CN104943199A - 复合材料的成型方法以及成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成型复合基材的方法包括：将基材层与材料层置于模具的型腔之中；加热所述模具使所述基材层与所述材料层部分结合；且控制所述型腔的预定位置的温度为低于所述基材层和所述材料层的结合温度从而在所述预定位置处使所述基材层和所述材料层保持未结合状态。

Description

复合材料的成型方法以及成型装置

技术领域

本发明涉及复合材料的成型方法以及成型装置，具体涉及一种车顶内衬的成型方法以及车顶内衬的成型装置。

背景技术

车辆通常包括车顶内衬来提供更舒适和美观的乘坐环境，这些内衬通常会具有多层结构以提高例如吸声隔热等功能。车顶内衬的前部和后部与前后挡风玻璃接触的位置通常需要卷边来形成更美观的外形。此外，目前市场越来越多的车辆会配置车顶天窗提供更好的体验，例如增加光线、空气流通、美感以及舒适性等。因此，为了提供天窗，车顶内衬需要留出中间的空隙并且同样提供卷边的边缘以形成更美观的表面。

在美国专利US5134014中公开了一种模塑成型泡沫复合板，其将覆盖层与泡沫层放置于模具中通过热活化粘合剂成型为所需形状。专利文献WO200609031中公开了一种多层结构的机动车车顶内衬用部件，其公开了以不同混合比例混合壳组分与芯组份从而形成的热塑性有机纤维增强复合材料，其可通过包含热粘合单元的连续加工单元加工复合片材用于制造产品。

发明内容

为了成型美观的车顶内衬，本发明的一个或多个实施例提供了一种成本较低的复合材料的成型方法以及一种车顶内饰的成型方法以及成型装置。

根据本发明一个方面提供了一种成型复合材料的方法包括：将基材层与材料层置于模具的型腔之中；加热模具使基材层与材料层部分结合；且控制型腔的预定位置的温度为低于基材层和材料层的结合温度从而在预定位置处使基材层和材料层保持未结合状态。

根据本发明一个实施例，控制型腔的预定位置的温度包括在所述模具的对应预定位置处提供隔热材料。

根据本发明另一个实施例，控制型腔的预定位置的温度包括在基材层和/或材料层的对应预定位置处提供隔热材料层。

根据本发明又一个实施例，控制所述型腔的预定位置的温度包括在所述模具的对应预定位置处设置冷却介质。

根据本发明又一个实施例，方法进一步包括切割所述基材层的未结合部分以提供不同长度的所述基材层和所述材料层的边缘。

根据本发明的另一个方面，提供一种复合材料的成型模具，包括：第一半模具；第二半模具；其中第一半模具和第二半模具定义型腔以容纳所述复合材料，且第一半模具和/或第二半模具在相对于型腔的第一位置处的材料具有与第二位置处的材料不同的导热系数。

根据本发明一个实施例，其中第一位置处的材料包括隔热材料。

根据本发明另一个实施例，其中隔热材料为导热系数不大于0.3W/(m·K)的隔热材料。

根据本发明又一个实施例，其中隔热材料设置为厚度大于2毫米的隔热材料层。

根据本发明又一个实施例，其中隔热材料至少一部分设置在第一半模具和第二半模具形成的型腔内部。

根据本发明又一个实施例，其中隔热材料至少一部分设置在第一半模具和第二半模具至少一个的外部。

根据本发明又一个实施例，其中隔热材料设置呈颗粒状。

根据本发明又一个实施例，其中在第一位置处设有冷却介质。

根据本发明又一个实施例，其中所述第一位置和第二位置间有突起部。

根据本发明又一个实施例，其中所述成型模具的型腔与车辆的车顶内饰形状相对应。在某些实施例中，第一位置处为对应车辆的天窗安装区域和/或所述车顶内饰的至少部分边缘位置。

根据本发明的实施例提供的成型方法步骤简洁而且提供的成型模具结构简单，只需要一套模具可以选择性成型复合材料的预定区域，根据本发明的实施例提供的方法和模具能够提供具有良好的边缘卷边的产品，同时保持成型的成本较低。

应该理解提供上述简要说明用于以简化的形式引入将在详细描述中进一步描述的一系列选择的概念。不意味着确认所保护的本发明主题的关键的或基本的特征，本发明的范围将由本申请的权利要求唯一地界定。此外，所保护的主题不限于克服上文或本公开的任何部分中所述的任何缺点的实施方式。

附图说明

为了更好地理解本发明的实施例，在此通过示例的方式结合附图更详细地描述了本发明的具体实施例，其中：

图1显示了本发明的一个或多个实施例中的车顶内衬示意图；

图2A显示了可用于形成如图1中所示的车顶内衬的模具中成型复合材料层的剖面示意图；

图2B显示了本发明另一个实施例中可用于形成如图1所示的车顶内衬的模具中成型复合材料层的剖面示意图；

图3A显示了图2A中复合材料层的A-A位置处剖面结构局部放大示意图；

图3B显示了图3A的实施例中的复合材料层中基材层的具体示例的结构示意图；

图4A-4C显示了本发明图2A-图2B所示的实施例中成型后复合材料各步骤示意图；

图5显示了可用于形成如图1中所示的车顶内衬复合材料的成型步骤。

具体实施方式

根据需要，在此揭示了本发明的具体实施例；然而，应当理解在此揭示的实施例仅为可以多种和可替代形式实施的本发明的示例。附图并不必须按照比例绘制；可以扩大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此揭示的具体结构和功能细节不应该揭示为限制，而仅仅是用于教导本领域内技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。

图1显示了车辆中的车顶内饰100在车辆180中所处的位置，其可位于车辆内部的顶部，在此示例中还设有天窗150，车顶内饰100留有开口，用于天窗150的安装。

为了成型图1所示的车顶内饰100，通常需要比较复杂的模具和工艺来成型车顶内衬特别是提供卷边的边缘。具体的，在某些现有成型方式中，首先需要通过成型模具将复合材料热压合来成型基材；随后切割成希望的形状；（例如在需要提供天窗的车辆中可以切割去除部分车顶内衬以预留用于安装天窗的空间）；再次通过另一套成型模具将上面切割形成的基材与面料层热压合；然后再切割面料层并留有翻边的余量以包覆前后挡风玻璃位置处的基材边缘以及天窗区域周边的基材的边缘。本发明的发明人认识到上述方法和模具的复杂性，而提供了一种复合材料的成型方法和模具。下面通过具体的实施例结合附图来介绍本发明。

具体的，图2A显示了在本发明一个或多个实施例中模具中成型的材料层以及模具的剖面视图。第一半模具201和第一半模具202的部分位置可独立地或共同提供隔热材料203、204。第一半模具201和第一半模具202可替代地被称为上模201和下模202。术语“半模具”并不必然代表或限制模具尺寸大小，例如，“半”字不一定代表“一半”。隔热材料203，204相对于上模201和/或下模202的其它部分有不同的导热系数。换句话说，由于隔热材料203和/或204的存在导致的导热性差异而在模具的成型型腔中提供预成型材料205不会发生热成型的部分区域。

在此实施例中，上模201和下模202分别具有在预定位置铺设的隔热材料层203、204；至少包括两层以上的复合材料层205位于所述上模201和下模202形成的型腔内。通过提供反应条件例如使模具升温或增压来使得材料层205相互结合，而在铺设了隔热材料层203、204的该位置处材料层205低于其结合的温度，从而在反应结束依然该铺设隔热材料层203、204的部分位置处是没有发生结合的材料层，而在其他没有铺设隔热材料层的位置处材料层热结合。在一个实施例中，还可以在模具需要控制温度的部分位置设有冷却介质，例如可以提供冷却管道250传输冷却介质以提供更好的降低预定位置处材料层温度的效果。冷却介质可以是任何合适的材料，包括但不限于冷却或制冷液，特别是冷却水。

图2B显示了本发明的另一个实施例，与图2A实施例不同的是在图2B所显示的实施例中上模201和下模202的外部230和内部240分别设有隔热材料层203、204，可以预想到隔热材料可以设置在模具外部230以隔断外部热源，也可以设置在模具内部240以隔断向内部材料的热传递，也可以在模具内部和外部均设置以保证隔热效果。此外，可以理解为了获取降温效果，也可以通过在需要控制温度的位置设置冷却管道以达到所需的控温效果。本申请中的复合材料层205之间的反应或者结合可以指发生化学反应，例如表面发生交联反应，但不限于发生化学反应，例如也可以只是通过某一材料层加热熔融而随后固化产生相互粘结。

在一个或多个实施例中，隔热材料层203、204可以预先设置在模具中的预定位置。预定位置可以根据需要的特定的设计而变化。例如，如图2A和2B示意性地描述的，预定位置位于对应于天窗位置的中央位置处，而在预定位置周围设置有突起部206，在随后复合材料层205成型完成从模具中取出后会在对应突起部206的位置处形成凹槽，随后在该位置处进行切割和包覆。在此示例中，预定位置以及突起部的位置可以相对于观察者的视角朝向左侧或右侧移动，取决于需要提供卷边的位置以及需要提供的用于卷边的材料长度。

尽管在此提供的示例以及讨论与图1中的车辆内饰件100相关联，然而应该理解车辆内饰件100只是复合材料层205的非限制性示例。换句话说，复合材料层205可以用于任何合适的目的以及任何合适的载体，例如车辆，飞机以及家具等等。

再次参考图2B,隔热材料设置位置可以为模具内部240或者外部230，或者模具内部240和外部230均设置隔热材料层，或者其可以为模具的一部分，例如其可以为以颗粒状分布于模具的预定位置。隔热材料所设定的预定位置可以根据需要来选择，例如其可以设定为对应于车辆车顶内饰的天窗开口区域，或者车辆车顶内饰的周围边缘区域。在一个需要提供天窗的车顶内饰成型的实施例中，根据设计需要在对应要提供天窗开口的位置处提供隔热材料，而隔热材料铺设区域的大小大体与天窗开口大小相对应。

在一个或多个实施例中，隔热材料层可以为导热系数小于或等于0.3W/(m·K)的隔热材料。材料的导热系数是材料本身的固有特性，不同材料的具有不同的导热系数，而本领域内技术人员可以采用市售的材料导热系数测量仪器来测定材料的导热系数，例如美国Anter公司的型号为美国Anter（TA）FL4010的测试仪。具体地，本申请中可以采用市售的隔热材料，例如Furtech公司提供的高温隔热软毡，例如耐温达650摄氏度的纳基隔热软毡、耐温385-650摄氏度的派基隔热软毡、耐温800-1000度的微纳隔热板等产品系列。可以理解，取决于模具成型的材料的耐温性能以及反应温度，可以根据需要选择不同的导热系数的隔热材料。例如在一个实施例中，需要为模具提供120-150摄氏度的热成型温度，而热熔胶只有在50摄氏度以上在水的催化之下才能活化与相应材料层发生反应产生良好的粘接作用，因而在本实施中可以选择导热系数小于0.3W/(m·K)的材料，例如上述的隔热软毡，使得在铺设隔热料的该部分的位置处传导至复合材料的热量不足以加热复合材料层至结合的温度。当然在本发明预想的范围内也可以针对材料层本身进行隔热处理以阻隔材料层反应，可以实现本发明的目的。而将隔热材料203、204设置于模具中使得制程中特定的隔热的位置更加可控，多层复合材料发生移动也不会影响到隔热位置，可靠性高，并且隔热材料预设于模具之后可以重复利用，还可以节约制程成本以及模具和材料的成本。

复合材料层205可以具有两层或者两层以上的材料。在一个实施例中，如图3A所示，图2A所示的复合材料层205的A-A剖面放大图中可以看到复合材料层205包括基材层211以及材料层213。材料层213可以为面料层，例如其可以为织物层或根据需要选择其他具有良好外观的材料层。在该实施例中，模具201和202温度升高使得基材层211与材料层213结合，在铺设隔热材料层203、204的位置不会达到基材层211与材料层213的结合温度，从而会在该铺设隔热材料的部分位置处提供没有结合的基材层211和材料层213而在其他的位置处提供热结合的基材层211与材料层213。

如图3A所示复合材料层205所包括的基材层211可以包括多层材料。例如，并如图3B所示的实施例中，基材层211可以包括五层材料。第一层材料210为无纺布层，可以理解也可以为其他材料，例如牛皮纸等，第二层材料216为玻璃纤维层，同样其他具有增强作用的材料尤其增强纤维材料层例如碳纤维、硼纤维等也可使用，第三层材料212为热熔胶，具体为聚氨酯反应型热熔胶，可以预想其它类型的热熔胶例如乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）热熔胶、溶剂型氯丁胶和SBS、SIS、聚酯、聚酰胺等热熔胶，中间层材料218为发泡材料聚氨酯（PU）泡沫层；第四层材料214为热熔胶材料，当然其可以与材料层212相同或者不同，第五层材料220与材料层216相同为玻璃纤维层，可预想或其他增强纤维材料层例如碳纤维、硼纤维等与材料层216相同或者不同的材料均可以应用。尽管在本实施例中材料层211可以包含多层材料，本领域技术人员完全可以预想到其他合适的实施方式，改变材料层或者减少或者增加其他材料层，例如可以增加或替换功能性的材料，例如多增加玻璃纤维，或者多增加其他能提供更大强度，或更好吸音性、隔热性的材料。在一个实施例中，在提供了热熔胶的表面上可以提供水作为催化剂以促进粘合，然而，本领域内技术人员可以选择任何合适的其它类型的催化剂。

上述成型的复合材料层可以进一步切割，不同于上面提到的现有成型方式中提到的先成型基材；再切割基材；再次成型切割得基材和面料；然后进一步切割面料层；本申请由于一次性成型的基材和面料，所以只需在一步成型后进行基材和面料的分别切割，简化了成型步骤。而具体切割方式可以利用现有技术中任何合适的切割方式。在图2A所示的实施例中，为了提供包括天窗的车辆车顶内饰，在该实施例中在预设用于天窗的区域提供了隔热材料203、204，从而后续可以将该区域的材料切除，并在该切除材料的内周提供分离的材料层边缘，以便于天窗周围使得材料层213的边缘包覆其他基材材料层从而提供更美观的边缘。在不包括天窗的车辆车顶内饰的制程中，也可以采用本发明所提供的方法来提供更加美观的车顶内饰与车辆前后挡风玻璃接触的面，具体可以在模具的两端部提供部分隔热材料以形成分离的材料层边缘，并类似地，可以将面料层边缘卷边包覆住其它材料层以提供平滑均匀的表面。

为了便于切割步骤的进行，在一个实施例中，模具201和202中还提供有用于在材料层的预定位置形成切割槽的突起部分以便于后续对成型后的材料进行切割。在图2A所示的实施例中，上模201中提供了用于形成切割槽的突起206，突起206距离下模202一定距离209，并且具有一定宽度208。宽度208和距离209可分别独立为任何合适尺寸。在某些实施例中，宽度208可以为1-5毫米，例如3毫米，而距离209与面料层的厚度有关，一般可以为面料层厚度的0.5-1倍，例如0.8倍。本领域内技术人员可以根据需要进行设计，当然在其它实施例中，可以不必要提供上述模具内的突起部分。

图4A-图4C显示了如图2A和2B所示的模具201、202中取出的复合材料层的结构以及后续处理示意图。根据本发明图2A-2B显示的实施例中成型完成的材料如图4A所示，在铺设了隔热材料层203、204的位置成型的复合材料至少包括了未反应/未粘接/未结合的材料层213和其他材料层211，而在未铺设隔热材料层的位置则为粘合成一体的复合材料405。在图2A所示的一个实施例中，模具中设置有突起206从而在图4A的产品中形成切割槽403以便于后续切割。

接下来进行切割步骤可以通过下面方法500中的步骤508进行切割，在一个实施例中，如图4B所示，首先将材料层213拉开至与其他材料层211分离的位置，并通过合适的方式将面料213进行切割，并留有卷边的边缘余量。而随后可以将基材进行切割，如上所述，切割可以采用现有技术中的已知工艺。可以理解，如果需要，也可以设计合适的工装将面料层拉开并将希望切割的位置与切割槽403对齐，整体上进行一次切割。

接下来，如图4C所示，将多余部分211区域切割后的复合材料或者车顶内衬的裸露边缘通过留有包边/卷边余量的面料层213进行包覆，从而形成光滑美观的边缘。本发明中卷边或包边可以采用本领域内常规的卷边设备。例如在如图4C所示的一个实施例中面料层可以通过额外的粘接剂将面料包覆到成型材料远离面料的面上并通过卷边设备进行卷边，可以理解额外的粘结剂并不是必要的，取决于材料层的具体材料不同，在一些实施例中，可以直接将面料层粘合至材料层上并通过卷边设备加热成型。在另一些实施例中，可以在远离面料的边缘上提供塑料件以改善卷边后的硬度、强度以及美观程度，例如平整性。如图4C所示，热成型完成的产品可以提供平滑美观的边缘，本发明提供的方法可以避免额外的模具成本，并且卷边厚度和稳定性可控。

图5显示了本发明一个实施例中的成型的流程图。在步骤502处，参考图3A的所示的复合材料的结构示例，将至少包括基材层211和材料层213的复合材料层205放置于模具201、202中，如上所述，本领域内技术人员可以根据需要选择复合材料层205的构成。在步骤504处，加热模具201、202并控制材料预定位置处的温度，使得材料在部分位置结合，而在预定位置处不发生结合。控制材料预定位置的温度可以通过多种方法实现，例如可以包括在模具中提供隔热材料203、204或者散热用的冷却介质，可以理解隔热材料203、204可以为多种，其中可以预先将隔热材料层203、204设置在模具201、202中便于后续的工序进行。通过模具升温完成复合材料层的部分位置的结合。随后在步骤506处开模并取出复合材料。在步骤508处，在一个实施例中，可以先进行材料层213拉开进行单独的切割，并预留出卷边的余量，该步骤可以通过现有技术中的切割手段实现。随后可以采用本领域内合适的切割手段进行基材的切割，可以理解切割的先后次序并不影响。在该步骤处，用于包覆的材料层的边缘设置为不同长度，具体使得用于包覆的材料层213具有更长的边缘。在步骤510处，将材料层213/用于包覆的材料层卷边朝向远离自身的方向折叠包覆其他材料层，例如本实施例中被包覆的边缘为基材层的边缘。卷边包覆可以采用本领域内技术人员习知的工艺，利用卷边工装将卷边的部分材料加热并包覆到基材层背离面料层的表面上。

在本发明提供的方法教导下可以以一套模具通过更为简易的程序生产具有良好的外观与稳定性的车顶内衬。而后续将车顶内衬连接至车顶的过程可以采用现有技术中的多种方式，例如通过粘接、支架、卡扣、夹子等方式，在此不再赘述，尽管多个实施例描述了成型车顶内衬，可以预想到本发明的方法不仅限于车顶内衬的生产，也可用于制造其他的复合材料型材，例如上面提及的家具例如沙发、座椅、车船飞机等厢房等所需的美观的硬质衬板。

下面的权利要求书特别指出了被认为是新颖和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可涉及“一个”元件或“第一”元件或者其等价物。这样的权利要求应该被理解为包括一个或多个这种元件，既不要求也不排除两个或多个这种元件。描述的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以通过当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出而主张权利。这样的权利要求，与原权利要求书相比不论其更宽、更窄、等同或者不同，都应该被认为包括在本发明的主题中。

Claims (16)

1.一种成型复合材料的方法包括：

将基材层与材料层置于模具的型腔之中；

加热所述模具使所述基材层与所述材料层部分结合；且

控制所述型腔的预定位置的温度为低于所述基材层和所述材料层的结合温度从而在所述预定位置处使所述基材层和所述材料层保持未结合状态。

2.如权利要求1所述的方法，其中控制所述型腔的所述预定位置的温度包括在所述模具的对应所述预定位置处提供隔热材料。

3.如权利要求1所述的方法，其中控制所述型腔的所述预定位置的温度包括在所述基材层和/或所述材料层的对应所述预定位置处提供隔热材料层。

4.如权利要求1所述的方法，其中控制所述型腔的所述预定位置的温度包括在所述模具的对应所述预定位置处设置冷却介质。

5.如权利要求1所述的方法进一步包括切割所述基材层的未结合部分以提供不同长度的所述基材层和所述材料层的边缘。

6.一种复合材料的成型模具，包括：

第一半模具；

第二半模具；

其中所述第一半模具和所述第二半模具定义型腔以容纳所述复合材料，且所述第一半模具和/或所述第二半模具在相对于所述型腔的第一位置处的材料具有与第二位置处的材料不同的导热系数。

7.如权利要求6所述的成型模具，其中所述第一位置处的材料包括隔热材料。

8.如权利要求7所述的成型模具，其中所述隔热材料为导热系数不大于0.3W/(m·K)的隔热材料。

9.如权利要求7所述的成型模具，其中所述隔热材料设置为厚度大于2毫米的隔热材料层。

10.如权利要求7所述的成型模具，其中所述隔热材料至少一部分设置在所述第一半模具和第二半模具形成的所述型腔内部。

11.如权利要求7所述的成型模具，其中所述隔热材料至少一部分设置在所述第一半模具和第二半模具至少一个的外部。

12.如权利要求7所述的成型模具，其中所述隔热材料设置为呈颗粒状。

13.如权利要求6所述的成型模具，其中在所述第一位置处设有冷却介质。

14.如权利要求6所述的成型模具，其中所述第一位置和第二位置间有突起部。

15.如权利要求14所述的成型模具，其中所述突起部至少部分位于型腔之内。

16.如权利要求6-15中任意一项所述的成型模具，其中所述成型模具的型腔与车辆的车顶内饰形状相对应。