Propylen-Blockcopolymerisat, Nitrilkautschuk und Chlorpolyethylen ausgewählt ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 15 oder 16, wobei das kautschukähnliche Material mit einem Anteil zwischen 1 und 15 Gew.-% der Komponente gegenwärtig ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei ein Klebrigmacher, ausgewählt aus der Gruppe der aliphatischen Kohlenwasserstoffharze, aromatischen Kohlenwasserstoffharze, aliphatischen/aromatischen Kohlenwasserstoffharze, hydrierten Kohlenwasserstoffharze, Polyterpenharze, Harzesterharze, Cumaron-Inden-Harze, α-Methylstyrolharze und Polystyrolharze enthalten ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 18, wobei das aliphatische Kohlenwasserstoffharz im Wesentlichen aus C5-, C7- und C9-Kohlenwasserstoffen besteht.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Komponente eine Menge eines Formungs- und Verarbeitungshilfsstoffs enthält, bei dem es sich um ein Wachsprodukt handelt.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 20, wobei das Wachsprodukt aus der Gruppe, bestehend aus Paraffinwachs, Mikrokristallinwachs, Polyethylenwachs, Polyamidwachs und Naturwachs ausgewählt ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 20 oder 21, wobei das Wachsprodukt mit einem Anteil zwischen 1 und 15 Gew.-% der Komponente gegenwärtig ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Komponente einen anorganischen oder organischen Füllstoff enthält.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 23, wobei der Füllstoff aus der Gruppe, bestehend aus Kalziumcarbonat, Bariumsulfat, Siliziumdioxid, Kalziumsulfat, Alumosilikat, Magnesiumsilikat, Kalium-Alumosilikat, Kalziummetasilikat, Bimsstein, Glaskugeln und organischen Füllstoffen ausgewählt ist.
Dichtungs- und Dämpfungskomponente nach Anspruch 23 oder 24, wobei der Füllstoff mit einem Anteil zwischen 1 und 20 Gew.-% der Komponente gegenwärtig ist.
Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung zum Bilden einer expansionstemperaturtoleranten, trockenen, anfänglich nicht klebrigen, expandierbaren Dichtungs- und Schalldämpfungskomponente zum Abdichten eines Autokarosseriehohlraums und die eine Expansion bei einer Temperatur, wie sie von dem Karosseriehohlraum bei der Ofenaushärtung eines auf das Fahrzeug angewendeten Beschichtungs materials entsteht, aushalten kann, welches Verfahren folgende Schritte umfasst: Befördern einer Beimischung einer Menge eines Graftanhydridpolymers, einer Menge eines Polymeradditivs, das eine endständige Epoxidgruppe enthält, und einer ausreichenden Menge eines Treibmittels, das in der Lage ist, die Expansion der Komponentenzusammensetzung zu bewirken, wenn die Komponente auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, durch eine Stetigmischzone, wobei die Komponente kein katalytisches Mittel umfasst, um die Reaktion des Polymers mit endständiger Epoxidgruppe mit dem Graftanhydridpolymer zu katalysieren, und Halten der Beimischung in der Zone während eines ausreichend langen Zeitraums, um die Reaktion von wenigstens einem Teil des Epoxids mit dem Graftanhydridpolymer zu bewirken.
Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach Anspruch 26, wobei der Schritt der Beförderung der Beimischung durch einen Stetigmischer vom Strangpresstyp enthalten ist.
Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach Anspruch 26 oder 27, wobei der Schritt der Beförderung der Beimischung durch die Stetigmischzone unter Bedingungen, die dafür sorgen, dass die Beimischung zum Zeitpunkt der Einführung in die Zone im Wesentlichen auf deren Temperatur bleibt.
Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei der Schritt der Beförderung der Beimischung durch die Stetigmischzone während eines Zeitraums von 1 bis 2 Minuten enthalten ist.