ГИБРИДНЫЕ МАТАЛЛОПЛАСТИКОВЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ ДЕТАЛИ Российский патент 2012 года по МПК C08J5/12 B29C45/14 B32B15/08 

Настоящее изобретение относится к конструкционным деталям, включающим металлический компонент и пластмассовый компонент, которые соединены друг с другом посредством связующего вещества.

Композитные металлопластиковые детали должны сочетать в себе положительные качества соответствующих металлических и пластмассовых конструкций. В настоящем описании детали, включающие два различных компонента - металлический и пластмассовый, называют «гибридными» деталями. Тем не менее, свойства и рабочие характеристики металлов и пластических масс сильно различаются, и, таким образом, получение долговременного и способного выдерживать нагрузку соединения между такими деталями не является простой задачей.

В DE 3839855 С2 описана композитная деталь, включающая армирующие ребра, изготовленные из пластмассы, которые инжектированы в основной корпус, изготовленный из металла. Основной металлический корпус включает отверстия, в которые инжектируют пластмассовые детали. Это означает, что создается положительное соединение, в котором пластмассовые детали как бы зафиксированы в металле. В альтернативном случае, как известно, для получения положительного соединения осуществляют соответствующее развальцованное сцепление металлического компонента. Указанные типы положительного соединения не пригодны для изготовления деталей, работающих под нагрузкой, поскольку не обеспечивают необходимую прочность получаемой конструкции. Кроме того, такие детали могут подвергаться коррозии под действием влаги, просачивающейся в результате действия капиллярных сил между металлическим компонентом и пластмассовым компонентом.

Одним из известных способов соединения металлического компонента, покрытого адгезивным лаком, с пластмассовым компонентом является способ непрерывной совместной экструзии (со-экструзии). Металлический компонент, который в этом случае представляет собой фольгу, подвергают предварительному нагреванию, в результате которого слой связующего вещества активируется и во время экструзии способствует образованию соединения между металлическим компонентом и нанесенным пластмассовым компонентом. Активация связующего вещества требует нагревания компонента до температуры, превышающей определенную температуру, зависящую от природы соответствующего применяемого связующего вещества. Если эта температура не достигается, то соединение, образуемое между двумя компонентами композитной детали, оказывается непрочным. Поскольку металлы являются хорошими проводниками тепла, в ряде случаев достижение достаточной температуры оказывается затруднительным, в частности в случае применения крупных и объемных деталей.

В заявке WO 2005/032793 указанный способ был усовершенствован введением связующего вещества, которое может быть активировано при последующем нагревании, т.е. сначала изготавливают композитную деталь инжектированием (формованием под давлением) пластмассового компонента на металлический компонент, а затем металлический компонент вновь нагревают для активации слоя связующего вещества. Таким способом соединяют материал металлического компонента с материалом пластмассового компонента.

Способ, предлагаемый в заявке WO 2005/032793, приводит к получению стабильного соединения между металлом и пластмассой, которое достаточно прочно для скрепления компонентов, не подвергающихся воздействию серьезных механических нагрузок, например для изготовления чисто декоративных изделий. Композитные детали также могут быть применены в качестве изделий, которые подвергаются определенной механической нагрузке, но при этом возможное разрушение таких изделий не приводит к трагическим последствиям.

Тем не менее, в случае конструкционных деталей, в частности несущих элементов, движущихся деталей и/или значимых для безопасности деталей транспортного средства, оборудования или любого другого устройства, прочность и надежность соединения металла и пластмассы должны отвечать определенным требованиям, которым не соответствуют детали, изготовленные при помощи способов, применяемых на существующем уровне техники.

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в обеспечении конструкционных деталей, включающих металлический компонент и пластмассовый компонент, которые соединены друг с другом посредством прочного соединения, способного выдерживать нагрузку.

В частности, задача настоящего изобретения заключается в обеспечении конструкционных деталей, которые способны выдерживать динамическую и статическую нагрузку.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в обеспечении конструкционных деталей, обладающих высокой прочностью на изгиб и крутильной жесткостью.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в обеспечении конструкционных деталей, которые могут быть применены в коррозионных средах.

Настоящее изобретение относится к конструкционной детали, включающей металлический компонент, пластмассовый компонент и связующую систему, соединяющую металлический компонент и пластмассовый компонент; при этом связующая система состоит из пластмассового связующего вещества или из пластмассового связующего вещества в сочетании с грунтовкой, при этом пластмассовое связующее вещество представляет собой полиэфир, полиуретан или эпоксид, модифицированный диеном и/или полиеном.

Конструкционная деталь, предлагаемая согласно настоящему изобретению, может быть получена в соответствии со способом, включающим следующие операции:

а) обеспечение металлического компонента, причем на одну из сторон или на обе стороны указанного металлического компонента нанесено покрытие из предварительно отвержденной связующей системы, т.е. связующей системы, подвергнутой предварительной операции образования поперечных сшивок;

б) размещение металлического компонента, на который нанесено покрытие из предварительно отвержденной связующей системы, в пресс-форму для заливки под давлением таким образом, что слой предварительно отвержденного связующего вещества обращен поверхностью к свободному объему пресс-формы;

в) формование под давлением пластмассового компонента на металлическом компоненте, во время которого происходит дальнейшее отверждение связующей системы; при этом связующая система состоит из пластмассового связующего вещества или из пластмассового связующего вещества в сочетании с грунтовкой, при этом пластмассовое связующее вещество представляет собой полиэфир, полиуретан или эпоксид, модифицированный диеном и/или полиеном.

В соответствии с настоящим описанием термин «один» следует понимать как «по меньшей мере один».

Отличительным признаком настоящего изобретения является связующая система. Она представляет собой термореактивную (способную образовывать поперечные сшивки) систему, отверждаемую в два этапа, которая благодаря своему составу, в частности модификации диенами и/или полиенами, может быть оптимально адаптирована к конкретной пластмассе, применяемой для литья под давлением. Это позволяет обеспечивать ранее недоступную прочность соединения между металлическим и пластмассовым материалом.

В качестве металлического компонента может быть применен практически любой металл, в частности металлы, обычно применяемые в данной области техники для изготовления конструкционных деталей, например различные марки стали с разной прочностью, высококачественная сталь, олово, легкие металлы, например алюминий и магний и т.д., или сплавы металлов, например, с углеродом, хромом, никелем и молибденом. Предпочтительно используют сталь, не содержащую покрытий или смазочных материалов.

Металлический компонент обычно применяют в виде листового металла или листового металла, выполненного в виде формованных деталей.

Предпочтительные материалы, применяемые для изготовления пластмассового компонента, выбирают в зависимости от температурного диапазона предполагаемого применения и в зависимости от требований к механическим свойствам. Применение пластмассовых материалов, армированных волокном, например армированных стекловолокном или армированных углеродным волокном, гарантирует особо высокую прочность изделия. Также для изготовления деталей могут быть использованы полимерные материалы с низкой поверхностной энергией, например ПЭ, ПП и ПА.

В качестве пластмассовых материалов могут быть использованы гомополимеры, например гомополимеры ПЭ, ПП или ПА, полиамин, полистирол, полиэфирсульфон (ПЭС), полиэтиленимин (ПЭИ), полиэфиркетон (ПЭК) или полиэфирэфиркетон (ПЭЭК).

Пластмассовые материалы могут быть армированы волокном и/или наполнителями и/или в них могут быть добавлены другие добавки, например красители, огнезащитные составы или усилители текучести.

Если пластмассовый материал армирован волокном, то содержание волокна может достигать 60 мас.%.

Типичные пластмассовые материалы, применяемые для формования под давлением, включают: полипропилен (ПП), например ПП ДСВ 30, полиамид (ПА), например ПА 6 СВ и ПА 6.6 СВ, смеси полиамида-полифениленоксида (смеси ПА-ПФО), смеси полиамида-полистирола (синдиотактические) (смеси ПА-сПС), смеси сополимеров полиамида-акрилонитрила-бутадиена-стирола (смеси ПА-АБС), полифталамид (ПФА), полифениленсульфид (ПФС) и полисульфон (ПСУ).

В предпочтительном примере реализации пластмассовый материал, применяемый для формования под давлением, представляет собой ПА 6 СВ или ПА 6.6 СВ, в котором содержание волокна в каждом случае составляет 30 мас.%.

В вышеуказанных обозначениях СВ означает стекловолокно, ДСВ означает длинное стекловолокно, а цифра после ДСВ означает массовое процентное содержание длинного стекловолокна в пластмассе.

Длинное стекловолокно используют из-за его размерного отношения (отношение длины к высоте). Это волокно улучшает ударную вязкость и стабильность размеров (безусадочность) при нагревании у пластмасс, например у полипропилена. В настоящее время даже пластмассовые материалы, армированные коротким стекловолокном (СВ), могут проявлять хорошую стабильность размеров при нагревании и степень усадки; пластмассы, армированные длинным стекловолокном, могут проявлять еще более высокие термические и механические показатели. Такие показатели ПП ДСВ, как прочность и жесткость, превосходят соответствующие показатели полипропиленовых соединений, в которых в качестве наполнителей используют СВ (короткое стекловолокно), на 30%, а их ударная вязкость превосходит соответствующее значение для СВ полипропиленов почти на 300%.

В диапазоне температур +100°С, т.е. для конструкционных деталей, несущих лишь небольшую термическую нагрузку, может быть использован, например, ПП ДСВ 30, т.е. полипропилен, содержащий 30 мас.% длинного стекловолокна.

В диапазоне температур от -40°С до +120°С или +140°С, т.е. для конструкционных деталей, несущих более значительную термическую нагрузку, в зависимости от требований к механической прочности применяют высококачественные пластмассы, например полиамид, например ПА 6 СВ или ПА 6.6 СВ. Полиамиды (ПА) типа аминокислот получают из одного мономера путем поликонденсации или полимеризации (ε-лактам), а полиамиды типа диамин-дикарбоновой кислоты получают из двух мономеров путем поликонденсации. Полиамиды, получаемые из неразветвленных алифатических мономеров, обозначают в соответствии с количеством атомов углерода, т.е. ПА 6 приготовлен из аминогексановой кислоты (или ε-капролактама), а ПА 6.6 приготовлен из гексаметилендиамина и адипиновой кислоты.

В качестве альтернативы ПА 6 СВ и ПА 6.6 СВ могут быть использованы смеси ПА-ПФО и смеси ПА-сПС, в которых ПФО означает полифениленоксид, а сПС означает синдиотактический полистирол.

В диапазоне температур от -40°С до более, чем +140°С, т.е. для конструкционных деталей, несущих значительную термическую нагрузку, в зависимости от требований к механической прочности и химической стойкости применяют конструкционные пластмассы с улучшенными рабочими характеристиками, например ПФА, ПФС. ПФА означает полифталамид, а ПФС означает полифениленсульфид. В общем случае, в качестве альтернативы могут быть использованы частично ароматические полиамиды и ПСУ. ПСУ означает полисульфон (поли[окси-1,4-фенилен-сульфонил-1,4-фенилен-окси-(4,4'-изопропилидендифенилен)]).

Благодаря своей легкости, прочности и безопасному соединению конструкционные детали, предлагаемые согласно настоящему изобретению, особенно пригодны для изготовления деталей корпусов транспортных средств. Соединенные неразъемным соединением детали корпуса транспортного средства должны выдерживать температуру в диапазоне от -40°С до +120°С. При изготовлении транспортного средства указанные компоненты должны проходить все стадии окраски, но при этом функционирование, геометрия, поверхность и другие параметры деталей должны оставаться неизменными. Указанные операции проводят при следующих условиях: при каталитическом нанесении покрытия способом погружения детали обычно выдерживают при 200°С в течение 20 минут; для нанесения наполнителя детали выдерживают при 160°С в течение 30 минут и для нанесения лакового покрытия детали выдерживают при 150°С в течение 30 минут. Соответственно, необходимо применять пластмассовый материал, например полиамид, такой как ПА 6 СВ, ПА 6.6 СВ.

Детали, присоединяемые к основному корпусу разъемным способом, не обязательно должны соответствовать требованиям каталитического нанесения покрытия способом погружения. Указанные детали присоединяют к корпусу позже. Для изготовления таких деталей из пластмассы подходит, например, ПП ДСВ.

Кроме того, пластмассы должны соответствовать требованиям механической прочности, в особенности параметрам изгиба и кручения, а также другим требованиям, например химической стойкости, электрической проводимости, отсутствию запаха и т.д.

Связующая система представляет собой систему, отверждаемую в два этапа, т.е. связующую систему, которую полностью отверждают при проведении двух последовательных операций. Образование поперечных сшивок проводят при помощи термической активации. Связующая система включает «собственно» связующее вещество, которое представляет собой пластмассовое связующее вещество, которое может быть использовано как в отдельности, так и в сочетании с грунтовкой, которую используют для усиления активации поверхности металла. Связующую систему наносят на листовой материал или металлический компонент и подвергают частичному образованию поперечных сшивок на первом этапе с образованием сухой поверхности, достаточно устойчивой от повреждений при проведении дальнейших операций. Во время или после проведения операции нанесения пластмассы литьем под давлением проводят окончательную сшивку связующей системы с формированием готового изделия. Полная сшивка связующей системы может быть проведена, например, при проведении последующей операции отверждения или во время проведения операции каталитического нанесения покрытия способом погружения. Каталитическое нанесение покрытия способом погружения, которое проводят при температуре от 165 до 215°С, предпочтительно от 190 до 200°С, повышает прочность и температуру стеклования Тg связующей системы.

Связующая система должна, с одной стороны, связываться с металлическим материалом, а с другой стороны, с пластмассовым материалом. Соответственно, состав материала системы выбирают в зависимости от природы металлического компонента и пластмассового компонента конструкционной детали, в частности в зависимости от природы пластмассового компонента.

Если связующая система включает грунтовку, то применяют традиционные типы грунтовок, известные в данной области техники. Грунтовка включает металлофильные группы, которые обеспечивают соединение материала с металлом, а также органические группы, способные связываться с пластмассой или материалом основы пластмассы, например с матрицей связующего вещества. Грунтовки представляют собой органические соединения, содержащие гидроксильные, тиольные, аминогруппы или карбоксильные группы, способные связываться с металлом. Кроме того, для этой цели могут быть использованы соли металлов и, более предпочтительно, металлорганические соединения, например функционализированные циклопентадиенилы железа. Функциональные группы грунтовки связываются с металлом, в то время как органическая часть молекулы соединяется с пластмассовым связующим агентом.

В альтернативном случае или в дополнение к указанным выше грунтовкам могут быть использованы алкоксисиланы с органическими функциональными фрагментами, например 3-(триметоксисилил)-1-пропанамин, 3-(триметоксисилил)-пропилметакрилат, N-1-[3-(триметоксисилил)пропил]-1,2-этандиамины, 3-(триэтоксисилил)-пропаннитриль), 3-глицидилоксипропилтриметоксисилан и т.д. Их наносят на поверхность металла в разбавленном состоянии, например в виде спиртового или водного раствора концентрацией от 1 до 10%; упомянутые соединения, в частности, отличаются тем, что обеспечивают особенно прочное соединение между компонентами. Алкоксильная группа силана связывается с поверхностью металла, а дополнительные функциональные группы органической части молекулы связываются с матрицей пластмассового связующего вещества.

Кроме того, могут быть использованы смеси силанов с преполимерами, например карбаматами. Подходящие соотношения компонентов в смеси (массовые отношения) силан:преполимер составляют от 1:50 до 1:1.

Неограничивающие примеры составов грунтовок могут быть следующими: от 3 до 8 мас.% 3-глицидоксипропил-метилдиметоксисилана или 1-[3-(триметоксисилил)пропил]уретана или 3-(триметоксисилил)пропилметакрилата плюс от 2 до 5 мас.% N-(2-аминоэтил)-3-(триметоксисилил)пропиламина, или 3-(триметоксисилил)пропиламина, или 3-(триметоксисилил)-1-пропантиола в спирте или в смеси спиртов, в которой предпочтительными являются этанол, метанол и изопропиловый спирт. Также подходит раствор гидрохлорида N-[3-(триметоксисилил)пропил]-N'-(4-винилбензил)этилендиамина концентрацией от 5 до 15 мас.%, например, в метаноле.

«Собственно» связующий агент, представляющий собой пластмассовое связующее вещество, наносят на грунтовку, так что, с одной стороны, он связывается с грунтовкой, а с другой стороны, обеспечивает соединение материала с пластмассой. В альтернативном случае грунтовка и пластмассовое связующее вещество могут быть смешаны. После отверждения «собственно» связующее вещество представляет собой пластмассовый материал. Обычно оно также включает металлофильные группы или содержит компоненты, включающие металлофильные группы, и таким образом может быть нанесено и без грунтовки, при этом соединение материала с металлом будет обеспечено пластмассовым связующим веществом. При этом пластмассовое связующее вещество наносят непосредственно на металл.

Пластмассовое связующее вещество, которое обеспечивает соединение материала с пластмассой и соединение с грунтовкой и/или поверхностью металла, предпочтительно представляет собой сложный полиэфир, полиуретан или эпоксид; особенно предпочтительной является эпоксидная смола, приготовленная на основе бисфенола А, и/или бисфенола В, и/или бисфенола С, и/или бисфенола F, и/или системы новолака.

Бисфенол А представляет собой 2,2-бис-(4-гидроксифенил)-пропан, бисфенол В представляет собой 2,2-бис-(4-гидроксифенил)-бутан, бисфенол С представляет собой 1,1-бис-(4-гидроксифенил)-циклогексан, и бисфенол F представляет собой 2,2-метилендифенол. Особенно предпочтительными являются бисфенол А и бисфенол В. Если их применяют в виде смеси, то массовое отношение бисфенол А:бисфенол В предпочтительно находится в диапазоне от 1:1 до 1:10.

Связующую систему можно адаптировать к соответствующей пластмассе, присоединяемой к металлу, путем модификации связующей системы диенами, в частности 1,3-диенами, или модификацией системы полиенами, например природным каучуком или синтетическим каучуком; при этом диены и/или полиены могут быть ковалентно связаны со смолой (полимеризованы в матрицу связующего вещества) и/или физически введены (добавлены) в матрицу связующего вещества. Доля диена и/или доля полнена в связующей системе предпочтительно составляет от 1 до 30 мас.%, особенно предпочтительно, от 3 до 10 мас.%.

Модифицированные эластомерами адгезивные связующие вещества на основе эпоксидов включают, например, вещества, получаемые полимеризацией в 1,3-бутадиене (ковалентная связь) или добавлением каучука (физическое введение добавлением).

Пластмассовое связующее вещество предпочтительно является единственным связующим веществом. В эпоксидных системах эпоксидная группа может быть, например, применена для активации металла и присоединения материала к металлу.

Другой способ адаптации связующей системы к соответствующей пластмассе, присоединяемой к металлу, может включать добавление алкил- и/или арилмодифицированных силанов, отвечающих общей формуле HO-Si(R)(R')(R"), в которой группы R, R' и R" могут быть одинаковыми или частично или по-разному модифицированными алкильными и/или арильными группами, причем алкильные и/или арильные группы содержат функциональные группы, например СООН, ОН, NH₂. Силаны обеспечивают образование поперечных сшивок (за счет функциональных органических групп) и соединение с металлом (за счет гидроксильной группы у кремния). Тем не менее, присутствие силанов не является абсолютной необходимостью, поскольку присоединение к металлу также может быть обеспечено функциональными группами пластмассового связующего вещества.

При соединении материалов согласно настоящему изобретению отсутствует капиллярное действие (т.е. проникновение влаги между пластмассовым материалом и металлическим материалом) благодаря наличию сплошного склеивания пластмассового материала и металлического материала посредством связующей системы. Это позволяет заливать открытые, т.е. незащищенные поверхности раздела и другие незащищенные металлические поверхности слоем пластмассового материала. Поскольку с обеих сторон детали обеспечивается сплошное склеивание, отсутствует проникание влаги к незащищенным поверхностям за исключением диффузии, что обеспечивает достаточное сопротивление коррозии. Разумеется, само связующее вещество является устойчивым как по отношению к коррозии, так и по отношению к гидролизу.

Связующее вещество может также обеспечивать защиту от коррозии, в частности, если применяют систему, приготовленную на основе пластмассового материала, например эпоксидную систему, систему на основе сложного полиэфира или полиуретана. При таком выборе связующего вещества в готовом изделии отвержденное связующее вещество образует на поверхности металлического материала антикоррозионный слой в тех местах, на которые не было нанесено покрытие из пластмассового материала. Таким образом, связующую систему важно наносить сплошным слоем.

При необходимости, связующее вещество может быть пригодно для каталитического нанесения способом погружения (КНП). Для этого оно должно обладать достаточной термической стабильностью и электрической проводимостью.

Электропроводящее связующее вещество получают добавлением электропроводящих ингредиентов. Подходящие электропроводящие ингредиенты, включаемые в органические основы, включают, например, углеродную сажу и графит, а в неорганические основы - металлические порошки, например цинковую пыль.

В некоторых примерах реализации связующее вещество должно быть пригодным для сварки, т.е. металлические детали с нанесенным на них связующим веществом должны быть пригодными для сваривания.

Необходимыми условиями для этого должны быть, с одной стороны, электрическая проводимость, а с другой стороны, термическая стабильность. Кроме того, вещество должно быть негорючим. Термическую стабильность предпочтительно обеспечивают применением эпоксидных систем с высокой плотностью поперечных сшивок, приготовленных на основе бисфенола А и/или бисфенола В.

Негорючесть обеспечивается введением галогенированных бисфенолов. Например, связующее вещество может быть приготовлено на основе 2,2-бис-(3,5-дибром-4-гидроксифенил)-пропана и/или тетрабромбисфенола А или дополнительно содержать указанные бисфенолы. В альтернативном случае или в дополнение к связующему веществу могут быть добавлены огнезащитные агенты (галогенированные или не содержащие галогенов).

В частности, при нанесении связующего вещества способом рулонного покрытия необходимо, чтобы после выполнения первой операции частичного образования поперечных сшивок полученное связующее вещество обладало достаточной эластичностью или формуемостью таким образом, чтобы связующее вещество полностью покрывало металлический материал после формования даже на участках с большой кривизной. Эластичность связующего вещества может быть повышена, например, путем связывания эластомера (1,3-бутадиена) со связующим веществом или добавлением в связующее вещество каучука.

Для усиления сцепления материала с металлом, усиления защиты от коррозии, электрической проводимости, термической стабильности, негорючести и эластичности к веществу могут быть добавлены вышеуказанные материалы как по отдельности, так и в сочетании в зависимости от того, какое свойство следует получить.

Кроме того, в качестве добавок могут быть использованы красители.

В одном из предпочтительных примеров реализации настоящего изобретения при проведении первой операции отверждения происходят реакции эпоксидных смол, добавок, повышающих ударную прочность, и аминов, используемых в качестве отвердителей, предпочтительно быстрореагирующих аминов, что позволяет регулировать адгезионную прочность пленки (операция В).

Предпочтительно, окончательное отверждение проводят при повышенной температуре на второй операции отверждения. Для проведения этой операции предпочтительно используют отвердитель замедленного действия. При необходимости скорость отверждения указанного отвердителя замедленного действия можно регулировать добавлением ускорителей.

Ниже указаны предпочтительно примеры реализации эпоксидной смолы, добавок, повышающих ударную прочность, отвердителя, отвердителя замедленного действия и других дополнительных ингредиентов связующего вещества.

Эпоксидная смола

Содержание эпоксидной смолы в связующем веществе предпочтительно составляет от 20 до 80 мас.%, более предпочтительно от 50 до 70 мас.%.

По существу, для изготовления связующего вещества, предлагаемого согласно настоящему изобретению, могут быть использованы любые эпоксидные смолы, известные в области техники эпоксидных смол. Также может быть использована смесь эпоксидных смол.

Примеры эпоксидных смол включают:

I) Сложный полиглицидиловый и поли(ss-метилглицидиловый) эфир, получаемый по реакции соединения, в молекуле которого содержатся по меньшей мере две карбоксильные группы, с эпихлоргидрином и ss-метилэпихлоргидрином. Реакцию удобно проводить в присутствии оснований.

В качестве соединений, в молекуле которых содержатся, по меньшей мере, две карбоксильные группы, могут быть использованы алифатические поликарбоновые кислоты. Примеры таких поликарбоновых кислот включают щавелевую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, пимелиновую кислоту, пробковую кислоту, азелаиновую кислоту или димеризованную или тримеризованную линолевую кислоту.

Кроме того, могут быть использованы и циклоалифатические поликарбоновые кислоты, например тетрагидрофталевая кислота, 4-метилтетрагидрофталевая кислота, гексагидрофталевая кислота или 4-метилгексагидрофталевая кислота.

Кроме того, могут быть использованы и ароматические поликарбоновые кислоты, например фталевая кислота, изофталевая кислота или терефталевая кислота.

II) Простой полиглицидиловый или поли(Р-метилглицидиловый) эфир, получаемый по реакции соединения, содержащего по меньшей мере две свободные спиртовые гидроксильные группы и/или фенольные гидроксильные группы с эпихлоргидрином или п-метилэпихлоргидрином в щелочных условиях или в присутствии кислотного катализатора с последующей щелочной обработкой.

Простые глицидиловые эфиры указанного типа получают, например, из ациклических спиртов, например из этиленгликоля, диэтиленгликоля или высших поли(оксиэтилен)гликолей, пропан-1,2-диола или поли(оксипропилен)гликолей, пропан-1,3-диола, бутан-1,4-диола, поли(окситетраметилен)гликолей, пентан-1,5-диола, гексан-1,6-диола, гексан-2,4,6-триола, глицерина, 1,1,1-триметилолпропана, пентаэритрита или сорбита и из полиэпихлоргидринов.

Другие простые глицидиловые эфиры указанного типа получают из циклоалифатических спиртов, например из 1,4-циклогександиметанола, бис(4-гидроксициклогексил)метана или 2,2-бис(4-гидроксициклогексил)пропана, или из спиртов, содержащих ароматические группы и/или другие функциональные группы, например из N,N-бис(2-гидроксиэтил)анилина или п,п'-бис(2-гидроксиэтиламино)-дифенилметана.

Простые глицидиловые эфиры также могут быть получены на основе одноядерных фенолов, например резорцина или гидрохинона, или многоядерных фенолов, например бис(4-гидроксифенил)метана, 4,4'-дигидроксибифенила, бис(4-гидроксифенил)сульфона, 1,1,2,2-тетракис(4-гидроксифенил)этана, 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропана или 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана.

Другие гидроксисоединения, пригодные для приготовления простые глицидиловых эфиров, представляют собой новолаки, получаемые при конденсации альдегидов, например формальдегида, ацетальдегида, хлораля или фурфуральдегида, с фенолами или бисфенолами, как содержащими, так и не содержащими атомы хлора и другие замещающие группы, например с фенолом, 4-хлорфенолом, 2-метилфенилом или 4-трет-бутилфенолом.

III) Производные поли(N-глицидила), получаемые по реакции дегидрохлорирования продуктов реакции эпихлоргидрина с аминами, которые содержат по меньшей мере два атома водорода у аминного атома азота. Такие амины включают, например, анилин, N-бутиламин, бис(4-аминофенил)метан, м-ксилилендиамин или бис(4-метиламинофенил)метан.

Производные поли(N-глицидила) также включают триглицидилизоцианурат, N,N'-диглицидилпроизводные циклоалкиленмочевин, например этиленмочевину или 1,3-пропиленмочевину, и диглицидилпроизводные гидантоинов, например 5,5-диметилгидантоин.

IV) Производные поли(3-глицидила), например ди-3-глицидилпроизводные, получаемые из дитиолов, такие как, например, этан-1,2-дитиол или простой бис(4-меркаптометилфениловый) эфир.

V) Циклоалифатические эпоксидные смолы, например простой бис(2,3-эпоксициклопентиловый) эфир, простой 2-эпоксициклопентилглицидиловый эфир, 1,2-бис(2,3-эпоксициклопентилокси)этан или 3,4-эпоксициклогексилметил-3',4'-эпоксициклогексанкарбоксилат.

Тем не менее, также возможно использование эпоксидных смол, в которых 1,2-эпоксигруппы связаны с различными гетероатомами или функциональными группами; такие соединения включают, например, N,N,О-триглицидилпроизводные 4-аминофенола, простые глицидиловые эфиры - сложные глицидиловые эфиры салициловой кислоты, N-глицидил-N'-(2-глицидилоксипропил)-5,5-диметилгидантоин или 2-глицидилокси-1,3-бис(5,5-диметил-1-глицидилгидантоин-3-ил)пропан.

Предпочтительно используют простой диглицидиловый эфир бисфенола или эпоксиноволак.

Особенно предпочтительными являются простой диглицидиловый эфир бисфенола А или эпоксикрезоловые новолаки.

Добавки, повышающие ударную прочность

Добавки, повышающие ударную прочность, описаны в следующих патентных заявках: EP 0308664, EP 0338985, EP 0353190, EP 0358603, ЕР 0365479 или ЕР 0381625.

В качестве добавок, повышающих ударную прочность, предпочтительно используют сополимер диена и/или полиуретан, включающий концевую фенольную группу, и/или полимочевину или сочетание указанных соединений. В другом предпочтительном примере реализации в качестве добавок, повышающих ударную прочность, используют бутадиенакрилонитрил, включающий концевую аминогруппу или карбоксильную группу.

Отвердитель

Содержание отвердителя в связующем веществе предпочтительно составляет от 1 до 15 мас.%, более предпочтительно, от 2 до 4 мас.%.

Отвердители эпоксидных смол, дополнительно используемые в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно представляют собой быстрореагирующие амины, например алифатические, циклоалифатические, аралифатические или ароматические амины, возможно, аминоамиды, содержащие имидазолиновые группы, и их аддукты с производными глицидила, которые в среднем содержат более двух реакционно-способных атомов водорода на амином атоме азота в одной молекуле. Указанные соединения хорошо известны в данной области техники и описаны, например, в публикации Lee & Neville, "Handbook of Epoxy Resins", MC Graw Hill Book Company, 1987, Chapters 6-1 to 10-19.

Особенно предпочтительным является использование полиэфираминов.

Отвердители замедленного действия

Содержание отвердителя замедленного действия в связующем веществе предпочтительно составляет от 1 до 15 мас.%, более предпочтительно, от 5 до 11 мас.%.

В общем случае, в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано любое соединение, которое, как известно, применяют в качестве отвердителя замедленного действия и которое отвечает требованиям настоящего изобретения, т.е. любое соединение, инертное по отношению к эпоксидной смоле при температуре ниже рестриктивной температуры, равной 70°С (измеренной при помощи дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC = differential scanning calorimetry) при скорости нагревания, равной 10°С/мин), и которое, тем не менее, быстро вступает в реакцию образования поперечных сшивок при температуре, превышающей рестриктивную температуру. Рестриктивная температура отвердителя замедленного действия, применяемого согласно настоящему изобретению, предпочтительно составляет, по меньшей мере, 85°С, в частности, по меньшей мере, 100°С.

Примеры подходящих отвердителей замедленного действия включают дициандиамид, цианогуанидины, например соединения, описанные в патентах US 4859761 или ЕР-А-306451, ароматические амины, например 4,4'- или 3,3'-диаминодифенилсульфоны, или гуанидины, например 1-O-толилбигуанид, или модифицированные полиамины, например Ancamine@ 2014 S (Anchor Chemical UK Limited, Manchester).

Другие примеры подходящих отвердителей замедленного действия включают N-ацилимидазолы, например 1-(2',4',6'-триметилбензоил)-2-фенилимидазол или 1-бензоил-2-изопропилимидазол.

Подобные соединения описаны, например, в патентах США US 4436892, US 4587311 или Японском патенте 743212.

Другие подходящие отвердители представляют собой комплексы солей металлов с имидазолами, например, описанными в патентах США US 3678007 или US 3677978, гидразиды карбоновых кислот, например дигидразид адипиновой кислоты, гидразид изофталевой кислоты или гидразид антраниловой кислоты, производные триазина, например 2-фенил-4,6-диамино-s-триазин(бензгуанамин) или 2-лаурил-4,6-диамино-s-триазин(лаурогуанамин), а также меламин и его производные. Последние из названных соединений описаны, например, в патенте США US 3030247.

Другие подходящие отвердители замедленного действия включают производные цианоацетила, описанные, например, в патенте США 4283520, например неопентилгликольбисцианоацетат, N-изобутилцианоацетамиды, 1,6-гексанметиленбисцианоацетат или 1,4-циклогександиметанолбисцианоацетат.

Другие подходящие отвердители замедленного действия включают производные N-цианоациламидов, например N,N'-дицианадипамид. Подобные соединения описаны, например, в патентах США US 4529821, US 4550203 и US 4618712.

Другие подходящие отвердители замедленного действия включают ацилтиопропилфенолы и производные мочевины, описанные в патенте США US 3386955, например толуол-2,4-бис(N,N-диметилкарбамид).

Другие подходящие отвердители замедленного действия также включают имидазолы, например имидазол, 2-этилимидазол, 2-фенилимидазол, 1-метилимидазол, 1-цианоэтил-2-этил-4-метилимидазол или 2-этил-4-метилимидазол.

Другие подходящие отвердители замедленного действия также включают третичные амины, например бензилдиметиламин или 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол.

Предпочтительные отвердители замедленного действия включают диаминодифенилсульфон, дициандиамид, фенилимидазол и 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол.

Особенно предпочтительным является использование дициандиамида.

Ускорители отвердителей замедленного действия

Возможно использование ускорителя, содержание которого в связующем веществе составляет от 0 до 8 мас.%, более предпочтительно, от 2 до 4 мас.%.

Целесообразно, если смеси, предлагаемые согласно настоящему изобретению, также содержат ускорители реакции образования поперечных сшивок, протекающих под действием отвердителя замедленного действия. Подходящие ускорители включают, например, производные мочевины, например N,N-диметил-N'-(3-хлор-4-метилфенил)мочевину (хлортолурон), N,N-диметил-N'-(4-хлорфенил)мочевину (монурон) или N,N-диметил-N'-(3,4-дихлорфенил)мочевину (диурон), 2,4-бис(N',N'-диметилуреидо)толуол или 1,4-бис(N',N'-диметилуреидо)бензол. Применение указанных соединений описано, например, в вышеупомянутом патенте US 4283520. Подходящие ускорители также включают, например, производные мочевины, описанные в заявке GB 1192790.

Другие подходящие ускорители включают имидазолы, например имидазол, 2-этилимидазол, 2-фенилимидазол, 1-метилимидазол, 1-цианоэтил-2-этил-4-метилимидазол или 2-этил-4-метилимидазол.

Другие подходящие ускорители также включают третичные амины, их соли или четвертичные соединения аммония, например бензилдиметиламин, 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол, 4-аминопиридин, фенолят трипентиламмония, хлорид тетраметиламмония или бромид или хлорид бензилтрибутиламмония; или алкоголяты щелочных металлов, например алкоголяты натрия и 2,4-дигидрокси-3-гидроксиметилпентана.

Другие подходящие ускорители включают твердые растворы азотсодержащего основания и фенольных/альдегидных смол, описанные в заявке ЕР-А-200678, и основания Манниха полимерных фенолов, описанные в заявке ЕР-А-351365.

Предпочтительные ускорители представляют собой хлортолурон, имидазолы и производные мочевины.

Особенно предпочтительным ускорителем является хлортолурон.

Термопластический порошок

Возможно использование термопластического порошка, содержание которого в связующем веществе составляет от 0 до 7 мас.%, предпочтительно от 0,5 до 3 мас.% и более предпочтительно от 1 до 2 мас.%.

Так, в качестве ингредиента связующего вещества, в качестве наполнителя и/или модификатора ударной вязкости может быть использован термопластический порошок, предпочтительно аморфный термопластический порошок, температура плавления которого ниже температуры плавления инжектируемого пластикового компонента. В качестве термопластического порошка могут быть использованы гомополимеры и/или сополимеры, включающие полипропилены, полиамиды, сплавы полиамидов, полиэтилены (высокой или низкой плотности) (ПЭ), полифениленоксид, ПБТ или ПС. Предпочтительно используют полиэтилен низкой плотности. Средний размер частиц d50 порошка не должен превышать 50 мкм и предпочтительно не превышает 30 мкм.

Растворитель

Возможно использование растворителя, содержание которого в связующем веществе составляет от 0 до 66 мас.%, более предпочтительно от 40 до 60 мас.%.

В качестве растворителя могут быть использованы полярные или неполярные растворители. В частности, могут быть использованы растворители, содержащие группу OR, в которой R представляет собой Н, алкил или арил, или растворители, включающие группу N(R₁)(R₂), в которой R₁=Н, R₂=Н; R₁=Н, R₂=алкил; R₁=Н, R₂=арил; R₁=R₂=алкил и/или R₁=R₂=арил. Алкил в R, R₁ и R₂ содержит от 1 до 12 атомов углерода, предпочтительно от 1 до 6 атомов углерода. Растворитель предпочтительно представляет собой реакционно-способный растворитель, и он улучшает присоединение к металлическому субстрату.

Кроме того, связующее вещество может содержать галогенированные или не содержащие галогенов огнезащитные добавки. Кроме того, в связующее вещество могут быть добавлены окрашивающие вещества.

Предпочтительно составы связующих веществ указаны ниже в Таблице. Связующее вещество, предлагаемое согласно настоящему изобретению, может содержать один или несколько ингредиентов, перечисленных в Таблице в указанных концентрациях. Особенно предпочтительно, если связующее вещество содержит все перечисленные ингредиенты в указанных концентрациях.

  Предпочтительные составы связующего вещества Состав связующего вещества Концентрация   Предпочтительная Особенно предпочтительная Эпоксид (например, бисфенол А, бисфенол F, система новолака или их сочетание) 20-80%   Отвердитель 1-15% 2-4% Диглицидиловый эфир бутандиола 2-15%   Сополимеры диена, и/или полиуретана на основе фенола, и/или полимочевины или их сочетание 5-40% 7-15% Бутадиенакрилонитрил, содержащий концевую аминогруппу 1-15% 4-8% Бутадиенакрилонитрил, содержащий концевую карбоксильную группу 1-15% 4-8% Дициандиамид 1-15% 5-11% Хлортолурон 0-8% 2-4% Термопластический порошок 0-7% 0,5-3% Растворитель (полярный или неполярный) 0-66%   Огнезащитный состав (галогенированный и/или не содержащий галогенов) 0-30%   Окрашивающее вещество 0-3%  

Соединение металла и пластмассы, применяемое для изготовления металлопластиковых конструкционных деталей, выполняют нанесением пластмассы литьем под давлением на металлический компонент, на который нанесено покрытие из предварительно сшитого связующего вещества.

Покрытие из связующей системы может быть нанесено на металлический компонент до или после придания металлическому компоненту формы. Обычно формование металлического компонента производят штамповкой и глубоким вытягиванием металлических листов. Возможные способы нанесения покрытий включают так называемое нанесение способом «рулонного покрытия» (нанесение покрытия до формования), окрашивание распылением, нанесение покрытия погружением, нанесение покрытия напылением порошковых материалов (нанесение покрытия после формования). Также возможно нанесение покрытия кистью. В альтернативном случае применяют сочетание из нескольких способов нанесения покрытия.

Для нанесения покрытия в качестве растворителей могут быть использованы указанные выше растворители. Растворитель позволяет регулировать вязкость раствора, применяемого в соответствии с выбранным способом нанесения покрытия, а реакционно-способные растворители позволяют уменьшить время отверждения. Кроме того, при использовании растворителей, содержащих функциональные группы, может быть достигнута более высокая плотность поперечных сшивок. При образовании полярных групп с подложкой увеличивается значение силы отрыва.

Если связующую систему наносят до проведения штамповки и глубокой вытяжки листового металла, применяя способ рулонного покрытия, то на отрезаемые края штампованных металлических деталей и деталей, подвергаемых глубокой вытяжке, не наносят связующее вещество. По возможности связующее вещество не наносят на участки, подвергаемые сильной деформации.

Для обеспечения коррозионной стойкости необходимо либо нанести связующее вещество на участки, не имеющие покрытия связующим веществом, либо нанести на эти участки пластмассовый материал таким образом, чтобы пластмассовый материал был полностью склеен связующим веществом по всей периферии непокрытых участков. На участках, пространственно удаленных от областей, подвергаемых штамповке и глубокой вытяжке, покрытие может быть нанесено рулонным способом. Листовой металл с покрытием, нанесенным способом рулонного покрытия, затем нагревают до температуры и в течение времени, достаточных для получения сухой и твердой структуры связующей системы. Связующая система должна быть подвергнута частичному образованию поперечных сшивок до такой степени, при которой образуется сухая поверхность, достаточно устойчивая для проведения дальнейшей обработки. Затем листовой металл нарезают на куски нужного размера и формы или штампуют и подвергают глубокой вытяжке. Затем листовой металл обезжиривают и затем при помощи подходящего способа формования под давлением на материал может быть нанесен пластмассовый компонент. При необходимости оставшиеся незащищенными участки затем могут быть защищены от коррозии нанесением красочного покрытия или подобным способом.

В одной из модификаций вышеуказанного способа для штамповки и глубокой вытяжки листового металла может быть использована фольга для глубокой вытяжки. Фольга для глубокой вытяжки может быть закреплена после нанесения рулонного покрытия (после предварительного образования поперечных сшивок в связующей системе или непосредственно перед проведением штамповки и глубокой вытяжки листового металла. После проведения штамповки и глубокой вытяжки листового металла фольгу для глубокой вытяжки удаляют. В этом случае проводить обезжиривание листового металла не обязательно. Затем наносят пластмассовый компонент в подходящей литейной форме. В этом случае также может возникнуть необходимость образования отрезных краев или других участочков открытого металла, обработанных для защиты от коррозии, например, при помощи специального окрашивания, если указанные участки могут подвергаться коррозии.

Если связующую систему наносят после формования металлического компонента, например, при помощи окрашивания распылением, нанесения покрытия погружением, нанесения покрытия напылением порошковых материалов или каталитического нанесения покрытия погружением, то это позволяет более эффективно использовать коррозионную защиту, обеспечиваемую связующей системой. При этом отсутствуют незащищенные отрезные края или повреждения слоя связующего вещества при формовании. При этом антикоррозионная защита, предоставляемая связующей системой, используется не только на участках соединения с пластмассовым компонентом, но также и на участках, не контактирующих с пластмассовым компонентом. Таким образом может быть устранена дополнительная технологическая операция окрашивания металлического компонента. Кроме того, при необходимости участки, на которые не должна быть нанесена связующая система, могут быть намеренно оставлены незащищенными.

Адгезия связующей системы по отношению к металлу может быть усилена подходящей предварительной обработкой поверхности металла, например обезжириванием и/или очисткой, механической обработкой, например обработкой пескоструйным аппаратом или щеткой, пассивированием, электрической или физической активацией.

Для усиления адгезионного сцепления с поверхностью металла может быть выполнена сушка, проводимая в течение времени, составляющего от 10 до 180 минут при температуре от обычной до 150°С, предпочтительно в течение, по меньшей мере, 20 минут при 110°С. Во время проведения сушки происходит испарение растворителя, применяемого для нанесения покрытия, и начинается первая операция образования поперечных сшивок. В этом случае может быть применен отвердитель предпочтительно аминного типа. Функция отвердителя состоит в инициировании реакции полимеризации эпоксида. Кроме того, происходит снижение адгезионной прочности адгезионного слоя/покрытия, что улучшает стабильность материала при проведении дальнейшей обработки. Кроме того, образуется сильное сцепление с подложкой (например, металлом). Указанное сцепление достаточно велико для предотвращения смывания при литьевом формовании деталей (например, литья под давлением). Кроме того, образуется временный антикоррозионный слой. Полимеризация может происходить с участием полярных групп, например полярных групп растворителя, или за счет раскрытия цикла и образования связи, например, между диэпоксидом и диамином.

После нанесения покрытия из связующей системы полезно провести последующую обработку полученного покрытия из связующего вещества, например, путем стекания, сушкой или промыванием. Затем выполняют связывание связующего вещества, т.е. его частичное сшивание до получения прочности, достаточной для дальнейшей обработки. Требуемая температура и продолжительность зависят от типа связующей системы и составляют, например, 100°С в течение 30 секунд, или 140°С в течение 40 секунд, или 120°С в течение 20 секунд. В общем случае подходят температуры, составляющие от 80 до 160°С и продолжительность от 10 секунд до 1 минуты.

В зависимости от способа предварительного отверждения (микроволновая печь, индукционная печь или печь с горячим воздухом, в частности печь с горячим воздухом) продолжительность предварительного отверждения составляет от 20 секунд до 40 минут. Металл, на который нанесено связующее вещество, затем может быть охлажден до обычной температуры и отправлен на хранение или направлен на дальнейшую обработку в нагретом состоянии. На этом этапе покрытие уже обеспечивает защиту от коррозии.

Затем металлический компонент с нанесенной на него частично поперечно-сшитой связующей системой вводят в подходящую форму для литья под давлением. Конструкцию формы адаптируют таким образом, чтобы она, с одной стороны, подходила к конструкции металлического компонента, а с другой стороны, соответствовала требуемой конструкции пластмассового компонента; металлический компонент помещают в форму таким образом, что слой связующего вещества обращен внутрь свободного объема формы. Форма может быть сконструирована, например, таким образом, что армирующие структуры из пластмассы инжектируются в металлический компонент. Полезно заранее подогревать форму до определенной температуры, значение которой зависит от типа связующей системы. Предварительный подогрев способствует термореактивному поведению связующей системы. В альтернативном случае или дополнительно, металлический компонент может быть предварительно подогрет до температуры активации связующей системы. Такой предварительный подогрев может быть произведен, например, при помощи внешнего подвода тепла с использованием индукционного нагрева, ИК-излучателя, печи и т.д. или изнутри формы (во время или после внесения металлического компонента в форму), например при помощи ИК-излучателей. Затем инжектируют исходный материал для изготовления пластмассового компонента. Высокая температура жидкого расплава вызывает термическую активацию и, как правило, завершение реакции отверждения связующей системы. Пластмасса навсегда закреплена на металлическом компоненте. Затем полученную гибридную конструкционную деталь и форму предпочтительно остужают для более скорого понижения температуры и готовую гибридную конструкционную деталь извлекают из формы.

Если используют связующую систему с высокой температурой активации, то после проведения литья под давлением логично проводить операцию отпуска (закалки) конструкционной детали для выполнения полного отверждения связующей системы и, таким образом, обеспечения стабильного сцепления между пластмассовым компонентом и металлическим компонентом. Это также относится к участкам, на которые нанесена связующая система, но не инжектирована пластмасса, что позволяет обеспечивать антикоррозионную защиту при помощи связующей системы.

В предпочтительном примере реализации используют дициандиамид в сочетании с растворителем, имеющим полярные группы, что позволяет изготавливать место для фиксации пластмассового компонента, изготовленного, например, из ПА, который затем формуют под давлением. Отверждение дициандиамида предпочтительно производят при 150°С.

Обычно связующую систему наносят на всю поверхность или лишь на некоторые участки и, кроме того, или на одну сторону, или на обе стороны металлического компонента. Одним из особых преимуществ связующей системы, предлагаемой согласно настоящему изобретению, является то, что даже если пластмассовый компонент наносят только на одну сторону металлического компонента, получают прочное и постоянное соединение, способное выдерживать нагрузки. Соединение происходит между материалами, и дополнительные меры защиты, включающие положительное соединение между металлом и пластмассой, не требуются. Разумеется, подобные положительные соединения могут быть созданы дополнительно, если изготовление ответной части не вызывает особых затруднений, например, при помощи инжектирования пластмассового материала в отверстия металлического компонента.

Поскольку одностороннее соединение металла и пластмассы при помощи связующей системы является достаточно прочным, то внешний вид той поверхности металлического компонента, на которой отсутствует пластмассовое покрытие, не ухудшается. Таким образом, эта поверхность металлического компонента может быть оставлена открытой, например, для декоративных целей, где требуется наличие металлической или лакированной поверхности. При обработке такой конструкционной детали, в которой имеется открытая поверхность металла, указанная открытая поверхность металла (во всех случаях тыльную сторону металлического компонента обрабатывают связующим веществом) может находиться на различных стадиях обработки. Открытая поверхность может быть, например, обработана щеткой, прессовочной полировкой, отполирована, покрыта прозрачным царапиноустойчивым лаком или нанолаком; поверхность может быть подвергнута финишной обработке нанесением лакового покрытия или она может быть покрыта слоем грунтовки. В этом случае готовую конструкционную деталь подвергают финишной обработке нанесением лакового покрытия. Это позволяет защищать от коррозии обрезные края. Для защиты открытой поверхности металла при дальнейшей обработке, например при проведении литья под давлением, полезно закрывать открытую поверхность металла защитной пленкой. Защитную пленку не удаляют перед проведением литья под давлением.

Некоторые примеры применения гибридных конструкционных деталей, предлагаемых согласно настоящему изобретению, включают изготовление транспортных средств, а также применение в самолетостроении, конструировании космических кораблей и подводных лодок, в изготовлении корпусов небольших моторных аппаратов.

В частности, настоящее изобретение относится к корпусным деталям транспортных средств, предназначенных для изготовления корпусов транспортных средств, включающим гибридные конструкционные детали, предлагаемые согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что индивидуальные признаки деталей, рассмотренные ниже в отношении корпусной детали транспортного средства, которые, в частности, относятся к конструкции корпусной детали транспортного средства и соответствующей конструкционной детали, считаются исключительно относящимися к настоящему изобретению и, в частности, не включают признаков п.1 или п.8 или включают лишь часть указанных признаков. Масса играет важную роль при изготовлении конструкционных деталей и, в частности, корпусных деталей транспортных средств. С другой стороны, нагрузки на указанные детали также значительны, и, кроме того, указанные детали должны быть достаточно долговечными. Так, несмотря на рассмотренные выше достижения в существующей области техники, в конструкции корпусов транспортных средств и, в частности, в пассажирских автомобилях практически исключительно применяются традиционные двухкорпусные листовые металлоконструкции. В течение многих лет эту конструкцию используют, несмотря на ее значительную массу, благодаря таким полезным качествам, как низкая цена, устойчивость и надежность. В то же время при использовании конструкционных деталей, предлагаемых согласно настоящему изобретению, может быть изготовлена корпусная деталь транспортного средства, сравнимая по стоимости и надежности с корпусной деталью транспортного средства, изготовляемой из двухкорпусных листовых металлоконструкций, но позволяющая в значительной степени облегчать массу получаемого изделия.

Корпусная деталь транспортного средства может представлять собой конструкционную деталь, предлагаемую согласно настоящему изобретению, или включать конструкционную деталь, изготовляемую согласно настоящему изобретению, которая представляет собой гибридную несущую конструкцию корпусной детали транспортного средства.

Корпусная деталь транспортного средства или конструкционная деталь может быть изготовлена в соответствии с традиционными способами изготовления, в которых на видимую поверхность металлического листа нанесено лаковое покрытие. Тем не менее, дешевле использовать иной способ, в котором на видимой стороне изделия отсутствует металлический компонент или листовой металл. Таким образом можно изготавливать соответствующий компонент, в котором металлический компонент нужен только для создания требуемой прочности (стабильности). Это позволяет снизить массу изделия.

К гибридной несущей конструкции может быть присоединен покровный элемент. Покровный элемент может быть изготовлен из пластмассового материала, в частности, формованием литьем под давлением. Покровный элемент затем может быть покрыт лаком, например при лакировке корпусной детали транспортного средства вместе со всем корпусом транспортного средства; для этой цели может быть использован пластмассовый материал подходящего цвета.

Покровный элемент также может представлять собой конструкционную деталь с открытой металлической поверхностью. В такой конструкционной детали с открытой металлической поверхностью соответствующий металлический материал может быть относительно тонким, что позволяет изготавливать соответствующие корпусные детали транспортного средства, которые по внешнему виду не отличаются от традиционных корпусных деталей транспортного средства, но, тем не менее, имеют меньшую массу. В общем случае гибридная несущая структура корпусной детали транспортного средства может находиться внутри изделия, то есть она может быть не видна или видна частично. В частности, покрытия могут быть нанесены на обе стороны детали. При таком внутреннем креплении гибридной несущей структуры инжектирование через листовой металлический материал может быть произведено только на видимых участках. Соответственно, металлический компонент или листовая металлическая деталь гибридной несущей структуры может быть выполнена в виде компонента, предназначенного для изготовления видимой части изделия. При этом создание жесткости за счет элементов, изготовленных формованием пластмассового материала под давлением, может быть осуществлено только со стороны, противоположной видимой поверхности изделия или только на участках, имеющих покрытие, на которых также могут быть закреплены инжектируемые структуры. В этом случае листовой материал может быть расположен на внешней поверхности, а покрытие - на внутренней стороне детали. Кроме того, листовой материал может быть расположен на внутренней поверхности, а покрытие - на внешней стороне детали. На соответствующие участки листового металла перед инжектированием пластмассового материала или после инжектирования пластмассового материала может быть нанесено лаковое покрытие. Если лаковое покрытие наносят перед инжектированием пластмассового материала, то на обрабатываемые участки полезно наносить защитную пленку, которую удаляют после нанесения пластмассового материала формованием под давлением или после сборки корпусной детали транспортного средства.

В пластмассовом компоненте конструкционной детали могут быть изготовлены гнезда для присоединения других деталей. Аналогичные гнезда могут быть изготовлены в гибридной несущей структуре и/или в покровном элементе. В частности, гнезда для присоединения соответствующих деталей предпочтительно прочно закреплять после присоединения покровных элементов к гибридной несущей структуре, поскольку при этом не требуется изготовление дополнительных креплений. Для этого особенно предпочтительно изготавливать контактные элементы, которые при соответствующей конструкции пазов и/или углублений могут создавать предварительное натяжение в местах закрепления деталей, так что закрепляемые детали плотно встают в предназначенные для них гнезда.

На чертеже показан вид сверху конструкционной детали, предлагаемой согласно настоящему изобретению.

На чертеже показан листовой металл (1), на который способом литьевого формования прикреплена обшивка (2) крыши, изготовленная в виде пластмассового компонента.

Изобретение относится к конструкционной детали, включающей металлический компонент и пластмассовый компонент, которые соединены друг с другом посредством связующей системы, способной выдерживать долговременную нагрузку соединения между компонентами детали, и способу изготовления такой конструкционной детали. Связующая система, соединяющая металлический компонент и пластмассовый компонент, состоит из связующего вещества на основе пластмассы или из связующего вещества на основе пластмассы в сочетании с грунтовкой. При этом связующее вещество на основе пластмассы представляет собой эпоксид, модифицированный путем ковалентного присоединения 1,3-диена. Кроме того, связующее вещество содержит отвердитель. Изготовленные конструкционные детали обладают высокой прочностью на изгиб и крутильной жесткостью, способны выдерживать динамическую и статическую нагрузку, а также могут быть применены в коррозионных средах. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Конструкционная деталь, включающая металлический компонент, пластмассовый компонент и связующую систему, соединяющую металлический компонент и пластмассовый компонент, отличающаяся тем, что связующая система состоит из связующего вещества на основе пластмассы или из связующего вещества на основе пластмассы в сочетании с грунтовкой, и при этом связующее вещество на основе пластмассы представляет собой эпоксид, модифицированный путем ковалентного присоединения 1,3-диена, при этом связующее вещество также содержит отвердитель.

2. Конструкционная деталь по п.1, отличающаяся тем, что связующее вещество на основе пластмассы представляет собой эпоксидную смолу, изготовленную на основе бисфенола А, и/или бисфенола В, и/или бисфенола С, и/или бисфенола F.

3. Конструкционная деталь по п.1, отличающаяся тем, что связующее вещество на основе пластмассы представляет собой эпоксидную смолу, изготовленную на основе простого диглицидилового эфира бисфенола А или эпоксикрезолового новолака.

4. Конструкционная деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что связующая система модифицирована путем физического введения диена и/или полнена, в частности каучука.

5. Конструкционная деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что доля диена и/или полнена в связующей системе составляет от 1 до 30 мас.%, предпочтительно от 3 до 10 мас.%.

6. Конструкционная деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что связующая система дополнительно модифицирована алкил- и/или арилмодифицированными силанами общей формулы HO-Si(R)(R')(R"), причем группы R, R' и R" могут быть одинаковыми или часть или все группы могут быть различно модифицированы алкильными и/или арильными группами, причем алкильные и/или арильные группы содержат функциональные группы, например СООН, ОН, NH₂.

7. Конструкционная деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что связующая система содержит отвердитель.

8. Конструкционная деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что связующая система содержит добавку, повышающую ударную прочность.

9. Конструкционная деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что связующая система содержит отвердитель замедленного действия.

10. Конструкционная деталь по п.9, отличающаяся тем, что связующая система содержит ускоритель отвердителя замедленного действия.

11. Конструкционная деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что связующая система содержит порошкообразный термопластический материал.

12. Конструкционная деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что связующая система представляет собой растворитель OR, где R представляет собой Н, алкил или арил, или растворитель N(R₁)(R₂), в котором R₁=Н, R₂=Н; R₁=Н, R₂=алкил; R₁=Н, R₂=арил; R₁=R₂=алкил; и/или R₁=R₂=арил.

13. Конструкционная деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что пластмассовый компонент состоит из пластмассового материала, выбираемого из полипропилена, полиамида, смесей полиамида и полифениленоксида, смесей полиамида и полистирола, полифталамида, полипропиленсульфида и полисульфона.

14. Конструкционная деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что пластмассовый компонент представляет собой пластмассовый материал, армированный волокном.

15. Конструкционная деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что указанная деталь включает открытую (видимую) металлическую поверхность, обладающую металлическим блеском или имеющую вид лаковой поверхности.

16. Способ изготовления конструкционной детали, включающей металлический компонент и пластмассовый компонент, включающий следующие операции:
a) обеспечение металлического компонента, причем металлический компонент с одной или с обеих сторон имеет покрытие из предварительно отвержденной связующей системы;
b) введение металлического компонента, имеющего покрытие из предварительно отвержденной связующей системы, в пресс-форму для литья под давлением таким образом, что слой предварительно отвержденного связующего вещества обращен поверхностью к свободному объему пресс-формы;
c) литье под давлением пластмассового компонента на металлический компонент с осуществлением дальнейшего отверждения связующей системы;
отличающийся тем, что в качестве связующей системы используют связующую систему из пластмассового связующего вещества или из пластмассового связующего вещества в сочетании с грунтовкой, причем пластмассовое связующее вещество представляет собой сложный эпоксид, модифицированный путем ковалентного присоединения 1,3-диена.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что перед проведением операции (а) на металлический компонент наносят покрытие из связующей системы путем окрашивания распылением, или нанесения покрытия погружением, или нанесения покрытия из порошка, или каталитического нанесения покрытия погружением, или нанесения рулонного покрытия.

18. Способ по п.16 или 17, отличающийся тем, что перед проведением операции (а) связующую систему подвергают предварительному отверждению при температуре от 100 до 140°С, в течение времени от 20 до 40 с.

19. Способ по п.16 или 17, в котором пресс-форму предварительно нагревают до заданной температуры перед проведением операции (b) и/или металлический компонент предварительно нагревают до заданной температуры перед проведением операции (с).

20. Способ по п.16 или 17, в котором при проведении операции (с) выполняют полное отверждение связующей системы.

21. Способ по п.16 или 17, в котором для полного отверждения связующей системы конструкционную деталь после проведения операции (с) подвергают операции отпуска.

22. Способ по п.16 или 17, в котором пластмассовый компонент подвергают литью под давлением с формированием из него покрытия.

23. Способ по п.16 или 17, в котором пластмассовый компонент подвергают литью под давлением с формированием из него структур жесткости.