Напольный противоскользящий коврик в салон автомобиля (варианты) и соответствующий им способ изготовления
FLOOR ANTI-SKID CAR MAT (VERSIONS) AND CORRESPONDING MANUFACTURING METHOD THEREOF

Изобретение относится к средствам повышения комфортабельности пассажирских транспортных средств и касается изготовления напольных ковриков с противоскользящей поверхностью для салона автомобиля.
Основное назначение напольных ковриков для салона автомобиля - защитить от загрязнения обшивку пола внутри салона транспортного средства, продлить безремонтный срок службы автомобиля за счет уменьшения механической нагрузки на обшивку пола, в том числе, предотвращая протирание обшивки. В зависимости от свойств материала, из которого сделана обивка салона, часть влаги может просачиваться под основное покрытие, ускоряя коррозию кузова.
Применение съемных ковриков значительно облегчает уборку салона транспортного средства, так как при несильном загрязнении достаточно вынуть съемный коврик и вытрясти его или помыть водой. Кроме того, влага и грязь, скапливающаяся на основном покрытии пола салона транспортного средства, служат благоприятной средой для размножения бактерий, что вредит здоровью водителя.
Напольные коврики, как и другие автомобильные аксессуары, должны быть не только комфортными, но, в первую очередь, должны быть безопасными. Безопасность коврика заключается в том, что он должен плотно прилегать к полу автомобиля, не вызывая у водителя никакого дискомфорта и не мешая пользоваться педалями. Еще один принцип безопасности ковриков – ноги, стоящие на коврике, не должны скользить. Если коврики сделаны качественно, то на обратной стороне должны быть предусмотрены крепления с полом автомобиля. Крепления в некоторых моделях ковриков заменяют липучками.  Так в описании патента РФ на полезную модель RU147178, МПК: B60N 3/04, публ. 27.10.2014, раскрывается автомобильный коврик, выполненный из полотнища эластичного водонепроницаемого материала, закрепляемый на ворсовом покрытии пола автомобиля при помощи текстильной застежки «липучки» (велкро).
Но, как показывает практика, текстильные застежки «липучки» (велкро) не всегда могут надежно зафиксировать коврик. Также и другие виды механического крепления коврика с полом автомобиля не являются полностью надежными, поскольку могут расстегнуться, то есть могут давать отказы в процессе эксплуатации.
Поэтому актуальной является задача изготовления ковриков с противоскользящей лицевой и особенно, обратной (тыльной) поверхностью, чтобы независимо от наличия и вида крепления сам коврик не скользил бы по обшивке кузова автомобиля.
Из описания патента РФ на изобретение RU2415034, МПК: B60N 3/04, публ. 27.03.2011, известна противоскользящая структура, применимая для настила (коврика), размещаемого на полу автомобиля. При этом нижний слой коврика содержит противоскользящий материал, выполненный с эффектом сцепления при соприкосновении с полом. Он изготовлен путем сплетения друг с другом нитей из синтетического волокна и гибких основных нитей, так что нити из синтетического волокна на заданное расстояние выступают снаружи из слоя основания, при этом нити из синтетического волокна обладают заданной жесткостью. То есть, противоскользящий эффект достигается сложным текстильным плетением ткани по типу «велкро» в нижнем слое коврика. А сам коврик изготавливается многослойным, что предполагает сложную многоэтапную технологию его изготовления. Кроме того, взаимодействие торчащих из тыльной поверхности коврика жестких нитей с обшивкой салона автомобиля может повреждать ткань обивки салона.
Из описания патента РФ на полезную модель RU61651, МПК: B60N 3/04, публ. 10.03.2007, известна регулярная противоскользящая структура в виде выступов, выполненных на обратной стороне коврика. Данный коврик характеризуется тем, что на нижней стороне дна поддона выполнены равномерно расположенные выступы для предотвращения смещения коврика. Указанные выступы формируются прессованием за счет заданного рельефа формующей поверхности матрицы пресс-формы. Формованная противоскользящая структура не является эффективной для исключения смещения коврика, поскольку не обеспечивает повышения коэффициента трения коврико о покрытие пола.
Аналогичный тип конструкции коврика раскрыт в патенте на полезную модель RU13352, МПК: B60N 3/04, публ. 10.04.2000. Согласно формуле указанной полезной модели напольный коврик транспортного средства, содержащий поддон, образованный дном и боковыми буртиками и выполненный за одно целое с поддоном фартук плоской формы с рифленой рабочей поверхностью, на нижней стороне поддона и фартука содержит равномерно расположенные выступы для снижения опасности смещения коврика. Указанные выступы формируются прессованием за счет рельефа пресс-формы. Однако такая противоскользящая структура не является эффективной для исключения смещения коврика из-за малой площади соприкосновения противоскользящей структуры с обшивкой дна салона автомобиля и, следовательно, малой величиной силы трения, которую данная структура может обеспечить.
Наиболее близким аналогом заявленного напольного противоскользящего коврика в салон автомобиля является техническое решение, охраняемое патентом РФ на полезную модель RU 122342, МПК: B60N 3/04, публ. 27.11.2012, согласно которому известен съемный коврик водительского места транспортного средства, дополнительно оснащенный язычком для рабочей поверхности площадки отдыха ноги водителя и сплошной перемычкой, соединяющий язычок с основной поверхностью коврика. Данное техническое решение обеспечивает улучшение изоляции основного покрытия пола салона транспортного средства от влаги и грязи, а также и более надежную фиксацию коврика на полу транспортного средства за счет того, что коврик полностью выполнен из термоэластопласта.
Как указано в описании упомянутого патента, к съемным коврикам, предназначенным для места водителя, предъявляется ряд дополнительных требований, по сравнению с ковриками, предназначенными для места пассажира. Коврик, помимо защиты основного покрытия, должен обеспечивать удобство и безопасность управления транспортным средством. При этом задача дополнительной фиксации коврика решается за счет пластичных свойств материала - термоэластопласта, который, обладая лучшей пластичностью по сравнению с резиной и полиолефинами, особенно на морозе, лучше прилегает к полу, лучше повторят геометрию пола, увеличивая площадь соприкосновения нижней поверхности коврика с обшивкой дна салона автомобиля и, следовательно, повышает величину силы трения, обеспечивая более надежную его фиксацию относительно пола транспортного средства.
Из уровня техники также известны различные виды технологии изготовления  автомобильных ковриков.
Из описания патента США №4043729, МПК: B60N3/04, B29C33/00, опубл. 23.08.1977, известен способ формования ковриков в салон автомобиля, согласно которому от листа термопластичного полимерного материала отрезают заготовку заданного размера, достаточного для формирования коврика. Заготовку укладывают на первую матрицу вакуумно-формовочного пресса, установленную на поворотном столе или на платформе карусельной установки. Следующий лист заготовки, также, укладывают на другую свободную матрицу, осуществляют формование и затем отформованное изделие обрезают по контуру матрицы, охлаждают и отделяют от матрицы в виде напольного коврика. Данная технология повышает производительность труда при изготовлении автомобильных ковриков, но направлена на улучшение их качества.
Из патента РФ на полезную модель RU48869, МПК: B29C 51/10, опубл. 10.11.2005, известно устройство и способ изготовления изделий из термопластичного полимера для автотранспорта. Техническое решение решает задачу осуществления поочередной непрерывной доставки матрицы для вакуумного формования в зону выхода горячей заготовки изделия, выходящей из экструдера. При осуществлении упомянутого способа смесь термопластичных материалов с заданным соотношением компонентов подается в экструдер, где разогревается и приобретает пластичность, после чего выдавливается в виде пластичной горячей заготовки с заданными размерами. При этом поворотная платформа с матрицами расположена таким образом, что матрицы подаются непосредственно в зону выхода горячей заготовки. Горячая заготовка помещается на матрицу узла формования, где под воздействием разности давления, возникающей при вакуумировании, приобретает форму самой матрицы.
Одновременно происходит подача следующей матрицы в зону горячей заготовки и происходит процесс охлаждения сформованного изделия, который продолжается строго заданное время. Затем система вакуумирования отключается, и готовое изделие снимается с матрицы. Время дальнейшего движения матрицы по замкнутому контуру определяется необходимым временем ее охлаждения. Применение данной полезной модели позволило повысить качество изготавливаемых изделий, снизить трудозатраты на их изготовление. Однако параметры качества полученных изделий не включают в себя повышение противоскользящих свойств поверхности изготовленных ковриков.
Известно техническое решение «Способ изготовления напольного коврика для транспортного средства», охраняемое патентом РФ на изобретение №2527088, МПК: B60N 3/04 B29C 51/10, опубл. 27.08.2014, которое включает операции экструзии и формования. Экструзии, подвергают гранулы динамически вулканизированного термопластичного эластомера, непрерывно выходящего из плоскощелевой головки экструдера, расплав заготовки которого в виде листа срезают после достижения размера, необходимого для дальнейшей укладки на матрицу, причем следующий, выходящий из непрерывно работающей головки экструдера расплав заготовки в виде листа срезают также, укладывают на другую свободную матрицу. Формование осуществляют вакуумом под давлением не менее 0,06 МПа, причем формуют каждый из срезанных листов заготовки расплава с использованием матриц, каждая из которых состоит из последовательно соединенных листов, выполненных из алюминия, древесноволокнистой плиты средней плотности, стали, а также двух листов фанеры, а отформованное изделие обрезают по контуру матрицы, охлаждают и отделяют от матрицы в виде напольного коврика.
Недостатком данного способа является использование для формования листов заготовки матриц, каждая из которых состоит из последовательно соединенных листов, выполненных из алюминия, древесноволокнистой плиты средней плотности, стали, а также двух листов фанеры. Такая конструкция матрицы не обладает стабильностью и размерной точностью, что не позволяет гарантировать требуемое качество готовых изделий. Кроме того, данный способ не обеспечивает повышения противоскользящих свойств поверхности изготовленных ковриков. Коврики имеют одинаково гладкую фактуру поверхности на лицевой и обратной стороне изделия.
Изменить фактуру поверхности без использования сложной технологии формования многослойной структуры изделия позволяет использование дополнительных операций при подготовке термоэластопласта к формованию, например, обеспечивающих возможность формирования заданной величины пористости изделия и его поверхности.
Здесь и далее под термином «фактура изделия» подразумевается характеристика качества поверхности, преимущественно, определяемая на ощупь, а «текстура изделия» характеризует, преимущественно визуально воспринимаемые признаки рельефа или рисунка на поверхности изделия.
Из уровня техники известно несколько методик получения пористых формованных полимерных изделий.
Так из патента РФ на изобретение RU2630792, МПК: C08J 9/00, опубл. 13.09.2017, известна методика инициации порообразования в полимерном материале на основе термопластичной композиции. Для этого в термопластичную композицию вводят добавки микровключений и нановключений, которые равномерно диспергируют в матричном полимере. Для инициации образования пор полимерный материал подвергают механическому вытягиванию путем изгибания, растягивания или скручивания для обеспечения возможности отделения добавок от поверхности раздела с созданием пористой сети. Указанный полимерный материал можно применять в широком спектре изделий, например, в автомобильном транспорте для изготовления автомобильных ковриков. Однако задача равномерного диспергирования нановключений в матричном полимере значительно усложняет указанную технологию.
Другой вариант технологии формирования заданной величины пористости полимерного изделия раскрыт в патенте РФ на изобретение RU2287434, МПК: B60R 13/08, 20.11.2006. Способ предусматривает использование для изготовления изделий пенополиуретана, который получают непосредственно при смешивании полиола и изоционата с использованием воды в качестве вспенивателя, при этом время изготовления деталей составляет 2-4 мин. Однако ни данная технология, ни другие известные технологии не обеспечивают повышения антискользящих свойств полученных изделий.
Предложенное изобретение направлено на решение задачи по разработке конструкции и высокопроизводительной технологии изготовления напольных ковриков для транспортных средств, которые на ряду с защитой от грязи и влаги основного покрытия пола автомобиля, могут повысить безопасность управления автомобилем за счет повышения защиты от сдвига коврика под педали водителя.
Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента трения тыльной поверхности коврика относительно покрытия пола автомобиля.
Другим техническим результатом является повышение надежности защиты от грязи и влаги основного покрытия пола автомобиля.
Еще одним техническим результатом является повышение эффективности способа изготовления напольных ковриков для транспортных средств за счет снижения удельного веса материала коврика.
Для решения поставленной задачи предложен напольный коврик для транспортного средства, содержащий лицевую и тыльную сторону, который выполнен из вспененного термоэластопласта, при этом лицевая сторона коврика выполнена плотной, а тыльная сторона коврика выполнена пористой с шероховатым микрорельефом поверхности.
При этом шероховатый микрорельеф на тыльной стороне коврика, выполнен в форме волнообразных сложно ветвящихся рядов шероховатых валиков, разделенных ложбинками.
Шероховатый микрорельеф на тыльной стороне коврика выполненный в форме волнообразных сложно ветвящихся рядов шероховатых валиков, образует текстуру, типа «рябь на воде».
Причем лицевая сторона коврика выполнена с плотной, беспористой и водонепроницаемой поверхностью.
Для улучшенного удержания влаги лицевая сторона коврика выполнена с глубоким формованным рельефом, глубина текстуры которого составляет не менее 4 мм.
Предложенный напольный коврик для транспортного средства выполнен в форме поддона с высокими бортиками, кромка которых обшита окантовочной лентой. Обшивка окантовочной лентой улучшает не только эстетический вид изделия, но, в первую очередь защищает от протирания обшивку салона автомобиля при контакте с шероховатой поверхностью кромки.
3
Предложенный напольный коврик характеризуется тем, что он выполнен из вспененного термоэластопласта плотностью 0,5-1,5 г/см, что позволяет снизить расход термоэластопласта на изготовление каждого изделия, при повышении показателей его формоустойчивости.
Для обеспечения оптимального уровня защиты от загрязнения обшивки пола транспортного средства, например, легкового автомобиля, используют набор из четырех или из пяти ковриков, которые размещают на полу перед креслом водителя, перед креслом переднего пассажира и два коврика перед задним сидением, а также дополнительный защитный коврик можно разместить на полу багажного отделения. Однако наиболее жесткие требования по качеству прилегания коврика к полу автомобиля и по его сопротивлению к смещениям предъявляются, именно, к напольному коврику водительского места транспортного средства.
Таким образом, наиболее предпочтительным вариантом воплощения заявленного изделия является напольный съемный коврик водительского места транспортного средства, в котором заодно с ковриком выполнены язычок для рабочей поверхности площадки отдыха ноги водителя и сплошная перемычка, соединяющая язычок и основную поверхность коврика, характеризующийся тем, что он выполнен из вспененного термоэластопласта, при этом лицевая сторона коврика выполнена плотной, а тыльная сторона коврика выполнена пористой с шероховатым микрорельефом поверхности.
В составе заявленной группы изобретений предложен также и способ изготовления напольного коврика для транспортного средства из термоэластопласта, включающий операции экструзии и вакуумного формования. Причем, на стадии экструзии нагретое сырье для получения термоэластопласта перемешивают со вспенивающей добавкой, после чего смесь продавливают через щель головки экструдера в условиях выделения газов, при этом на выходе из головки получают пористую листовую заготовку из вспененного термоэластопласта, на поверхности которой под действием газов и сдвиговых напряжений экструзии сформируют шероховатый микрорельеф, затем заготовку коврика в виде листа срезают, укладываю одной стороной на матрицу и осуществляют формование вакуумом лицевой стороны коврика с  получением плотной лицевой поверхности.
В заявленном способе в качестве вспенивающей добавки предпочтительно используют экзотермическую вспенивающую добавку на основе азодикарбонамида.
Возможность осуществления заявленной группы изобретений иллюстрируется фигурами 1-4 и примером изготовления напольного коврика для транспортного средства.
На фигуре 1 показан общий вид напольного коврика водительского места транспортного средства, в котором заодно с ковриком выполнены язычок для рабочей поверхности площадки отдыха ноги водителя и сплошная перемычка, соединяющая язычок и основную поверхность коврика. При этом, лицевая сторона коврика выполнена плотной, беспористой с водонепроницаемой поверхностью.
На фигуре 2 показан вид тыльной стороны напольного коврика из вспененного термоэластопласта, которая выполнена пористой с шероховатым микрорельефом поверхности. Причем на фигуре 2 видно, что шероховатый микрорельеф на тыльной стороне коврика выполнен в форме, (приблизительно, горизонтальных) волнообразных сложно ветвящихся рядов шероховатых валиков, разделенных ложбинками. (В диагональном направлении на фотографии видны текстурные выступы, образованные при формовании рельефа на лицевой стороне). Показанный шероховатый микрорельеф на тыльной стороне коврика образует текстуру, типа «рябь на воде».
Текстура задней поверхности, типа «рябь на воде», обеспечивает дополнительное сцепление с ковролином обшивки автомобиля, помимо стандартных клипс.  Как показали проведенные испытания, даже при условии отказа клипс текстура тыльной (задней) поверхности заявленного коврика исключает его горизонтальные смещения. Таким образом, достигается результат дополнительной защиты от смещения ковра и попадания под педальный узел автомобиля.  Получение указанной текстуры на тыльной поверхности коврика обеспечивается в заявленном способе введением вспенивателя на этапе экструзии.
На фигуре 3 показано, что лицевая сторона коврика является водонепроницаемой и выполнена с глубоким формованным рельефом, глубина текстуры которого составляет не менее 4 мм, что позволяет удерживать всю влагу, преимущественно, в ложбинках между выступами, сохраняя сухой обувь пользователя. Выполнение заявленного коврика из вспененного термоэластопласта позволяет увеличить его толщину до 4,5-6 мм и повысить жесткость конструкции без увеличения расхода материала. Жесткость конструкции коврика обеспечивает возможность выливать воду (стряхивать) без угрозы пролить в салон.
На фигуре 4 показано, что бортики коврика, выполненного в форме глубокого поддона, обшиты окантовочной лентой. Обшивка окантовочной нубуковой лентой улучшает вид изделия и защищает от повреждения (протирания) обшивку салона автомобиля от зацепления обшивки за жесткие шероховатые выступы на кромке бортиков коврика.
Пример 1 осуществления изобретения.
Изготовление заявленного напольного коврика для транспортного средства включает в себя операции экструзии и вакуумного формования термоэластопласта (ТРЕ). Для осуществления указанных операций сырье для изготовления заготовки коврика в упаковке поставщика на паллетах транспортируется из помещения склада в цех, освобождается от упаковки и загружается в смеситель, откуда шнековым загрузчиком подается в бункер-сушилку для просушки горячим воздухом. Из сушилки сырье самотеком поступает в загрузочную зону экструдера. Одновременно туда же, через боковой объемный дозатор, дозируется концентрат вспенивающей добавки.
В качестве вспенивающей добавки используют концентрат на основе экзотермического порофора - азодикарбонамида, активно разлагающегося при нагревании с выделением большого количества (до 230 мл/г) газов, в основном азота (65%), а также оксидов углерода (32-34%) и небольшого количества (1-2%) аммиака. В частности, использовали указанный концентрат под названием БАСКО™ П0027.
В экструдере сырье нагревают, пластифицируют, перемешивая со вспенивающей добавкой. Причем, при повышении температуры интенсивность разложения вспенивающей добавки увеличивается.
Нагретую пластифицированную смесь продавливают через щель головки экструдера в условиях выделения газов, при этом на выходе из головки получают пористую листовую заготовку из вспененного термоэластопласта, на поверхности которой под действием газов и сдвиговых напряжений экструзии формируют шероховатый микрорельеф. То есть, из щели головки выходит листовая заготовка, причем материал заготовки находится в нагретом вязко-текучем состоянии, и под действием газов на поверхности заготовки формируется шероховатая пористая структура, показанная на фиг.2. При вспучивающих воздействиях вспенивающей добавки (порофора) на поверхность листовой заготовки выходят пузырьки, которые под действием сдвиговых напряжений массы термоэластопласта, возникающих при его продавливании через щелевую фильеру, лопаются, образуя валики, выступающие над поверхностью заготовки в виде  волнообразных шероховатостей.
Далее полотно листовой заготовки отрезается ножом в виде заготовки коврика заданного размера. Отрезанную заготовку переносят на вакуум форму. Под действием вакуума при контакте с поверхностью формы образуется гладкая и плотная поверхность лицевой стороны изделия с характерным рисунком, повторяющем рисунок, выполненный на поверхности формы.
С обратной (тыльной) стороны изделие не формуется, поэтому на тыльной стороне остается ранее сформированная пористая шероховатая поверхность. Далее, включаются воздушные вентиляторы для охлаждения изделия. Охлажденное изделие обрезается ножом по направляющим кондуктора формы. Готовое изделие снимается с формы.
В результате осуществления способа получены следующие технические характеристики изделия.
3
Плотность материала ковриков  1,0±0,3 г/см.
Высота рисунка текстуры на лицевой стороне  4,7±0,3 мм.
Сопротивление истиранию 2,8±0,3 Дж/мм³ определяется по   ГОСТ 426-77.
Проводили испытание на определение нагрузки продольного и поперечного сдвиг образца коврика, изготовленного согласно примеру 1, по отношению к подложке, в качестве которой использовали обивочный ковролин, которым обычно закрывают металлический пол салона автомобиля. Большинство производителей автомобилей используют примерно схожий по свойствам ковролин от двух-трех наиболее известных производителей, таких как Бетап (Betap), Кондор (Condor)  и др.
2
Для проведения испытаний использовали образец площадью 10 см, вырезанный из коврика, изготовленного по примеру 1. Образец располагали обращенным тыльной стороной к подложке. При нагрузке на образец весом 0,5 кг зафиксирована максимальная нагрузка сдвига образца величиной 9,07-9,8 Н, а коэффициенте трения составил 1,7-1,9.
Указанное испытание проводили в сравнении с образцом, вырезанным из коврика-прототипа, выполненного согласно RU122342, для которого при нагрузке весом 0,5 кг максимальная нагрузка сдвига составила 3,7-4,6 Н, а коэффициенте трения 0,7-0,9 на той же подложке.
Сравнение с прототипом показывает явное увеличение противоскользящих свойств изделия изготовленного согласно заявленному изобретению.
2
Осмотр готового изделия, полученного по примеру 1, показывает наличие текстуры, типа «рябь на воде» на задней поверхности коврика, которая характеризуется наличием шероховатых волнообразных валиков (гребешков или бугорков), разделенных углублениями в форме бороздок или ложбинок. На 1 см задней поверхности коврика приходится не менее двух валиков высотой, приблизительно, до 1 мм.
Результаты испытаний показаны в таблице 1.
Для проведения указанных испытаний готовили не менее 3 образцов для каждого вида тестов. Вырезали квадратные ровные пластины из коврика, изготовленного согласно изобретению из вспененного TPE размером 100х100 мм, в которых выполнили отверстие под зацеп крючка. При проведении испытаний учитывались требования международного стандарт ASTM D1894–14, регламентирующего стандартный метод определения статического и кинетического коэффициентов трения для пленок и листовых покрытий из пластмассы. Данный метод испытаний охватывает определение коэффициентов начального периода трения и трения скольжения пленки и листов из пластмассы при скольжении по собственной поверхности или по поверхности подложки из других материалов в заданных условиях испытания. Методика допускает применение неподвижных «салазок» и подвижной подложки или подвижных «салазок» и неподвижной подложки.
Порядок выполнения теста.
Испытания проводили с использованием разрывной машины для приведения образца в движение при скорости нагружения 50 мм/мин. На поверхность закреплённого на подложке из ковролина, применяемого обычно для обивки салона автомобиля, укладывается образец коврика, изготовленного согласно изобретению из вспененного термоэластопласта (TPE), шероховатой стороной вниз. За отверстие в образце зацепляется крючок, соединенный с подвижным органом разрывной машины. На образец укладывается пластина весом 500 грамм. Сверху укладывается груз 3,36 кг на 30 секунд, потом груз убирается. Запускается разрывная машина, которая перемещает образец, таким образом проводят испытания по типу подвижных «салазок» на неподвижной подложке пока образец не сдвинется на 40 мм. Для учета статистических погрешностей проводили серию испытаний для каждого образца 3 раза в продольном направлении и 3 раза в поперечном. После каждого испытания взъерошивали поверхность ковролина щёткой.
Обработка результатов.
Коэффициент трения рассчитывается по формуле: Fтр = A/B, где A  – максимальная нагрузка, при которой происходит сдвиг образца, Н : B – (вес образца + 0,5 кг) * 9,81 м/с².
Из таблицы 1 видно, что результаты теста ковриков для салона автомобиля Lexus LX, изготовленных согласно изобретению, представленных по отношению к подложке из ковролина лучше, чем у ковриков для того же Lexus LX, изготовленных по прототипу (RU122342) на той же подложке при продольном скольжении на 140%, а при поперечном скольжении на 110%.