CN103826928A - 防撞梁中的非钢质距离保持物 - Google Patents

Abstract

一种防撞梁（70）包括聚合物基体和强化结构，所述强化结构还包括多个金属强化帘线（11）和布置在帘线之间以便将金属强化帘线保持在一起的非金属长形束缚元件（13）或非金属涂层长形束缚元件。非金属长形束缚元件的部分位于防撞梁的外表面处，以便保持金属强化帘线远离所述防撞梁的外表面。防撞梁也可以包括位于防撞梁的外表面处的非钢质距离保持物（66），以便保持金属强化帘线远离所述防撞梁的外表面。非钢质距离保持物是在所述金属强化帘线上的非金属涂层或者布置在帘线之间以便将金属强化帘线保持在一起的非金属长形束缚元件（55）。

Description

防撞梁中的非钢质距离保持物

技术领域

本发明涉及防撞梁和强化件。本发明还涉及用于得到该防撞梁的方法。本发明还涉及使用防撞梁以用于车辆保险杠的支撑或车辆部件的碰撞强化。

背景技术

已知的是，例如防撞梁由用玻璃纤维或其它聚合物纤维强化的聚合物基体组成。防撞梁还可以包括通常在碰撞期间防撞梁接收压缩负荷的位置处的金属部分。在US-A-5290079中，防撞梁还包括在基体内的编织丝网，所述编织丝网将改善防撞梁的延展性和挠性。

防撞梁可以通过压力成型或注射成型制造。然而基于这些制造技术，这些已知的防撞梁具有缺陷，金属部分倾向于在基体的外表面处，这将带来腐蚀风险和太肤浅的强化。还非常有可能是因为太外部化布置，使得聚合物基体材料未能围绕所有金属强化部分，或者很有可能的是金属强化帘线刚好位于基体的外表面处。因此每个金属强化帘线的绝大部分乃至整个金属帘线将长期暴露于空气，这将带来高腐蚀风险。

例如，US2006/013990公开一种防撞梁，所述防撞梁具有包括聚合物基体的半成品片材和包括金属帘线的纺织品，所述金属帘线优选地缝合到独立纺织层。这样的防撞梁减小或解决加压期间帘线迁移的问题。然而已知的防撞梁具有几个缺陷。当金属帘线借助于缝合结合到非金属纤维层时，与普通纺织品的仅仅一个制造步骤相比，它将涉及生产过程中的一个或多个步骤。此外，除了具有缝造或针织的线圈的部分之外的金属帘线的绝大部分在注射成型期间被推到基体的外表面，因此暴露区域带来相当高的腐蚀风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的防撞梁，其中消除了上述现有技术的缺陷中的至少一个。

本发明的一个目的是提供一种用于防撞梁的强化结构，其保持金属强化帘线远离防撞梁的表面。

本发明的又一目的是还提供一种用于防撞梁的强化结构，其具有在防撞梁的外表面处的非钢质距离保持物。

本发明的另一目的是提供一种用于制造带有该强化结构的防撞梁的方法。

根据本发明的第一方面，提供一种防撞梁。所述防撞梁包括聚合物基体和强化结构。所述结构包括多个金属强化帘线和布置在所述帘线之间以便将所述金属强化帘线保持在一起的非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件。

金属帘线和非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件形成混合结构，例如混合织物，其中术语“混合”表示金属和非金属元件的组合。所述非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件的部分位于所述防撞梁的外表面处，以便保持所述金属强化帘线远离所述部分的外表面。

因此非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件具有双重功能。非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件不仅可以用作将金属强化帘线保持在一起的绑定材料，而且可以用作金属强化帘线和基体的外表面之间的距离保持物，并且其厚度保持金属强化帘线远离部分的外表面，以便保证聚合物基体材料能够围绕着金属强化帘线，这将确定地避免防撞梁的高腐蚀风险和太肤浅强化。

该距离保持物的作用是将金属强化帘线很好地嵌入基体中并且使它们不在外表面上，以改善基体的性能并且避免通过非常薄的基体层拉出帘线，这将同时给予良好的腐蚀保护。对于壁厚非常有限的基体部分，混合结构可以被‘调节’，使得强化金属帘线对称地集成在‘距离保持物’之间，并且当混合织物具有类似于部件厚度的厚度时，我们可以将钢元件定位在基体的厚度的正中央；这改善压缩的性质。

此外，作为本发明的主题的防撞梁包括聚合物基体。优选地，该聚合物基体是热塑性聚合物材料。

更优选地，所述热塑性聚合物材料从以下中选择：聚丙烯，聚乙烯，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二酯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚碳酸酯，聚苯醚，以及这些材料的共混物，或者热塑性弹性体，例如聚酰胺基或聚烯烃基热塑性弹性体，例如聚酯酰胺，聚醚酯酰胺，聚碳酸酯-酯酰胺或聚醚嵌段酰胺。

聚合物基体还可以包括玻璃纤维或C纤维、聚合物纤维和/或矿物填料以强化聚合物基体。纤维可以是随机的、单向的、织造的、缝合的、短切的或它们的组合。

非金属长形束缚元件的材料类型可以与基体相容。非金属元件可以是纱或者甚至是单丝。例如玻璃纱，其被浸渍以获得与基体的附着，或纱，其由与基体相同的聚合物制造并且因此在注射成型期间很好地附着或在表面上有点熔化并且因此获得良好的锚固。例如单丝，其由先前所述的聚合物或由与基体相容并且不太干扰基体的材料类型（例如聚酯）制造。

并且本发明中的用于这样非金属涂层长形束缚元件的材料类型可以是塑料涂层钢丝、塑料涂层金属帘线等。塑料可以是围绕金属帘线或钢丝等挤出的适当聚合物。此外，聚合物可以由与基体相同的聚合物或由与基体相容并且不太干扰基体的材料类型（例如聚酯）制造。

防撞梁的特征在于碰撞力预期作用于防撞梁的方向。该方向在下文中称为“碰撞方向”。防撞梁的特征在于碰撞平面，所述碰撞平面是垂直于碰撞方向的平面。该平面的一个尺寸通常较大并且在下文中称为防撞梁的长度。该碰撞平面中的防撞梁的第二尺寸通常大大小于长度。该方向在下文中称为防撞梁的高度。垂直于碰撞平面的防撞梁的尺寸被称为防撞梁厚度。

作为本发明的主题的防撞梁的金属帘线可以沿着一个方向或两个方向布置。

优选地，金属帘线沿着平行于防撞梁的长度的经向布置。彼此平行的多个金属强化帘线带有布置在帘线之间以便将金属强化帘线保持在一起的非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件。每个非金属元件或非金属涂层长形束缚元件与金属帘线交织、编织或针织以在作为本发明的主题的防撞梁的成型之前形成混合织物。然后在防撞梁的成型期间，混合织物带有弯曲形状。弯曲表面“包裹”由长度和高度限定的平面，并且在由防撞梁的长度和厚度限定的方向上弯曲。在厚度方向上的弯曲部优选地延伸到碰撞力预期作用的防撞梁的侧。在最后产品中可以明显地看到非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件的部分位于防撞梁的外表面处，并且金属强化帘线远离防撞梁的表面。因此，聚合物基体材料围绕全部完全嵌入防撞梁的基体中的金属强化帘线。

然而优选地，金属帘线沿着两个方向布置，其中经向和纬向彼此基本垂直。

词语“基本垂直”应当在这样的意义上被理解，对于每一对金属帘线而言，具有在经向上的一个金属帘线和在纬向上的另一金属帘线，两个帘线彼此接触，经向和纬向之间的角度为大约90度，例如89度或92度或甚至为95度。

最优选地，金属帘线是钢帘线，用于提供作为本发明的主题的防撞梁。根据本发明的钢帘线被如下地形成。最初的产品是钢盘条。该钢盘条具有以下钢成分：0.65%的最小碳含量，在0.40%到0.70%的范围内的锰含量，在0.15%到0.30%的范围内的硅含量，0.03%的最大硫含量，0.30%的最大磷含量，所有百分比是重量百分比。用于高拉伸强度钢帘线的典型钢帘线成分具有约0.80%重量百分比、例如0.78-0.82%重量百分比的最小碳含量。

钢盘条在多个连续步骤中被拉拔直到所需的最后直径。在该例子中，芯的圆直径为0.265mm并且层中的钢丝为0.245mm。拉拔步骤之间可以有一个或多个热处理步骤（例如索氏体化处理）。

如申请人的另一共同未决申请中所述，金属帘线和基体之间的非常良好锚固将被避免，并且金属帘线和基体之间的非常良好化学结合也将被避免。然而，非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件和基体之间的良好化学结合已证明是有益的。

为了保证非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件和聚合物材料之间的良好附着，附着促进剂可以涂覆到非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件上。可能的附着促进剂是双官能耦联剂，例如硅烷化合物。这些耦联剂的一个官能团负责与非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件结合，另一官能团与聚合物反应。也就是说，非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件与所述聚合物基体化学结合。

在可选的清洁操作之后，非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件然后由底漆涂覆，所述底漆选自本领域中已知用于所述目的的有机官能硅烷、有机官能钛酸酯和有机官能锆酸酯。优选地，但非排他地，有机官能硅烷底漆从以下化学式的化合物选择：

Y-(CH2)n-SiX3

其中：

Y表示选自-NH2，CH2=CH-，CH2=C(CH3)COO-，2,3-环氧丙氧基，HS-和Cl-的有机官能团；

X表示选择-OR，-OC(=O)R’，-Cl的硅官能团，其中R和R’独立地选自C1至C4烷基，优选-CH3和-C2H5；并且n是在0到10之间的整数，优选从0到10并且最优选从0到3。

上述的有机官能硅烷是商业上可获得的产品。关于这些耦联剂的更多细节可以在PCT申请WO-A-9920682中找到。除非指定，由下述的聚合物基体制造的材料的所有类型与一种类型可能的附着促进剂混合；下述的非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件涂覆有另一可能的附着促进剂层。很有可能这两种类型的可能附着促进剂是双官能耦联剂。

一种用于提供作为本发明的主题的防撞梁的方法包括以下步骤：

提供金属帘线和非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件；

提供混合织物作为强化结构；

将所述混合织物引入注射模具中，并且将所述混合织物定位在所述模具中；

将聚合物材料注射到所述混合织物，由此形成防撞梁；

冷却所述防撞梁。

根据本发明的另一方面，一种防撞梁包括聚合物基体和强化结构，所述强化结构包括多个金属强化帘线，并且所述防撞梁还包括位于所述防撞梁的外表面处的非钢质距离保持物，以便保持所述金属强化帘线远离所述部分的外表面。所述非钢质距离保持物可以是在所述金属强化帘线上的非金属涂层或布置在所述帘线之间以便将所述金属强化帘线保持在一起的非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件。

更优选地，在防撞梁中的多个位置的非钢质距离保持物是在防撞梁的外表面处的唯一元件。例如，其中聚合物与基体相容的挤出聚合物层当例如直接施加到帘线上或在结构之外的一些帘线上时用作距离保持物。这些距离保持物可以由于织物结构是局部的，或者可以是连续的，例如涂层或膜层。

根据本发明，术语“防撞梁”表示与防撞性能相关的车辆的轻质结构部件。‘防撞梁’可以是前保险杠、后保险杠、前门中的一个或两个梁、后门中的一个或两个梁、A柱或A立柱、B柱或B立柱、C柱或C立柱以及D柱或D立柱。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明，其中：

图1至5显示包括金属强化帘线和非钢质距离保持物的强化结构的不同实施例；

图6显示涂层金属帘线；

图7是作为本发明的主题的防撞梁的示意性前视图；

图8a示意性地显示使用作为本发明的主题的防撞梁支撑车辆保险杠（在碰撞之前）。

图8b示意性地显示使用作为本发明的主题的防撞梁支撑车辆保险杠（在碰撞之后）。

具体实施方式

织物可以被理解为织造、针织或编织结构。可以考虑根据本发明的织物的不同实施例。

针织结构的例子：

钢帘线沿着经向布置在经编针织机上。提供第一组非金属经线以形成线圈，并且提供在经编针织期间衬垫在多个针上的附加的第二组非金属线。另外，可以在织物的全部宽度上衬垫有钢帘线。第一组非金属经线形成线圈，例如敞开或闭合编链组织，以便将不同组的线和钢帘线连接成织物。图1至3显示针织强化结构的不同实施例。

如图1中所示的织物10被如下地制造：一组钢帘线11沿着经向布置并且形成直的经线。第一组非金属经线12以与钢帘线经线相同的经密度布置。第一组非金属经线12可以是聚酯复丝，例如加捻110特克斯纱。作为例子，第一组非金属经线12形成敞开或闭合编链组织，由此沿着经向围绕钢帘线11。第二组非金属经线13在多个针上形成衬纬，由此连接不同编链（由经向上的钢帘线和第一组非金属线的线形成）并且因此制成织物。第二组非金属线例如可以是加捻纱或单丝。衬纬图案的例子在三个帘线上。

在另一实施例中，如图2中所示的织物20被如下地制造：提供两组钢帘线经线组21和22，其中两组钢帘线在织物宽度上交替。与两组钢帘线经中的第一组（与组21）对应的是第一组非金属经线23。第一组非金属经线例如可以是220特克斯的加捻复丝纱，形成闭合或敞开的编链组织，由此封闭两组钢帘经线中的一组。经向中的第二组钢帘线22是直的经线。第二组非金属线24（例如，220特克斯的加捻复丝纱）形成短衬纬。对于机器的每次旋转，第三组非金属纱25衬垫在织物的全部宽度上。这样，第二组钢帘线22在被围绕在第二和第三组非金属线之间时连接到织物中。

在另一实施例中，如图3中所示的织物30被如下地制造：一组钢帘线31沿着经向布置并且形成直经线。第一组非金属经线32以与钢帘线经线相同的经密度布置。第一组非金属经线可以是聚酯复丝，例如加捻220特克斯纱。作为例子，第一组非金属经线形成敞开或闭合编链组织，由此在经向上围绕钢帘线。第二组非金属经线33在多个针上形成衬纬，由此连接不同编链（由经向上的钢帘线和第一组非金属线的线形成）并且因此形成织物。第二组非金属线例如可以是220特克斯的加捻复丝聚酯纱。对于经编针织机的每四分之一旋转，钢帘线34衬垫在机器的全部宽度上并且通过由第一组非金属经线形成的编链组织被束缚到织物中。

除了经编针织以外，纱罗织造可以用于制造根据本发明的织物。在图4中显示纱罗织造织物40。钢帘线41沿着经向设置，并且钢帘线42沿着纬向（与经向相交）设置。在纬向和经向上的钢帘线借助于另一组非金属经线43彼此连接。另一组非金属经线43形成纱罗织造，并且在经向上围绕钢帘线41地加捻。

图5显示本发明的另一实施例。织物50在经编针织机上被制造。第一组非金属纱是220特克斯的加捻聚酯复丝51。该组加捻纱51制造敞开的编链组织。线圈密度为每厘米2个线圈。第二组非金属纱是220特克斯的聚酯复丝52。聚酯复丝52衬垫在经编针织物中。第三组是钢帘线53。可以使用的钢帘线的例子是SC3×0.265+9×0.245HT。钢帘线53在织物中形成直的经线。

第四组是钢帘线54。可以使用的钢帘线的例子是SC3×0.265+9×0.245HT。钢帘线54形成直立经线并且由一组加捻聚酯复丝纱所形成的敞开编链组织围绕。

第五组是非金属纱，例如220特克斯的加捻聚酯复丝55。复丝55衬垫在经编针织物中。钢帘线53在非金属元件或非金属涂层元件（这里为复丝组52和55）之间结合在织物中。

图6显示作为强化结构的元件的涂层金属帘线60，其中涂层66用作根据本发明的另一方面的距离保持物。64表示金属帘线自身。金属帘线的涂层可以由任何常规手段实现。可能的涂覆方法是挤出。出于本发明的目的，涂层金属帘线必须被理解为由至少一层热塑性材料充分围绕的元件。这意味着这也可以通过围绕金属帘线包裹热塑性线或丝实现。

应当理解本发明不限于包括如上所述的距离保持物的强化结构，而是它也可以应用于在防撞梁的外表面处仅具有一个元件的结构，其保持金属强化帘线远离部分的外表面。

现在参见形成作为本发明的主题的防撞梁的方法。如图1至5中的任何实施例中所示制造强化结构。这时因此形成的混合织物借助于集成在两个工具部分的一个中的磁体布置在注射成型模的相对侧并且然后注射热塑性材料。热塑性材料将围绕混合织物，但是当模具闭合时，混合织物将由于大闭合压力而弯曲成弯曲形状。弯曲表面围绕由长度和高度限定的平面“包裹”，并且在由防撞梁的长度和厚度限定的方向上弯曲。在厚度方向上的弯曲部优选地延伸到碰撞力预期发生作用的防撞梁的侧面。作为本发明的主题的防撞梁70的前视图可以示意性地显示为图7或图8a的梁81。

在该成型之后，模具和成形的防撞梁被冷却到聚合物材料固化的温度。防撞梁然后可以被取出模具并且准备进一步处理，例如质量控制或设置附加的开口。

由此形成了防撞梁，其可以用作图8a中的车辆的软保险杠的支撑件。

防撞梁81连接到车辆车体的周边元件82。软保险杠元件83可以被设置以覆盖防撞梁81。当车辆撞击物体时，将会受到沿着方向84的碰撞力，如图8b中所示。

如图8b中所示，防撞梁81的聚合物材料围绕所有金属强化帘线，这将在很大程度上吸收碰撞能量。另外，由于在基体受到高应力的情况下，金属帘线从基体中松脱出（如上述另一共同未决申请中所述的那样），以及防撞梁的聚合物材料将在很大程度上附着到混合织物的非金属元件的特性，这避免聚合物材料的颗粒将朝着位于防撞梁后面的车辆部件进一步突出。

Claims (16)

1.一种防撞梁，所述防撞梁包括聚合物基体和强化结构，所述强化结构包括多个金属强化帘线和布置在所述金属强化帘线之间用于将所述金属强化帘线保持在一起的非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件，其特征在于，所述非金属长形束缚元件的部分位于所述防撞梁的外表面处，以便保持所述金属强化帘线远离所述部分的外表面。

2.根据权利要求1所述的防撞梁，其中所述聚合物基体包括热塑性聚合物材料。

3.根据权利要求2所述的防撞梁，其中所述热塑性聚合物材料从以下中选出：热塑性弹性体，聚丙烯，聚乙烯，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二酯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚碳酸酯，聚苯醚，以及这些聚丙烯，聚乙烯，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二酯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚碳酸酯，聚苯醚的共混物。

4.根据权利要求3所述的防撞梁，其中所述热塑性聚合物材料是聚丙烯基或聚酰胺基热塑性弹性体。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的防撞梁，其中用于所述非金属长形束缚元件的材料类型是与所述基体相容的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的防撞梁，其中所述非金属长形束缚元件是纱。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的防撞梁，其中所述非金属长形束缚元件是单丝。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的防撞梁，其中所述金属强化帘线沿着一个或两个方向布置。

9.根据权利要求8所述的防撞梁，其中所述金属强化帘线仅沿着一个方向布置，所述方向是经向。

10.根据权利要求8所述的防撞梁，其中所述金属强化帘线被沿着两个方向设置，其中经向和纬向彼此基本垂直。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的防撞梁，其中所述金属强化帘线是钢帘线。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的防撞梁，其中所述非金属长形束缚元件与所述聚合物基体化学结合。

13.一种用于制造防撞梁的方法，所述方法包括以下步骤：

提供金属强化帘线和非金属长形束缚元件；

提供混合织物；

将所述混合织物引入注射模具中，并且将所述混合织物定位在所述模具中；

将聚合物材料注射到所述混合织物，由此得到防撞梁；

冷却所述防撞梁。

14.根据权利要求1至12中任一项所述的防撞梁用作车辆保险杠或用于改善车辆的车身的防撞性能。

15.一种防撞梁，其包括聚合物基体和强化结构，所述强化结构包括多个金属强化帘线，其特征在于，所述防撞梁还包括位于所述防撞梁的外表面处的非钢质距离保持物，以便保持所述金属强化帘线远离部分的外表面以围绕着所述金属强化帘线，所述非钢质距离保持物是在所述金属强化帘线上的非金属涂层或布置在所述金属强化帘线之间以便将所述金属强化帘线保持在一起的非金属长形束缚元件或非金属涂层长形束缚元件。

16.根据权利要求15所述的防撞梁，其中在所述防撞梁中的多个位置处的所述非钢质距离保持物是在所述防撞梁的外表面上的唯一元件。

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