CN104827984A - 用于车辆底部的双层复合挡热板和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆底部的双层复合挡热板和其制造方法。本文中所述的一种双层挡热板包括具有相对的第一和第二表面的第一层铝和固定地附接到所述第一层的所述第二表面的第二层合成纤维材料。在所述第二层中形成具有比所述第二层的其它位置高的压缩和小的厚度的图案，所述图案提供对所述第一层的结构支撑。

Description

用于车辆底部的双层复合挡热板和其制造方法
技术领域
本发明大体上涉及挡热板，并且更具体地说，适用于车辆底部的挡热板。
背景技术
挡热板用于车辆上的各种应用中以防止或减少热传递到某些区域或从某些区域传递热。现代发动机典型的具有高工作温度以提升燃料效率和功率输出。虽然在热力学上更有效，但是更高的温度在机动车辆和发动机排气系统的设计中造成了若干问题。常见将挡热板插入机动车辆的乘客室与排气系统之间以减少来自高温发动机和排气组件的热传递。
发明内容
本文中所述的复合挡热板可以在机动车辆上的某些位置中提供若干重要功能，包括减少从某些热源到车辆的附近区域的热传递。另外，所述挡板可以减少声音传播到车辆区域，减少机动车辆的乘客室中的发动机和排气噪声。此外，挡热板可以通过保护某些车辆组件不受道路碎片撞击而帮助保护机动车辆，以及保护免受气候要素的影响。
挡热板的一个实施例描述一种双层挡热板，其包括由铝制成的具有相对的第一和第二表面的第一层和固定地附接到第一层的第二表面的第二层合成纤维材料。在与第一层相对的第二层的表面中形成图案，所述图案具有比第二层的其余部分高的压缩和比它们小的厚度。所述图案还提供对第一层的结构支撑。
本文中还描述了一种制造根据本发明的挡热板的方法。根据一种方法，通过使第一层铝固定地附接到第二层合成纤维材料以形成双层结构并且然后用在与第一层相对的第二层的表面中形成的图案使双层结构成型为所希望的形状来制造挡热板。所述图案具有比第二层的其它位置高的压缩和比它们小的厚度并且提供对第一层的结构支撑。
本发明的这些和其它方面的变化形式将另外详述描述在下文中。
附图说明
本文中的描述参考附图，其中贯穿若干视图中的类似参考数字是指类似部分，并且其中：
图1是在外层内具有压缩特征的复合挡热板的等距视图；
图2A是如从实质上线2A-2A看图1的挡热板的截面视图；
图2B是如从实质上线2B-2B看图1的挡热板的截面视图；
图2C是如从实质上线2C-2C看图1的挡热板的截面视图；
图3是根据本文中的教示的一种实施方式制造复合挡热板的方法的流程图。
具体实施方式
首先参看图1，挡热板10是复合挡热板，其包括第一层20和第二层30。示出了热源12，并且它可以表示机动车辆上的各种发动机或排气组件。当希望减少热传递到与挡热板10相对的附近区域时，热源12进一步涵盖可以包括任何其它高温来源。因为第一层20最接近于热源12的位置，所以第一层在此也称为内层20。相反地，第二层30由于其距离热源更远，故在此也称为外层30。
所示出的挡热板10具有五个实质上平面区段，其在热源12周围创建了凹面部分。在其它实例中，挡热板10可以用三个区段成型，无论是三个平面区段或介于两个平面区段之间的半圆柱形区段。另一种选项是无任何平面区段但是可能包括安装凸缘的圆形或半圆柱形区段。预期取决于若干因素，例如车辆上的位置或区域和热源12的性质，挡热板10可以按各种形状和大小产生，因此这些仅仅是挡热板10的可能形状的实例。如本文中更详细描述，挡热板10重量轻、成本低并且足够耐用以承受各种力、撞击和振动。
现参看图2A，内层20具有在面向热源12的一侧上的第一内表面22，和与第一内表面22相对的第二内表面24。外层30具有面向内层20的第一外表面32和在第一外表面32的相对侧上的第二外表面34。内层20和外层30通过如下文进一步详细描述的粘合层密封在一起。
内层20由铝(例如，铝箔)形成以提供耐热性并且提供轻质基底材料。预期内层20的厚度可以取决于挡热板10的特定应用而不同。作为非限制性实例，内层20可以由厚度约0.002-0.010英寸的铝形成。另外，内层20可以包含经穿孔铝。内层20可以在压印或不压印的情况下穿孔以提供对振动、尤其是应用的不同反应，由此改善挡热板10的噪声、振动和声振粗糙度(NVH)。利用更小的厚度可以使挡热板10的重量和成本降到最低，同时改善NVH。然而，使内层20的重量和成本降到最低的这些努力会导致用于维持挡热板10的整体成品形状所需的强度减小。
通过外层30向挡热板10提供其它强度和附加保护性特征。用降低热和声音传播的材料产生外层30，并且产生当与内层20组合时可以承受振动和来自碎片的撞击以及气候的耐用挡热板。在本文中所述的实施例中，外层30的材料是合成纤维材料，并且尤其是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维。可以使用其它聚合物和/或天然纤维，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺等，目的是提供完全可再循环的成品并且改善NVH和物理性质。纤维外层30提供相对较差的热传导路径，导致导热性低于内层20。类似地，纤维产生振动和声波从内层20行进穿过外层30的相对较差路径。
外层30的厚度可以取决于应用而不同，但是预期PET纤维外层30的未压缩厚度可以是2-20mm厚。如下所述，在外层30的不同位置的厚度可以由于压缩而不同。类似地，外层30的密度可以基于应用而不同。在某些实施例中，可以使用面密度或纸张密度为600-1600克/平方米(gsm)的PET纤维。一种实施方式包括密度为1200gsm的PET纤维。PET纤维可以在旦尼尔(denier)(纤维的线性质量密度的单位)、熔点和其它特性方面不同。合乎需要地，外层30的PET纤维本身由具有所述不同特性的PET纤维形成。举例来说，外层30可以是由四种或五种具有不同旦尼尔的纤维(例如低熔点纤维、细纤维、标准纤维、粗纤维和任选地高熔点纤维)形成的均质复合PET材料。这些相对术语彼此相对定义。在一个非限制性实例中，外层30的复合PET纤维材料可以包含20％粗纤维、20％标准纤维、20％细纤维、30％低熔点纤维和10％高熔点纤维。此外，以上实例可以相反包括40％低熔点纤维，而在PET纤维复合材料中不含任何高熔点纤维。
PET纤维可以具有疏水性特性，其中外层30防水并且抗流体。这降低或消除了由于吸水所造成的任何重量增加并且降低了挡热板10的干燥时间。另外，外层30的PET纤维增加了对抗碎片撞击的保护，即使内层20被损坏而使得碎片能够接触外层30。
外层30的某些部分具有相比于外层30的周围区域有所增加的压缩并且在本文中被称为压缩特征60。可以在外层30中形成至少一个压缩特征60，其中外层30的材料被压缩到厚度小于外层30的周围材料。图2B显示挡热板10如从线2B-2B观看时的截面视图。如所示，压缩特征60的从第一外表面32到特征表面61所测量的厚度比外层30的周围未压缩区域的厚度小距离d。虽然压缩特征显示具有类似厚度，但是预期外层30可以在不同区域中以不同深度压缩。
通过在外层30的某些位置上包含压缩特征60，内层20的结构加强并且因此挡热板10通常可以由外层30提供。外层30的经压缩以形成压缩特征60的材料比外层30的未压缩区域抗变形。因此，外层30可以设计为通过包括压缩特征60具有并入到其结构中的更硬的部分。通过这种压缩，挡热板10的硬度和耐用性可以增加到超过不含所述特征可得到的硬度和耐用性，允许采用更薄的层而无需用于结构支撑的附加层或材料，降低成本和重量。
每个压缩特征60可以呈“肋状物”形式，即在外层30中的大致线性部分。线性部分或线段对于建模和制造简易性是合乎需要的并且因为它们使外层30的压缩材料的量优于其它形状(例如圆形压缩区域)降到最低。压缩特征60可以包含成型为x形状或开放的正方形、梯形、矩形等的线段。压缩特征60还可以由开放的圆形或卵形或按需要其它形状形成。
当考虑压缩特征60的最佳构型和位置时，位于外层30的周边周围的压缩边缘62的存在可以认为这些特征也提供对内层20的结构支撑。压缩边缘62可以具有与压缩特征60类似的厚度，如图3B和图3C中所示。通过包括压缩边缘62，挡热板10具有在挡热板10的周边周围的更小的整体厚度。可以在挡热板10的制造期间形成压缩边缘62以使内层20与外层30在挡热板10的外边缘处更牢固地密封并且允许通过边缘更容易安装。边缘表面63定义为第二外表面34的沿朝向邻近外层30的周边的第一外表面32的方向压缩的部分。
可以在挡热板10的外层30中形成其它压缩区域以便提供在特定安装位置的现有组件的清除。还可以在挡热板的折叠/弯曲处形成压缩区域用于支撑，例如通过图1中的实例所示。此外，还可以压缩穿孔通过挡热板10的开放区域(所述区域在螺钉或其它扣件的安装孔周围以确保挡热板10在安装位置)以使得类似压缩边缘62，产生内层20与外层30之间的牢固密封。参看图1，举例来说，挡热板10可以包括至少一个孔口50和一个狭缝54。孔口50和狭缝54中的每一者可以辅助挡热板与车辆的连接，提供或指导气流接近于挡热板10和/或提供携带、运送或安装挡热板10的协助。如图2C中所示，这是挡热板10从图1的线2C-2C观看时的截面视图，孔口边缘64位于外层30中的孔口50的周边周围。孔口50通过内表面孔口周边52和外表面孔口周边53限定。孔口边缘表面65定义为第二外表面34的朝向外表面32附近孔口50压缩的部分。类似于压缩边缘62，可以形成压缩孔口边缘64以使内层20与外层30在孔口50周围牢固地密封。狭缝54位于挡热板10的外周边，与压缩边缘62毗邻，其中外层30被压缩得接触内层20。
外层30的压缩区域包括例如压缩特征60、压缩边缘62和压缩孔口边缘64，一起在外层30中形成在结构上支撑通过内层20所形成的形状的图案。需要使外层30的压缩材料的量降到最低以便使由外层30的未压缩纤维材料提供的噪声抑制和热绝缘达到最大。
假定压缩边缘62、64将由成品挡热板10的形状和穿孔产生，可以使用计算机辅助建模(例如有限元分析(FEA))或原型试验来确定压缩特征60在外层30中的最佳构型和位置。举例来说，可以形成双层挡热板结构或用部分图案对其进行计算机建模，所述部分图案例如在挡热板10的内周边(例如在安装孔、开口等周围)和外周边周围的压缩边缘的预定义宽度w(参看图1和图2B)。然后，所述分析或试验可以鉴别挡热板10中需要更多加强以满足耐用性或振动目标的区域。然后，可以分析各种形状的压缩特征60以确定将促使挡热板10满足其要求的最小图案。
完成的挡热板10的内层20的所有边缘(包括内部边缘，例如通过孔口50所形成的边缘)朝外层30向下折叠以便形成用于挡热板10的运输和处置的相对平稳的边缘。
用于制造挡热板10的方法可以如下描述，并且为了解释的简单起见，在流程图图3中作为方法300图解说明。然而，根据本发明的步骤可以按各种顺序和/或同时地发生。另外，根据本发明的步骤可与本文未呈现和说明的其它步骤一起发生。此外，为了实施根据所揭示的主题的方法，并不是所有说明的步骤都是需要的。
如步骤302中所示，可以基于针对挡热板10的特定应用的计算机辅助建模(FEA)或原型试验做出材料和厚度选择，一些实例先前有所讨论。转向步骤304，根据应用和以上确定的要求设定内层20和外层30的材料的大小，每一者理想地为一个整体。
在步骤306，使粘合剂位于第二内表面24与第一外表面32之间。粘合剂可以呈粘合网状物形式，并且可以是对热的施加起反应的热固性或热塑性粘合剂。外层30通过层压方法步骤308用粘合剂附接到内层20，其中将外层30的PET纤维加热以与粘合剂反应。作为非限制性实例，可以使用热压机在约160-180摄氏度下加热各层。当加热时，第一外表面32与粘合剂粘结并且附接到内层20的第二内表面24。外层30的加热可以部分熔化接近第一外表面32的材料以辅助外层30附接到粘合剂和内层20。
一旦内层20和外层30彼此固定附接，就可以在步骤310形成所希望的大小和形状的组合件。可以将附接层放置于模具中，并且然后通过压缩模制工艺，使挡热板10成型为所希望的状态。压缩模制可以包括向模制工艺中施加热。还预期挡热板10可以通过模冲压工艺使用单一模组合件或一系列级进模形成。
压缩特征60可以通过在用于步骤310的压缩模制工艺中的模具上包括特定结构来实现。所述特定结构可以接触压缩特征60并且在模制期间向压缩特征60施加比第二外表面34的周围区域大的压力。这又使得压缩特征60在朝向第一外表面32的方向上更进一步的压缩。类似地，如果冲压挡热板10，那么公模部分可以包括所述结构。因此，模具或模图案可以经设计以产生具有特定大小并且定位的压缩特征60。结果是外层30中的压缩图案提供对内层20的结构支撑，以便保持挡热板10的形状。模制工艺还可以削减内层20的边缘以便不需要后续修整或卷边工艺。
应注意，挡热板10可以取决于挡热板10的具体应用而连接到位于机动车辆上的各种结构。作为非限制性实例，连接构件可以包括含或不含垫圈的螺纹扣件、含或不含垫圈的推针或经设计用于连接到位于车辆上的结构的一体化突出物和凸缘。挡热板10可以包括用于容纳所述连接构件的孔、凸缘和狭缝。
挡热板10可以通过沿着远离车辆区域的方向反射热辐射能量提供不受热源12影响的热保护。另外，挡热板10可以通过使用具有低导热性的材料减少热传导。此外，挡热板10可以通过遮蔽与热源12接触的流体和空气的区域，提供不受热对流影响的保护。以类似方式，挡热板10可以通过反射声波并且抵抗声音行进振动通过挡热板10的材料，提供不受发动机噪声和/或道路噪声影响的声音保护。
虽然已经结合某些实施例描述了本发明，但是应了解，本发明不限于所揭示的实施例，而是相反地打算涵盖包括在所附权利要求书的范围内的各种修改和等效安排，所述范围应给予最广泛的解释以便涵盖如根据法律准许的所有所述修改和等效结构。

Claims (20)

1.一种挡热板，其包含：
由具有相对的第一和第二表面的第一层铝和固定地附接到所述第一层的所述第二表面的第二层合成纤维材料形成的双层结构，其中在与所述第一层相对的所述第二层的表面中形成图案，所述图案具有比所述第二层的其它位置高的压缩和小的厚度，并且所述图案提供对所述第一层的结构支撑。
2.根据权利要求1所述的挡热板，其中所述合成纤维材料是聚对苯二甲酸乙二酯。
3.根据权利要求2所述的挡热板，其中所述第二层的纤维面密度是介于约600gsm与1600gsm之间。
4.根据权利要求2所述的挡热板，其中所述聚对苯二甲酸乙二酯是包含多种具有不同旦尼尔(denier)的纤维的均质混合物。
5.根据权利要求1所述的挡热板，其中所述第一层的厚度是介于0.005英寸与0.010英寸之间。
6.根据权利要求1所述的挡热板，其中所述第一层经穿孔。
7.根据权利要求6所述的挡热板，其中所述第一层的所述第一表面经压印。
8.根据权利要求1所述的挡热板，其中所述图案包括所述第二层的接近所述第一层的周边的边缘部分。
9.根据权利要求1所述的挡热板，其中所述图案包括多个线段。
10.一种用于产生挡热板的方法，所述方法包含：
使第一层铝固定地附接到第二层合成纤维材料以形成双层结构，所述第一层具有相对的第一和第二表面并且所述第二层固定地附接到所述第一层的所述第二表面；并且
使所述双层结构成型为具有在与所述第一层相对的所述第二层的表面中形成的图案的所希望的形状，所述图案具有比所述第二层的其它位置高的压缩和小的厚度，并且所述图案提供对所述第一层的结构支撑。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述成型包含压缩模制方法。
12.根据权利要求10所述的方法，其中使所述第一层固定地附接到所述第二层包含：
使热固性或热塑性粘合剂成层于所述第一层的所述第二表面与所述第二层之间；并且
将所述第一层与所述第二层层压在一起。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述层压包括在加热所述第一层和所述第二层的同时层压。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述合成纤维材料是聚对苯二甲酸乙二酯。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二层的纤维面密度是介于约600gsm与1600gsm之间。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一层的厚度是介于0.005英寸与0.010英寸之间。
17.根据权利要求10所述的方法，其中作为所述成型的结果，所述图案包括所述第二层的接近所述第一层的周边的边缘部分。
18.根据权利要求10所述的方法，其进一步包含：
产生所述图案用于所述成型。
19.根据权利要求18所述的方法，其中产生所述图案用于所述成型包含：
对呈所希望的形状的具有所述图案的部分形式的所述挡热板进行计算机建模；并且
分析具有所述图案的所述部分形式的所述挡热板以确定沿着所述第一层需要加强的位置。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述图案包括多个线段。
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