Pmi泡沫材料的新成型方法和/或由其制備的復合組件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及例如適合用于制備具有由硬質泡沫組成的芯的復合材料的新方法。本 發(fā)明在這里具有的大的優(yōu)點是泡沫材料和覆蓋層都可自由地選擇。更具體地說，采用本發(fā) 明方法還可以加工其加工溫度明顯不同于芯材料的那些的覆蓋層。
[0002] 本發(fā)明進一步涉及一種方法，采用該方法，在第二種實施方案中，可以將整合泡沫 結構部分地壓實。采用第三種實施方案，可以由至少兩個泡沫材料的工件通過焊接而制備 具有特別高價值的接頭的中空制品。在此，這可以在有或者沒有覆蓋層的情況下進行。
[0003] 另外，采用本發(fā)明的方法特別好地可通過真空成型方法加工泡沫材料。
【背景技術】
[0004] 在現有技術中，對于制備具有硬質泡沫材料的纖維增強塑料或成型硬質泡沫材料 的各種方法進行了一般性描述。在本發(fā)明范圍中，"硬質泡沫材料"是指不可以（如例如市 售的PU或聚苯乙烯泡沫材料那樣）采用小的力而機械變形并隨后再次恢復的泡沫材料。硬 質泡沫材料的實例尤其是PP、PMMA或高度交聯(lián)的PU泡沫。聚（甲基）丙烯酰亞胺（PMI)， 如例如由Evonik公司以品名ROHACELL?銷售的那種，是可特別強負荷的硬質泡沫材料。
[0005] 制備所述復合材料的一種公知的方法是成型覆蓋層，然后填充入泡沫原料并最終 將該泡沫原料發(fā)泡。此種方法描述在例如US 4, 933, 131中。這種方法的一個缺點是，發(fā)泡 通常非常不均勻地進行。材料例如PMI的情況尤其如此，其最好的情況下也只能作為顆粒 添加。這種方法的另一個缺點是，覆蓋層必須再次被移除以成型純的泡沫材料。在復合結 構組件的情況下，覆蓋層和泡沫芯之間的粘附對于被施加機械負荷的結構組件又經常是不 足夠的。
[0006] 在 Passaro 等人的 Polymer Composites，25 (3)，2004,第 307 頁及后續(xù)頁中描 述了一種方法，其中在壓制模具中將PP泡沫芯材料與纖維增強的塑料接合成整體，在此 泡沫芯材料借助模具按目標方式僅在表面處加熱，以便可以實現與覆蓋材料的良好粘結。 在 Grefenstein 等人的 International SAMPE Symposium and Exhibition, 35 (I, Adv. Materials 〖Challenge Next Decade)，1990,第234-44頁中描述了一種相似的用于制備具 有蜂窩狀芯材料或PMI泡沫芯的夾芯材料的方法。然而，成型用這兩種方法都是不可能的， 而僅制備片材形式的夾芯材料。
[0007] WO 02/098637描述了一種方法，其中將熱塑性覆蓋材料作為熔體形式施加到泡沫 芯材料的表面上，然后借助雙片材方法與泡沫芯成型在一起而形成復合模制品，然后將該 熱塑性材料冷卻以致所述覆蓋材料在模具中凝固。然而，使用這種方法僅可以結合有限數 目的材料。例如不可制備纖維增強的覆蓋材料。所述方法也不能用來純粹成型沒有覆蓋材 料的泡沫工件。另外，泡沫材料的選擇也限于可在低溫下彈性成型的材料。硬質泡沫在這 種方法中在泡沫材料沒有被均勻加熱的情況下在結構上被太大程度損壞。
[0008] EP 0 272 359中描述的方法非常相似。在此，首先將泡沫芯坯件切割成一定形狀 并置于模具中。然后，將熱塑性材料的熔體注射到表面上。然后提高溫度使泡沫所述芯坯 件發(fā)泡，由此引起向所述覆蓋材料的表面上擠壓。這種方法雖然可提供對所述覆蓋材料的 更好粘附。為此，具有首先成型的附加操作步驟的該方法是更昂貴且不方便的并且總體上 在可實現的形狀方面是明顯更大程度上受限。
[0009] 在1?丨口，1(11118七8如€€6,78(3)，1988，第201-5頁中描述了在壓制模具中制備具有 纖維增強的覆蓋層和PMI泡沫芯的成型的復合材料的方法。在這種方法中，在加熱的壓制 模具中將各個層接合在一起，在此通過在局部加熱的泡沫材料中的最上層壓擠在一起而進 行輕微成型。同時描述了其中可以通過在模具內部的后續(xù)發(fā)泡制備型材的方法。此種方法 的缺點在上面已經進行了論述。作為第三個變型，公開了一種方法，其中讓材料經歷彈性壓 實同時壓擠預加熱的泡沫材料。預加熱在烘箱中進行。然而，這種方法的缺點是，許多泡沫 材料要求非常高的溫度來熱彈性成型。PMI泡沫例如要求至少185°C的溫度。另外，芯材料 在整合材料區(qū)域必須被適當地加熱以避免材料斷裂。然而，在此種溫度下，尤其是因為在均 勻分布下它們僅在數分鐘的較長時間加熱的情況下才是可能的，所以許多覆蓋材料例如PP 將被損壞以致不能實施該方法。
[0010] 在 U. Breuer，Polymer Composites，1998,19 (3)，第 275-9 頁中公開了用于 PMI 泡 沫芯的得自上述Pip的第三個變型的略微改進的方法。在此，使用IR加熱燈加熱PMI泡沫 芯和纖維增強的覆蓋材料。此類IR熱輻射器（它們尤其發(fā)射3-50 μ m的波長的光（IR-C 或MIR輻射））特別好地適合用于快速地加熱基材。然而，在此（希望的）能量輸入是非常 高的，這同時引起許多覆蓋材料，例如PP的損壞。例如，在Breuer等人中也僅公開了聚酰 胺12(PA 12)作為用于覆蓋層的可能的基體材料。PA 12可容易地加熱到大于200°C而不 會損壞塑料。泡沫芯的同時成型在這種操作方法中是不可能的，因為這種IR輻射區(qū)域的熱 輻射不穿透入泡沫基體中并因此沒有獲得可熱塑性成型的狀態(tài)。

【發(fā)明內容】

[0011] 問題
[0012] 在所論述的現有技術的背景下，本發(fā)明的目的因此是提供一種新方法，借此硬質 泡沫材料可以快速和簡單地成型而沒有結構損壞和/或可以與覆蓋層，特別是熱塑性塑料 一起加工成復合材料。
[0013] 本發(fā)明的目的更尤其是提供一種方法，其中在成型操作中制備這些復合材料并且 同時表面材料的選擇是較自由的，而這種表面材料在加工期間不會經歷損壞。
[0014] 該方法另外適合于可將有或者沒有覆蓋材料的泡沫材料部分地壓實。該方法還應 適合于由有或者沒有覆蓋層的兩種或更多種泡沫材料制備中空制品。該方法另外應可改進 以致它可以與真空成型工藝結合。
[0015] 另外，不管作為目的提出的各個實施方案如何，采用該新方法應可實現明顯小于 IOmin的快速周期時間。
[0016] 這里沒有明確論述的其它目的可以在下文由現有技術、說明書、權利要求書或實 施例變得明朗。
[0017] 解決方案
[0018] 通過成型泡沫材料的新方法達到了所述目的。這種新方法特別適合成型硬質泡沫 材料，例如高度交聯(lián)聚氨酯（PU)，聚丙烯（PP)，或聚（甲基）丙烯酰亞胺，特別是聚甲基丙 烯酰亞胺（PMI)。所述方法在此包括以下步驟：
[0019] a)任選的采用覆蓋材料和在其之間的泡沫芯的復合層構造，
[0020] b)通過用具有0.78-1. 40 μ m的波長的近紅外線輻射（NIR輻射）進行輻照將所述 泡沫材料加熱，
[0021] c)用成型工具成型，
[0022] d)將最終工件冷卻和取出。
[0023] 兩種不同實施方案在這里是可能的。在第一種實施方案中，用于用NIR輻射加熱 的工具和成型工具彼此是分開的。在這種情況下該方法包括以下方法步驟：
[0024] a)任選的采用覆蓋材料和在其之間的泡沫芯的復合層構造，
[0025] bl)放入加熱場的機器側的作用區(qū)，
[0026] b2)通過用具有0. 78-1. 40 μ m的波長的近紅外線輻射（NIR輻射）進行輻照而將 所述泡沫材料加熱，
[0027] cl)將泡沫材料轉移到成型工具中，
[0028] c2)用所述工具成型，和
[0029] d)將最終工件冷卻和取出。
[0030] 在第二種實施方案中，用NIR輻射進行輻照的加熱設備是成型工具的整合構成部 分：
[0031] a)任選的采用覆蓋材料和在其之間的泡沫芯的復合層構造，
[0032] bl)放入配備有可移除加熱場的成型工具，
[0033] b2)通過用具有0. 78-1. 40 μ m的波長的近紅外線輻射（NIR輻射）進行輻照而將 所述泡沫材料加熱，
[0034] cl)從所述成型工具的操作區(qū)除去加熱器，
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