CN105690804A - 包覆模制预浸料制成的插件的方法及其用途 - Google Patents

包覆模制预浸料制成的插件的方法及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包覆模制用于制造机动车部件的预浸料制成的插件的方法，包括以下步骤：加热插件；将加热的插件放置于喷射模具中，所述模具包括保持在第一温度的第一部分和第二部分；以压实插件的方式闭合模具；仅冷却模具的第一部分直至该第一部分达到第二温度，同时保持模具的第二部分维持在第一温度，所述第二温度相对于所述第一温度更低；至少通过喷气的方法将插件与模具的第一部分分离，此时插件贴合在模具的第二部分上；使用喷射的热塑性塑料材料包覆模制插件。由于插件在包覆模制时具有较高的温度，从而确保与包覆在其上的热塑性塑料结合完好。同时，由于适当降低了模具一个部分的温度，使得插件的压实工艺效果得以绝大部分地保留。

Description

包覆模制预浸料制成的插件的方法及其用途
技术领域
本发明涉及机动车部件制造领域，更具体地，涉及包覆模制由预浸料制成的插件的方法及其用途。
背景技术
在机动车部件制造领域中，由复合材料制成的插件，由于具有复杂多变的形状与优良的机械性能，因而被广泛地应用于各种机动车部件中，例如保险杠梁、尾门箱、侧门增强件、车顶拱架、前立柱/中立柱/后立柱等。所述插件通常由预浸料制成的复合材料包覆模制(英文为“Overmolding”)热塑性塑料成型而成。
术语“预浸料(英文为“PREPREG”)”是一种常用的制造复合材料的中间材料，通常由塑料基体与浸渍在该基体中的增强体(例如：纤维或织物)构成。由于包含增强体，预浸料具有较高的机械强度，经常用于制造局部区域或整个区域需要加强的部件，例如机动车部件。市场上购买到的预浸料通常是片状或者卷状。按塑料基体不同，预浸料分成热固性塑料预浸料和热塑性塑料预浸料；按增强材料不同，预浸料分成碳纤维(织物)预浸料、玻璃纤维(织物)预浸料、芳纶(织物)预浸料。预浸科的制备方法有干法和湿法两种。干法又有粉末法和热熔塑料法(后者又称热熔法)之分。就目前的复合材料而言，热熔法复合材料的力学性能(如弯曲模量与强度、层间剪切强度等)保持率，特别是高温力学性能保持率，明显高于其它方法获得的复合材料。
术语“塑料”应理解为表示包括至少一种合成的聚合物树脂的任何材料。任何类型的塑料均可适用于本发明。特别适用的塑料属于热塑性塑料的范畴。术语“热塑性塑料”应理解为表示包括任何热塑性聚合物，这包括热塑性弹性体以及它们的共混物。术语“聚合物”应理解为既表示均聚物也表示共聚物(尤其是二元或三元共聚物)。这些共聚物的非限制性实例是：无规共聚物、直链嵌段共聚物、其他嵌段共聚物以及接枝共聚物。熔点低于分解温度的任何类型的热塑性聚合物或共聚物都是可适用的。具有分布在至少10摄氏度之内的一个熔融范围的合成热塑性塑料是特别适当的。这些材料的实例包括在它们的分子量上呈现多分散性的材料。经常使用的一种聚合物是聚乙烯。用高密度聚乙烯(HDPE)已经获得了优异的结果。
通常，制造上述插件的复合材料由热塑性塑料基体与浸渍在该基体中的纤维增强体构成的预浸料制备获得。由于在制备预浸料的过程中，在基体与纤维增强体之间会产生气孔，该气孔的存在会导致由该预浸料制成的复合材料的各项机械性能降低，因而，在包覆模制插件之前，预浸料插件通常需要经过一个压实(英语为consolidation)的工艺步骤，该压实工艺步骤通过对预浸料插件施加足够大的压强，通常为50-150bar，优选为100bar，以去除预浸料中的气孔。在预浸料插件被压实之后，通过在其上包覆模制热塑性塑料而获得最终成型的插件。该包覆模制过程中，预浸料的热塑性塑料基体与包覆模制插件使用的热塑性塑料为同一类型或相同，包覆模制时的温度需高于200℃，优选为220℃。
上述使用喷射的热塑性塑料包覆模制预浸料插件需要在200℃以上的高温下完成，以确保喷射的热塑性塑料与预浸料基体的热塑性塑料结合完好，术语“结合”包括两者之间的融合，混同以及粘接等。现有技术中，压实后的预浸料插件需冷却脱模后再进行包覆模制，然而此时预浸料插件的温度较低，不能确保喷射的热塑性塑料与预浸料基体的热塑性塑料结合完好，因而可能导致插件存在缺陷，机械性能降低。而且，如果对冷却脱模后的插件再加热又容易使已经压实过的预浸料插件重新产生气孔，或者损坏预浸料基体与纤维加强体之间已形成的联结，因而减损压实工艺的效果，导致插件可能存在缺陷，或机械性能降低。
因此，需要提供一种能够在不减损压实工艺效果的前提下，同时确保包覆模制过程中预浸料插件与包覆在其上的热塑性塑料结合完好的工艺方法。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题。为此，本发明提供了一种包覆模制用于制造机动车部件的预浸料制成的插件的方法，包括以下步骤：
‐加热插件；
‐将加热的插件放置于喷射模具中，所述模具包括保持在第一温度的第一部分和第二部分；
‐以压实插件的方式闭合模具；
‐仅冷却模具的第一部分直至该第一部分达到第二温度，同时保持模具的第二部分维持在第一温度，所述第二温度相对于所述第一温度更低；
‐至少通过喷气的方法将插件与模具的第一部分分离，此时插件贴合在模具的第二部分上；
‐使用喷射的热塑性塑料材料包覆模制插件。
所述预浸料是一种常用的制造复合材料的中间材料，通常由塑料基体与浸渍在该基体中的增强体(例如：纤维或织物)构成，例如全耐塑料公司(PLASTICOMNIUM)生产的商品名为HTPC(HybridThermoPlasticComposit)的系列产品。
上述步骤中，预浸料插件的压实与包覆模制均在同一个模具中完成，由于仅对模具的一个部分适当降温，并通过设置在该部分上的喷气装置在预浸料插件与该部分间喷加压气体，该气体的温度在0℃-200℃之间，因而使得模具在该部分一侧与预浸料插件的脱离极为方便，而不用等到预浸料插件充分冷却之后。与此同时，模具的另一个部分始终保持在相对较高的温度，并承载预浸料插件而无需与之分离，此时预浸料插件贴合在该部分上，这样有利于预浸料插件维持在足够高的适合于后续包覆模制的温度。综上所述，预浸料插件在被压实后，在其尚未充分冷却且保持足够高的适合于后续包覆模制的温度时，与模具的一个部分脱离以进行包覆模制，从而确保包覆模制过程中预浸料插件与包覆在其上的热塑性塑料结合完好。同时，由于适当降低了模具一个部分的温度，使得预浸料插件的压实工艺效果不会被过高的温度所破坏，而得以绝大部分地保留。
根据本发明的一个实施例，预浸料的塑料基体为热塑性塑料。
根据本发明的一个实施例，模具的各个部分的温度能够独立地调节，优选地，调节的范围在20℃-250℃之间。在模具的各个部分上，设置有独立的冷却循环管道来调节温度，该管道根据需要调节的温度的范围设置有不同的尺寸和可调节的流量。
根据本发明的一个实施例，所述第一温度在100℃-200℃之间，优选地，为大约160℃。
根据本发明的一个实施例，所述第二温度在40℃-100℃之间，优选地，为大约80℃。
本发明还涉及将上述任一方法用于制造保险杠梁、车身面板结构件、车顶拱架、前立柱、中立柱或后立柱的用途，所述车身面板结构件包括尾门箱或侧门增强件。
附图说明
下面将参照附图对本发明作进一步的详细说明。本领域技术人员容易理解的是，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中相同的附图标记表示相同或相似的部件。为了说明的目的，这些图并非完全按比例绘制。
图1是根据本发明一个实施例的包含预浸料插件的打开的模具的剖视图；
图2是图1所示的模具压实插件合模时的剖视图；
图3是图2所示模具压实插件后将模具的一个部分与插件分离时的剖视图；
图4是图3所示模具的一个部分与插件分离后稍微分开时的剖视图；
图5是包覆模制插件时模具的剖视图；以及
图6是图5所示包覆模制插件完成时模具的剖视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一个实施例的模具，该模具包括至少两个部分：第一部分1和第二部分2。该模具的各个部分的温度能够独立地调节，根据本发明的一个实施例，调节的范围在20℃-250℃之间。在模具的各个部分上，设置有独立的冷却循环管道(未示出)来调节温度，该管道根据需要调节的温度的范围设置有不同的尺寸和可调节的冷媒流量。该模具一般包括两个成型部分，通常被分别称为凸模和凹模，凸模通常具有凸出的形状，而凹模通常具有凹陷的形状。
根据图1所示的实施例，预浸料插件3在加热后被放置在第二部分(凹模)2上，此时模具的两个部分1和2具有相对较高的温度，该温度在100℃-200℃之间，优选地为大约160℃。如图2所示，闭合模具以压实预浸料插件3，此时模具的第一部分1压紧在预浸料插件3上，并在其上施加50-150bar的压强，优选为100bar，以去除预浸料在制备加热过程中形成的气孔。压实工艺完成后，如图3所示，通过预设在模具第一部分1上的冷却循环管道，单独适当降低第一部分1的温度，根据不同的预浸料插件，该温度可以在40℃-100℃之间调节，优选地为大约80℃；与此同时，通过设置在模具第一部分1上的喷气装置(未示出)在模具第一部分1与预浸料插件3之间喷加压气体A，以使预浸料插件3在靠近第一部分1的一侧与第一部分1分离。此时，模具第二部分2仍保持初始时相对较高的温度，即100℃-200℃之间，优选地为大约160℃。此时，由于预浸料插件3贴合于第二部分2上，因而得以保持与第二部分2相当的温度，该温度有利于后续的包覆模制过程中与包覆的热塑性塑料结合；同时，由于适当降低了模具第一部分1的温度，使得预浸料插件3的压实工艺效果不会被过高的温度所破坏，而得以绝大部分地保留。如图4所示，在预浸料插件3与第一部分1脱离后，稍微分开模具，即将模具第一部分1与预浸料插件3分开仅几个毫米的距离，该分开的距离在模具中形成一个后续包覆模制的空腔4。如图5所示，在空腔4中注入热塑性塑料S，完成对预浸料插件3的包覆模制。包覆模制时，在空腔4中喷射注入温度高于200℃(优选为220℃)的热塑性塑料，例如聚丙烯。如图6所示，在模具冷却后，打开模具可获得最终的插件，即在预浸料插件3上包覆模制了热塑性塑料层5的最终产品。由于包覆模制时，预浸料插件3具有较高的适合包覆模制的温度，因此预浸料插件3与热塑性塑料层5结合良好，插件最终产品具有优良的机械性能。
应理解的是，根据本发明的另一实施例，预浸料插件3也可以放置在第一部分(凸模)1上，同时在后续脱模过程中，相对地适当降低第二部分(凹模)2的温度，同时在模具第二部分2上设置有喷气装置，该装置能在第二部分2与预浸料插件3之间喷加压气体A，以使预浸料插件3在靠近第二部分2的一侧与第二部分2分离，此时模具第一部分1仍保持初始时相对较高的温度，预浸料插件3贴合于第一部分1上，并在其它各步骤中也作相对应的调整，以完成对预浸料插件3另一侧的包覆模制。通过该实施例方法获得的最终插件具有与之前方法产品相同的机械性能。
同样应理解的是，上述方法的具体实施方式应不受模具的具体形状与设置的限制，任何此类型的模具均可根据本发明的方法作相应的调整，以解决本发明所旨的技术问题，提高产品的质量。同时无需对对原有模具作出较大或复杂的改变，经济实用性强。
附图和以上说明描述了本发明的非限制性特定实施例。为了教导发明原理，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施例的变型落在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解上述特征能够以各种方式结合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于上述特定实施例，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

Claims (9)

1.一种包覆模制用于制造机动车部件的预浸料制成的插件的方法，包括以下步骤：
‐加热插件；
‐将加热的插件放置于喷射模具中，所述模具包括保持在第一温度的第一部分和第二部分；
‐以压实插件的方式闭合模具；
‐仅冷却模具的第一部分直至该第一部分达到第二温度，同时保持模具的第二部分维持在第一温度，所述第二温度相对于所述第一温度更低；
‐至少通过喷气的方法将插件与模具的第一部分分离，此时插件贴合在模具的第二部分上；
‐使用喷射的热塑性塑料材料包覆模制插件。
2.如权利要求1所述的方法，其中，预浸料的塑料基体为热塑性塑料。
3.如权利要求1所述的方法，其中，模具的各个部分的温度能够独立地调节。
4.如权利要求3所述的方法，其中，模具的各个部分的温度能够在20℃-250℃之间调节。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一温度在100℃-200℃之间。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述第一温度为大约160℃。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二温度在40℃-100℃之间。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述第二温度为大约80℃。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法用于制造保险杠梁、车身面板结构件、车顶拱架、前立柱、中立柱或后立柱的用途，所述车身面板结构件包括尾门箱或侧门增强件。
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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20190628

Termination date: 20191128