CN105408080B - 模制装置和用于压缩模制纤维增强型预成型件的方法 - Google Patents

模制装置和用于压缩模制纤维增强型预成型件的方法 Download PDF

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Abstract

一种改造过的压缩模制装置10，其中，压缩模制工具11已经被改造成允许使用预浸渍的预成型片材来生产大体积的A类汽车结构部件。预浸渍的预成型件具有延伸过预浸渍的预成型件的整个长度的连续的未切割的纤维。预浸渍的预成型件随后被放置在敞开的压缩模制工具中，压缩模制工具具有能够在打开位置与闭合位置之间移动的下半部分16和上半部分12。当模制工具处于闭合位置时，上半部分和下半部分形成了由上半部分的成型表面14和下半部分的成型表面18限定的成型腔20。下半部分的成型表面具有由溢流边缘24和上剪切部26、28限定的边界，所述边界对于利用预浸渍的预成型材料形成A类汽车结构部件来说是必要的。

Description

模制装置和用于压缩模制纤维增强型预成型件的方法
技术领域
本发明涉及使用为预浸渍的预成型材料专门设计的压缩模制工具的压缩模制装置，其中，预浸渍的预成型材料具有预浸渍有树脂的连续的未经切割的纤维。
背景技术
由于在用于形成期望的部件的预浸渍的预成型片材中的纤维的存在，使用预浸渍的预成型件来形成模制部件通常提供了高强度。传统地，预浸渍的预成型片材或材料在具有单面工具的压热器过程中被模制，其中，预浸渍的预成型材料片材或预成型件被放在该单面工具上并且随后在压热器中在压力或真空下被加热，从而将预成型件模制成期望的形状。利用压热器的成型阶段产生了具有与预浸渍的预成型材料相关联的高强度和期望的光洁度的部件。然而，缺点是整个过程实施起来非常慢且昂贵，这是由于在压热器中利用高热和压力或真空使材料成型极大地增大了用于形成模制部件的生产时间和能耗。
压缩模制的领域涉及模制部件的方法，在该方法中，将模制材料——通常是预热的熔融的材料喷丸——放置在敞开的且被加热的模腔中。模具通过上模塞或上部腔构件闭合以施加压力从而迫使熔融的材料接触所有的模腔区域，同时保持热量和压力直至模制材料固化。一般而言，压缩模制已经适于较大的基本形状的产品应用，并且提供了允许物件被非常快速地模制的优势；然而，压缩模制的缺点之一是该过程在模制提供强度和A类光洁度的结构增强型物件的能力方面受到限制。不能获得A类光洁度通常是因为挤压过程，在挤压过程中，成型的部件在关键位置中会具有不平坦的或翘曲的表面。因此，期望研发一种用于大量生产具有A类光洁度的汽车结构部件的其他模制装置。
发明内容
本发明涉及压缩模制装置，该压缩模制装置包括具有能够在打开位置与闭合位置之间移动的下半部分和上半部分的压缩模制工具。压缩模制工具的成型腔由该工具的上半部分上的成型表面和下半部分上的成型表面限定，其中，成型腔在压缩模制工具被布置在闭合位置中时被限定。根据本发明的压缩模制装置还包括由沿着模具的下半部分上的成型表面的溢流部和上剪切部限定的边界。压缩模制装置还包括具有带连续的未切割的纤维的未固化的树脂的预浸渍的预成型件，所述连续的未切割的纤维延伸过预浸渍的预成型件的整个长度和宽度中的一者或者长度和宽度两者。
当压缩模制工具处于打开位置时，预浸渍的预成型件被放置在模具的下半部分中，并且压缩模制工具随后移动至闭合位置。向预浸渍的预成型件施加热和压力以将预浸渍的预成型件模制成一定的形状，并且开始使未固化的树脂固化。在模制期间，预浸渍的预成型件中的部分变成熔融材料。熔融材料中的一些熔融材料还会存在于溢流边缘中，在溢流边缘处，预浸渍的预成型材料将不会流动至成型腔的最外边缘。与溢流边缘相邻地定位的上剪切部限制来自预浸渍的预成型件的熔融材料进一步移动离开成型腔，从而防止了压缩模制工具因使用预浸渍的预成型件而使被锁定就位。
附图说明
图1是模制工具的上半部分的成角度立体图；
图2是模制工具的下半部分的成角度立体图；
图3是模制工具在闭合位置的俯视平面图；
图4是模制工具在闭合位置的局部横截面侧视平面图；
图5是模制工具的替代实施方式在闭合位置的局部横截面侧视平面图；
图6是模制工具在敞开位置的侧视立体图，其中，预浸渍的预成型件被放置在模制工具中；
图7是根据本发明的一个实施方式的预浸渍的预成型件的局部横截面侧视平面图；
图8是压缩模制工具在闭合位置的侧视平面图；以及
图9是根据本发明的替代实施方式的替代预浸渍的预成型件的俯视平面图。
具体实施方式
本发明旨在使用改造过的压缩模制装置，在该压缩模制装置中，压缩模制工具已经被改造成允许使用预浸渍的预成型件以生产大批量的且能够具有期望的A类光洁度的汽车部件。现参照所有附图，并且特别地参照图6和图8，压缩模制装置10被示出。压缩模制装置10包括压缩模制工具11，压缩模制工具11具有上半部分12(也在图1中示出)，上半部分12具有上半部分成型表面14和保持该上成型表面14的上承载件15。下半部分16(也在图2中示出)具有下成型表面18和用于保持该下成型表面18的下承载件17。如图4至图6以及图8中所示，上半部分12构造成定位在下半部分16之上。上半部分12和下半部分16构造成在如图6中所示的打开位置与如图8中所示的闭合位置之间移动。当上半部分12和下半部分16处于闭合位置时，上成型表面14和下成型表面18形成了如图4、图5和图8中所示的模腔或成型腔20。
在模制过程期间，预浸渍的预成型件30放置在压缩模制工具11的上半部分12与下半部分16之间。压缩模制工具11被预热至足以使预浸渍的预成型件30的一部分熔融的温度，压缩模制工具11闭合并且向预浸渍的预成型件30施加压力。这个过程使熔融树脂31在成型腔20内成型。在压缩过程和加热过程之后，压缩模制工具11移动至打开位置并且成品部件被移出。详细的描述涉及预浸渍的预成型件30、熔融材料31和成品部件。成品部件由预浸渍的预成型件30和熔融树脂31形成；因此，成品部件及成品部件在成型腔20内的位置由此在附图中被指示为附图标记30和31两者。
位于上成型表面14和下成型表面16上的是边界22，边界22限定成型部件30、31的期望的边缘。在模制过程期间，预浸渍的预成型件30放置在被加热的模制工具11内，并且熔融树脂31在成型腔20中移动。在压缩模制过程期间，预浸渍的预成型件30的一部分在边界22(例如，成品部件的边缘)和溢流边缘24中。在本发明的于图5中示出的实施方式中，溢流边缘24终止于上剪切部26处，上剪切部26是成型腔20的相对于部件的成品表面向上移的部分，部件的成品表面在本发明的附图中是成品部件的面向上成型表面14的部分。成品表面是成品部件30、31的面向下成型表面18的部分也属于本发明的范围内。
图4示出了本发明的替代实施方式，该实施方式在位于成品部件的边缘处的溢流边缘24处具有高度较小的上剪切部28。与上剪切部28相邻的是位于压缩模制工具11的两个半部分12、16之间的后部下剪切部29。
上剪切部26、28用以防止来自预浸渍的预成型件30的熔融树脂31在上半部分12、下半部分16之间移动到压缩模制工具11的下剪切部27、29部分。这在图4和图5两者中都有示出。上剪切部26、28的使用相比于传统的压缩模制工具提供了优势，传统的压缩模制工具通常具有与部件的边界相邻地定位的下剪切部。如果本发明中使用的预浸渍的预成型件通过具有位于部件的边界处的下剪切部的工具模制，则由于重力和压力会使树脂进一步向下移动到下剪切部中，成型工具的上半部分和下半部分将会在树脂移动到下剪切部的区域中时被锁定。本发明提供了包括上剪切部26、28的优点，上剪切部26、28防止了熔融材料移动穿过腔20到达压缩模制工具的下剪切部27、29部分，因为熔融树脂31必须抵抗重力的作用。这防止了工具被锁止并且允许利用预浸渍的预成型件30的压缩模制，其中，在预成型件内具有连续的加强件。
另外，图4中示出的实施方式在于溢流边缘24处提供上剪切部28的同时，还提供了下剪切模制工具的维护便利，这对于在压缩模制工具11中模制预浸渍的预成型件30来说是必要的。图4中存在有位于下半部分16上的磨损表面区域40，在磨损表面40上进行维护较容易，这是因为当压缩模制工具11处于打开位置时，可以直接触及到下半部分16而不需要向下弯和倒置作业。如果磨损表面位于上半部分12上，则需要向下弯和倒置作业。在图5中，磨损表面40’位于上半部分12上，在磨损表面40’上进行维护较困难，这是因为上半部分12不容易触及到并且进行维护的人员必须向下弯以在位于头顶上方的上半部分12上作业。
文中所描述的上剪切部26、28意味着成型部件的边缘在于模具中成型时相对于部件的成品表面向上移。这防止了预浸渍的预成型件30的连续的未切割的纤维36、36’将压缩模制工具11的上半部分12和下半部分14粘附或阻塞在一起，粘附和阻塞在下剪切边缘的情况下会发生。
压缩模制装置10还包括预浸渍的预成型件30的材料，预浸渍的预成型件30的材料具有带连续的未切割的加强件的未固化的树脂，这些加强件延伸过预浸渍的预成型件30的整个长度和宽度中的一者或长度和宽度两者。为切割的加强材料或纤维的不连续的加强件也属于本发明的范围内。预浸渍的预成型件30可以包括树脂材料，其中，在树脂材料自身中具有加强件，或者预浸渍的预成型件30由如图7中所示的多个层形成。
图7示出了六个不同的层；然而，根据具体应用使用任何数目的层都属于本发明的范围内。现参照图7，预浸渍的预成型件30具有带型芯34的两个未固化的外部树脂层32、32’。如图7中所示，型芯34为延伸过预浸渍的预成型件30的整个长度或宽度的四个交替的纤维材料层36、36’。如图7中所示，其中的一种纤维层36沿一个方向延伸过预成型件，而另一种纤维层36’沿与相邻层成大致九十度的方向延伸并且以此反复。在型芯34中实施更多或更少数目的层都属于本发明的范围内。型芯34为夹置在两个外部层32、32’之间的纤维板或预制型芯——诸如卡纸板、泡沫、蜂窝和波纹状材料之类——也属于本发明的范围内。
预浸渍的预成型件30具有大致达30mm的厚度，优选小于0.4mm至大于3mm，并且优选地为0.8mm和1.5mm。连续的未切割的纤维36、36’由包括以下类型的纤维中的一者或更多者形成：碳纤维、编织纤维、玻璃，芳纶纤维、以及这些各种纤维的组合。连续的未切割的各个纤维层36、36’可以是具有大致大于等于0.1mm直至包括0.6mm并且优选地包括0.2mm的厚度的交替材料层。如图7中所示，交替的未切割的纤维层36、36’由树脂材料围绕并且不一定是纤维；然而，未切割的纤维36、36’没有被围绕或悬置在树脂材料中也属于本发明的范围内。两个未固化的外部树脂层32、32’包括来自包括环氧树脂、聚氨酯、乙烯基酯以及这些材料的组合的组的未固化的树脂材料。在本发明的另一实施方式中，多个层可以形成预浸渍的预成型件并且预浸渍的预成型件30可以是具有被树脂材料围绕的未切割的纤维的堆叠层36、36’并且不具有两个未固化的外部树脂层32、32’。这种实施方式将使围绕未切割的纤维的树脂材料固化。
现在参照图9，本发明的替代实施方式示出了预浸渍的预成型件130，该预浸渍的预成型件130具有穿过预浸渍的预成型件130而形成的多个预切口137。当预浸渍的预成型件130被放置在压缩模制装置10内时，预切口137帮助在已完成的部件中形成期望的角度和表面。当使用压缩模制装置10来形成具有尖角的部件时，在预浸渍的预成型件130上设置预切口137有助于使预浸渍的预成型件130以尖角模制而不损伤已完成的部件的表面质量。
本发明还包括压缩模制装置10的方法，该方法包括提供具有带连续的未切割的纤维36、36’的未固化的树脂32、32’的预浸渍的预成型件10的步骤，其中，连续的未切割的纤维36、36’延伸过预浸渍的预成型件30的整个长度和宽度中的一者或者长度和宽度两者。
该方法还包括提供具有能够在打开位置与闭合位置之间移动的下半部分16和上半部分12的压缩模制工具11的步骤。压缩模制工具11包括在压缩模制工具11处于闭合位置时由上半部分12的成型表面14与下半部分16的成型表面18限定的成型腔20。
该方法还包括为压缩模制工具11的下半部分16的成型表面18提供由溢流边缘24和上剪切部26、28限定的边界22的步骤。其中，上剪切部26、28是成型腔20的相对于部件30、31的成品表面向上移的部分。
接下来的过程是预热压缩工具11并使压缩模制工具11移动至上半部分14与下半部分18被移动成远离彼此的打开位置的步骤。压缩模制工具11被加热的温度取决于预浸渍的预成型件的未固化的树脂32、32’的熔点。压缩模制工具11在打开位置与闭合位置之间的运动包括上半部分12与下半部分16两者顺序地或同时地移动成远离彼此，或者上半部分12和下半部分16中的一者保持静止，而上半部分12或下半部分16中的另一者移动成远离静止的上半部分12或下半部分16。
在预热的步骤之后，进行将预浸渍的预成型件30插入压缩模制工具10的下半部分18中的步骤。此步骤可选地还包括通过位于模制工具11的下半部分16或上半部分12中的真空口应用的抽真空。抽真空有助于在模制期间将预浸渍的预成型件20保持就位。可以仅在此步骤处或者可以贯穿整个模制过程连续地应用抽真空。此外，可以利用真空计监测真空度。随后压缩模制工具11闭合，从而使预浸渍的预成型件因压缩模制工具11内的热而变热以及因压缩模制工具11的上半部分12的下述力而被加压或挤压：所述力在预浸渍的预成型件30位于上半部分12与下半部分16之间的情况下被朝向压缩模制工具11的下半部分15施加，从而使压缩模制工具11移动至闭合位置。就打开压缩模制工具11的步骤而言，上半部分12和下半部分16沿与以上段落中所述的方向相反的方向移动也属于本发明的范围内。
该方法中的接下来的步骤涉及通过使未固化的树脂在成型腔20内变成熔融树脂31而使预浸渍的预成型件30成型为成品部件。在成型步骤期间，上剪切部26、28限制熔融树脂31移动通过溢流边缘24和上剪切部26、28。
本发明的其他应用领域将通过上面提供的详细描述变得明显。应该理解，详细说明和具体实例尽管指示了本发明的优选实施方式，但它们只是用于说明的目的，并且不意在限制本发明的范围。

Claims (18)

1.一种压缩模制装置，包括：
预浸渍的预成型件，所述预浸渍的预成型件具有带连续的未切割的加强件的未固化的树脂，所述加强件延伸过所述预浸渍的预成型件的整个长度和宽度中的一者或者所述长度和所述宽度两者；
压缩模制工具，所述压缩模制工具具有能够在打开位置与闭合位置之间移动的下半部分和上半部分，其中，所述压缩模制工具具有在所述压缩模制工具处于所述闭合位置时由所述上半部分的成型表面、所述下半部分的成型表面限定的成型腔，其中，还设置有溢流边缘，所述溢流边缘终止于作为所述成型腔的一部分的上剪切部处，并且与所述上剪切部相邻的是位于所述压缩模制工具的两个半部分之间的后部下剪切部，其中，所述上剪切部防止熔融材料移动穿过所述腔到达所述后部下剪切部；以及
其中，所述下半部分的所述成型表面具有由所述溢流边缘和所述上剪切部限定的边界。
2.根据权利要求1所述的压缩模制装置，其中，所述预浸渍的预成型件具有在0.8mm与1.5mm之间的厚度。
3.根据权利要求1所述的压缩模制装置，其中，所述预浸渍的预成型件具有在0.4mm与3mm之间的厚度。
4.根据权利要求1所述的压缩模制装置，其中，所述预浸渍的预成型件具有由两个树脂层片包围的纤维型芯，其中，整个所述预浸渍的预成型件具有达30mm的厚度。
5.根据权利要求1所述的压缩模制装置，其中，所述预浸渍的预成型件包括未固化的树脂材料，所述未固化的树脂材料选自包括环氧树脂、聚氨酯、乙烯基酯以及这些材料的组合的组。
6.根据权利要求1所述的压缩模制装置，其中，所述连续的未切割的纤维为选自包括碳纤维、编织纤维、玻璃，芳纶纤维、以及这些材料的组合的组中的一者。
7.根据权利要求1所述的压缩模制装置，其中，所述上剪切部是所述成型腔的相对于部件的成品表面向上移的部分。
8.根据权利要求1所述的压缩模制装置，其中，所述预浸渍的预成型件具有形成在所述预浸渍的预成型件上以在压缩模制过程期间辅助在所述预浸渍的预成型件上模制角度的一个或更多个预切口。
9.一种压缩模制装置，包括：
预浸渍的预成型件，所述预浸渍的预成型件具有带连续的未切割的加强件的未固化的树脂，所述加强件延伸过所述预浸渍的预成型件的整个长度和宽度中的一者或者所述长度和所述宽度两者，其中，所述预浸渍的预成型件具有达30mm的厚度，并且所述未固化的树脂的材料为选自包括环氧树脂、聚氨酯、乙烯基酯以及这些材料的组合的组中的一者，其中，所述连续的未切割的纤维为选自包括碳纤维、编织纤维、玻璃，芳纶纤维、以及这些材料的组合的组中的一者；
压缩模制工具，所述压缩模制工具具有能够在打开位置与闭合位置之间移动的下半部分和上半部分，其中，所述压缩模制工具具有在所述压缩模制工具处于所述闭合位置时由所述上半部分的成型表面和所述下半部分的成型表面限定的成型腔，其中，还设置有溢流边缘，所述溢流边缘终止于作为所述成型腔的一部分的上剪切部处，并且与所述上剪切部相邻的是位于所述压缩模制工具的两个半部分之间的后部下剪切部，其中，所述上剪切部防止熔融材料移动穿过所述腔到达所述后部下剪切部；以及
其中，所述下半部分的所述成型表面具有由所述溢流边缘和所述上剪切部限定的边界。
10.根据权利要求9所述的压缩模制装置，其中，所述上剪切部是所述成型腔的相对于部件的成品表面向上移的部分。
11.根据权利要求9所述的压缩模制装置，其中，所述预浸渍的预成型件具有形成在所述预浸渍的预成型件上以在压缩模制过程期间辅助在所述预浸渍的预成型件上模制角度的一个或更多个预切口。
12.一种压缩模制装置的方法，包括下述步骤：
提供具有带连续的未切割的纤维的未固化的树脂的预浸渍的预成型件，所述纤维延伸过所述预浸渍的预成型件的整个长度和宽度中的一者或者所述长度和所述宽度两者；
提供具有能够在打开位置与闭合位置之间移动的下半部分和上半部分的压缩模制工具，其中，所述压缩模制工具具有在所述压缩模制工具处于所述闭合位置时由所述上半部分的成型表面和所述下半部分的成型表面限定的成型腔，其中，还设置有溢流边缘，所述溢流边缘终止于作为所述成型腔的一部分的上剪切部处，并且与所述上剪切部相邻的是位于所述压缩模制工具的两个半部分之间的后部下剪切部，其中，所述上剪切部防止熔融材料移动穿过所述腔到达所述后部下剪切部；
在由所述溢流边缘和所述上剪切部限定的边界处提供所述压缩模制工具的所述下半部分的成型表面，其中，所述上剪切部是所述成型腔的相对于部件的成品表面向上移的部分；
预热所述压缩工具并使所述压缩模制工具移动至打开位置，在所述打开位置中，所述上半部分与所述下半部分被移动成远离彼此；
将预浸渍的预成型件插入到所述压缩模制工具的所述下半部分中；
闭合所述压缩模制工具，从而使所述预浸渍的预成型件因所述压缩模制工具内的热而被加热以及因所述压缩模制工具的所述上半部分在所述预浸渍的预成型件位于所述上半部分与所述下半部分之间的情况下朝向所述压缩模制工具的所述下半部分施加的力而被挤压，从而使所述压缩模制工具移动至所述闭合位置；
使所述预浸渍的预成型件被加热并被加压；
通过使所述未固化的树脂在所述成型腔内成型而使所述预浸渍的预成型件成型为成品部件，其中，所述成型的步骤还包括利用所述上剪切部限制熔融树脂移动通过所述溢流边缘和所述上剪切部的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预浸渍的预成型件具有形成在所述预浸渍的预成型件上以在压缩模制过程期间辅助在所述预浸渍的预成型件上模制角度的一个或更多个预切口。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预浸渍的预成型件具有在0.8mm与1.5mm之间的厚度。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预浸渍的预成型件具有在0.4mm与3mm之间的厚度。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预浸渍的预成型件具有由两个树脂层片包围的纤维型芯，其中，整个所述预浸渍的预成型件具有达30mm的厚度。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预浸渍的预成型件包括未固化的树脂材料，所述未固化的树脂材料选自包括环氧树脂、聚氨酯、乙烯基酯以及这些材料的组合的组。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述上剪切部是所述成型腔的相对于部件的所述成品表面向上移的部分。
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