CN106143157A - 使用气体辅助成型几何结构的混杂复合材料 - Google Patents

Abstract

车辆仪表板包括基底，基底具有在第一尼龙树脂内的多个第一短切碳纤维和多个第一短切玻璃纤维。基底中的多个第一短切碳纤维和多个第一玻璃纤维是分离的，以便碳纤维和玻璃纤维的每个大体上分别集中在基底的驾驶员侧部和乘客侧部内。加强件包括在第二尼龙树脂内的多个第二短切碳纤维。加强件肋状部由加强件整体地限定。加强件肋状部大体上是中空的并且设置在加强件的驾驶员侧部上。基底肋状部由基底整体地限定，基底肋状部大体上是中空的并且设置在基底的驾驶员侧部上。基底肋状部和加强件肋状部彼此结合。

Description

使用气体辅助成型几何结构的混杂复合材料

技术领域

本发明总体涉及复合材料组件设计，并且尤其涉及复合材料车辆仪表板设计及其制造方法。

背景技术

车辆使用重量轻的部件和设计——尤其是在例如仪表板这样的大型车辆内部部件中——变得越来越普遍，目的是降低车辆重量。重量降低可以增加车辆性能和燃油经济性。可以用较轻重量的材料替代车辆部件现有的材料实现重量的节省。然而，一些情况下车辆中使用的较轻重量的材料比它们较重重量的对应物具有更少的机械完整性。

在其它情况下，实际上某些较轻重量的材料(例如碳纤维复合材料)比常规材料具有改进的机械性能。不幸地，用这些材料制作车辆部件的生产成本是过高的或者至少不足够低到抵消潜在的车辆性能和燃油的经济性的改进。进一步地，这些更坚固的复合材料通常在具有仅仅一个或一些实际上需要高机械性能的区域的大型车辆部件中使用。

因此，当与常规车辆部件相比时，较轻重量车辆部件需要具有较好或可比的机械性能。也需要使这些部件的特定区域的机械性能适应特定应用，因此尽量最小化昂贵的增强材料的使用和在部件需要的地方最大化机械性能的增强。

发明内容

根据本发明的一个方面，车辆仪表板包括基底，基底具有在第一尼龙树脂内的多个第一短切碳纤维(chopped carbon fiber)和多个第一短切玻璃纤维(chopped glass fiber)。基底中的多个第一短切碳纤维和多个第一玻璃纤维是分离的以便碳纤维和玻璃纤维的每个大体上分别集中在基底的驾驶员侧部和乘客侧部内。加强件连接到基底并且包括在第二尼龙树脂内的多个第二短切碳纤维。加强件肋状部由加强件整体地限定。加强件肋状部大体上是中空的并且设置在加强件的驾驶员侧部上。基底肋状部由基底整体地限定，基底肋状部大体上是中空的并且设置在基底的驾驶员侧部上。基底肋状部和加强件肋状部彼此结合。

根据本发明的另一个方面，车辆仪表板包括具有在第一树脂内的纤维材料的第一元件。第一元件限定了第一中空肋状部。第二元件连接到第一元件并且具有驾驶员侧部、乘客侧部和中控面板(center-stack)部。第二元件限定了在驾驶员侧部中的第二中空肋状部，第二中空肋状部与第一中空肋状部结合。驾驶员侧部包括在第二树脂内的第一纤维材料，乘客侧部包含在第二树脂内的第二纤维材料，以及中控面板部包含在第二树脂内的第一和第二纤维材料的混合物。

根据本发明的另一个方面，车辆仪表板包括具有在尼龙树脂内的多个短切碳纤维的加强件。加强件具有中空的加强件肋状部。基底连接到加强件并且包括分别被分离到驾驶员侧部和乘客侧部的多个短切碳纤维和多个短切玻璃纤维。基底具有中空的基底肋状部。加强件肋状部和基底肋状部彼此结合。

参照以下说明书、权利要求书和附图，本领域技术人员将会进一步理解和领会本发明的这些和其它特征、优势以及目的。

附图说明

在图中：

图1是根据一个实施例的车辆内的车辆仪表板的主透视图；

图2A是图1中说明的仪表板的分解的俯视透视图；

图2B是沿IIA-IIA线的图2A的仪表板的增强的剖视图；

图2C是沿IIB-IIB线的图2A的仪表板的增强的剖视图；

图2D是沿IIC-IIC线的图2A的仪表板的增强的剖视图；

图2E是沿IID-IID线的图2A的仪表板的增强的剖视图；

图2F是沿IIE-IIE线的图2A的仪表板的增强的剖视图；

图3是沿III-III线的图2A的仪表板在装配状态的剖视图；

图4是根据附加实施例的注塑成型系统的俯视透视图；

图5A是沿X-X线的在将熔化的复合材料注入模具的步骤过程中的图4的注塑成型系统的剖视图；

图5B是沿X-X线的在混合熔化的复合材料的步骤过程中的图4的注塑成型系统的剖视图；

图5C是沿X-X线的在将气体注入熔化的复合材料的步骤过程中的图4的注塑成型系统的剖视图；

图6根据另一个实施例的使用图4的注塑成型系统成形车辆部件的方法的原理图。

具体实施方式

这里为了说明的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”以及它们的衍生词应当按图1中的取向关联于本发明。然而，应当理解的是本发明可以采取不同的可替换的方向，除非明确指定为相反。还应当理解的是附图中图示的以及以下说明书中说明的具体装置和过程仅仅是由所附权利要求限定的本发明的构思的示例性实施例。因此，这里公开的涉及实施例的具体尺寸和其它物理特征并不考虑为限制，除非权利要求另外明确说明。

参照图1，说明了车辆14的客舱10。车辆14包括驾驶员侧区域18和乘客侧区域22。客舱10的内部除例如挡风玻璃36这样的其它车辆部件外是仪表板26。仪表板26位于客舱10的乘客座椅的车辆前方并且总体在挡风玻璃36的下方。仪表板26具有驾驶员侧部40、中控面板部44以及乘客侧部48。仪表板26的这些部以及它们内部的特定区域或位置通常具有不同的机械性能要求。

本发明使用的“外侧”指的是最靠近车辆14中的驾驶员侧车门52和乘客侧车门56的侧面或区域。本发明使用的术语“内侧”指的是与外侧侧面或区域横向相对的车辆14内侧的中心区域。

仪表板26的驾驶员侧部和乘客侧部40、48实质上靠近车辆14的各自的驾驶员侧和乘客侧区域18、22。仪表板26的驾驶员侧部40包括由组合仪表罩64覆盖的组合仪表60。位于组合仪表60下面的是转向柱68。转向柱68由仪表板26支撑并与仪表板26的车辆前方的转向系统(未示出)接合。转向柱68穿过仪表板26从转向系统向客舱10延伸。转向柱68具有设置在车辆14的客舱10中的驾驶员侧区域18中的方向盘72。方向盘72包括在经历足够的车辆碰撞事件时展开的驾驶员安全气囊76。就这一点而言，仪表板26的驾驶员侧部40会具有严格的机械要求，尤其是在必须支撑其它承受可变负荷和运动的车辆部件——例如转向柱68——的位置。

设置在仪表板26的每个外侧的是侧面通风装置80。仪表板26也包括一组位于仪表板26的中控面板部44的中心通风装置84。仪表板26的中控面板部44位于驾驶员侧部40和乘客侧部48之间。中控面板部44包括可由车辆14的驾驶员侧和乘客侧区域18、22二者的乘员操控的界面88。中控面板部44与仪表板26的驾驶员侧部40和乘客侧部48二者连接。

图1中也说明了仪表板26的乘客侧部48包括杂物箱总成110和位于总成110之上的乘客安全气囊总成114。杂物箱总成110包括允许进入杂物箱仓(未示出)的杂物箱门118。在一些实施例中，杂物箱总成110是与仪表板26分离的部件并且在车辆制造过程中被插入和附接。在其它实施例中，总成110的杂物箱仓由仪表板26的仪表板基底120(图2A)整体形成，并且杂物箱门118是在制造过程中附接的单独的部件。取决于乘客侧部48的结构，可以具有需要额外的机械增强的中心区域或位置，例如包含或附接于杂物箱总成110的地方。

乘客安全气囊总成114包括乘客安全气囊滑槽124(图2A)，以及其它部件，例如乘客安全气囊、安全气囊罐(airbag canister)和气体发生器。在车辆碰撞事件过程中，乘客安全气囊由气体发生器(未示出)充气，从而使得乘客安全气囊从罐中膨胀穿过乘客安全气囊滑槽124(图2A)并离开仪表板26。如果仪表板26没有适当加固，则安全气囊的充气和膨胀在周围的部件中产生会导致仪表板26的结构损坏的高应力。在一些实施例中，仪表板26的仪表板基底120(图2A)也可以包括用于驾驶员侧和乘客侧区域18、22二者的乘员的膝部安全气囊罐，这潜在地需要附加的加固。

现在参照图2A，仪表板26包括仪表板基底120和加强件150。加强件150位于基底120的车辆前方并在多个点处与基底120连接。基底120和加强件150可以通过粘合、振动焊接、热板焊接或其它接合形式来连接。加强件150包括驾驶员侧部154、中控面板部158以及乘客侧部162。加强件150在各自的驾驶员侧部和乘客侧部154、162上限定了转向柱孔166和杂物箱孔170。凸缘174位于加强件150的中控面板部158内，并向车辆后方延伸，以与基底120的中控面板部180接合和连接。

图2A也描述了仪表板基底120包括驾驶员侧部184、中控面板部180以及乘客侧部188。基底120的驾驶员侧部184限定了当基底120与加强件150连接时与加强件150的转向柱孔166相对齐的转向柱开口192。如图2A所示，转向柱68(图1)穿过转向柱孔166和转向柱开口192二者，并通过转向柱安装区域196与基底120附接。转向柱安装区域196位于基底120上靠近转向柱开口192处。在一些实施例中，转向柱68的护套可以整体形成于靠近安装区域196的基底120中。在其它实施例中，安装支架或支撑支架可以整体形成于靠近转向柱开口192的基底120中用于支撑转向柱68。加强件150与基底120的连接给安装区域196提供足够的强度，并且最终为仪表板26提供足够的强度，从而无需使用横梁的情况下来支撑转向柱68的重量。就这一点而言，基底120的驾驶员侧部184中的某些区域或位置会需要附加的加强件和/或从附加的加强件中受益。

仪表板基底120的中控面板部180包括用于容纳和安装界面88(图1)以及其它电子部件的电子设备仓200。中控面板部180位于基底120的驾驶员侧部和乘客侧部184、188之间并整体上与它们连接。取决于部署在中控面板部180中的电子部件和其它部件，在基底120中的这些区域中的带有混杂复合材料(hybrid composite)的额外的局部加强件可以提供机械性能和/或重量节省的效益。

仪表板基底120的乘客侧部188限定了用于容纳各自的杂物箱总成110(图1)和乘客安全气囊总成114(图1)的杂物箱开口204和乘客安全气囊总成开口208。在一些实施例中，基底120可以配置为进一步限定作为整体主体从各自的杂物箱和乘客安全气囊总成开口204、208延伸的杂物箱仓和/或安全气囊罐。在其它实施例中，加强件150可以配置为限定杂物箱仓和/或安全气囊罐。基底120和加强件150也可以配置为限定膝部安全气囊罐。

风道212位于仪表板基底120和加强件150之间。当风道212与加强件150结合时输送空气。空气经过风道212输送至一组基底通风口216，基底通风口216将空气引导至仪表板26(图1)的侧面和中心通风装置80、84。与加强件150附接的是与车辆14的防火墙(未示出)连接的集气室支架220。集气室支架220阻止仪表板26在车辆的向前和向后方向弯曲。集气支架220也可以给与基底120连接的转向柱68(图1)提供额外的支撑。

再次参照图2A，仪表板基底120由根据本发明实施例的混杂复合材料形成。在一个示例性实施例中，驾驶员侧部184由具有设置在树脂中的短切碳纤维的尼龙树脂形成。乘客侧部188由具有设置在树脂中的短切玻璃纤维的尼龙树脂形成。通常，基底120中的具有较高百分比短切碳纤维的区域可以具有增强的机械性能(例如韧性、抗拉强度、抗疲劳性)。乘客侧部和驾驶员侧部184、188内的碳纤维体积分数和玻璃纤维的体积分数可以在大约1％到大约60％之间，优选在大约15％到大约40％之间，并且更优选在大约30％到大约40％之间。在一些实施例中，驾驶员侧部184中的纤维体积分数可以不同于基底120的乘客侧部188中的纤维体积分数。在附加的实施例中，基底120的预期承受高应力的区域配置为比预期不会承受高应力的区域包含较高纤维体积分数的短切碳纤维。例如，安装区域196可以比基底120的驾驶员侧部184的剩余区域包含有较高的纤维体积分数的尤其是短切碳纤维，从而有助于支撑转向柱68。在另一个示例中，在安全气囊展开过程中承受高应力的仪表板基底120和加强件150的表面可以包含较高纤维体积分数。在进一步的实施例中，基底120的驾驶员侧部和乘客侧部184、188可以包含两种以上复合材料。

在一些实施例中，仪表板基底120的驾驶员侧部和乘客侧部184、188中使用的纤维可以由包括碳、芳纶、金属铝、氧化铝、钢、硼、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、超高分子量聚乙烯、高碱玻璃(A-glass)、无碱玻璃(E-glass)、无硼无碱玻璃(E-CR-glass)、中碱玻璃(C-glass)、低介电玻璃(D-glass)、R-玻璃(R-glass)以及S-玻璃(S-glass)的材料组成。驾驶员侧部和乘客侧部184、188也可以包含不只一种类型的纤维。在一些实施例中，短切纤维的长度可以在大约3mm-大约11mm之间，并且更优选在大约5mm-大约7mm之间。典型地，驾驶员侧部和乘客侧部184、188内的纤维在树脂中是无规定向的。然而，它们也可以大体上在基底120承受高定向应力的区域定向对齐。进一步地，驾驶员侧部和乘客侧部184、188中使用的树脂可以包含尼龙、聚丙烯、环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚醚醚酮树脂、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、硅树脂、聚酰亚胺、聚醚砜、三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂和聚苯并咪唑，或它们的组合。在一些实施例中，驾驶员侧部184的树脂可以不同于基底120的乘客侧部188中使用的树脂。还应当理解的是，加强件150与它的驾驶员侧部、中控面板部以及乘客侧部154、158、162可以由与以上关于基底120所述的那些材料可比较的混杂复合材料制造。例如，加强件150的驾驶员侧部154可以由具有设置在树脂中的短切碳纤维的尼龙树脂形成。乘客侧部162可以由具有设置在树脂中的短切玻璃纤维的尼龙树脂形成。进一步地，在承受较高应力水平的区域的树脂中的纤维——优选短切碳纤维——的体积分数比加强件150的其它区域或剩余区域的大。

仍然参照图2A，短切碳纤维和玻璃纤维在仪表板26的基底120中是分离的，使得碳纤维大体上集中在基底120的驾驶员侧部184，并且玻璃纤维大体上集中在基底120的乘客侧部188。基底120的中控面板部180大体由短切碳纤维和玻璃纤维二者组成。在一些实施例中，中控面板部180可以主要包括碳纤维或主要包括玻璃纤维。在其它实施例中，主要包含在驾驶员侧部184中的碳纤维也可以部分地占据基底120的乘客侧部188。在进一步的实施例中，主要在驾驶员侧部184中的碳纤维也可以占据承受高应力的部分基底120，无论乘客侧或驾驶员侧方向。例如，位于基底120或加强件150里面或上面的安全气囊展开面可以包括用于附加的机械加强的较高百分比的碳纤维。基底120中的纤维——例如短切碳纤维和玻璃纤维——的分离允许基底120在有特别高强度需求的地方有选择地使用较高强度纤维，例如碳纤维，例如用于支撑转向柱68。基于相对于车辆14的驾驶员/乘客取向有选择地使用高百分比的碳纤维，使得通过仅仅在需要的地方有效地使用更昂贵的碳纤维来节约成本。

在一些实施例中，在仪表板基底120的驾驶员侧部和乘客侧部184、188之间的界面处存在边界区域240。边界区域240包括在基底120的驾驶员侧部和乘客侧部184、188中使用的纤维和树脂类型的混合物。边界区域240内的纤维的混合确保在由不同复合材料组成的基底120的部分之间存在整体的连接。在一个实施例中，边界区域240可以横跨或另外包含整个基底120的中控面板部180。在另一个实施例中，边界区域240可以仅在基底120的中控面板部和乘客侧部180、188之间，或在驾驶员侧部和中控面板部184、180之间出现。边界区域240也可以位于基底120中存在包含不同纤维分数、纤维类型和/或树脂的部分之间的界面的任何地方。在一个示例性实施例中，驾驶员侧部184可以具有树脂中大约30％-40％体积分数的短切碳纤维，乘客侧部188可以具有树脂中大约30％-40％体积分数的短切玻璃纤维，以及中控面板部180或边界区域240可以具有树脂中大约15％-20％体积分数的短切碳纤维和大约15％-20％体积分数的短切玻璃纤维。在该结构中，通过相对于基底120的其它部分具有高百分比的短切碳纤维，驾驶员侧部184尤其被增强。

现在参照图2B-F所示的实施例，基底120的驾驶员侧部被描述为具有设置在第一尼龙树脂185中的多个第一短切碳纤维186。基底120的乘客侧部188被描述为具有设置在第二尼龙树脂189中的多个第一玻璃纤维190。如上所述，基底120内的边界区域240包括多个第一短切碳纤维186、多个第一短切玻璃纤维190、第一尼龙树脂185以及第二尼龙树脂189的混合物。加强件150包括设置在第三尼龙树脂194中的多个第二短切碳纤维193。风道212包括设置在第四尼龙树脂197中的多个第二短切玻璃纤维195。

根据一些实施例，除了在树脂中包含短切纤维的部分之外，仪表板基底120和/或仪表板26的加强件150可以包含一个或多个预成型的纤维垫。预成型的纤维垫可以包括使用与在基底120的驾驶员侧部和乘客侧部184、188中使用的树脂相同或不同的树脂固定在一起的纺织或非纺织纤维。该垫也可包括具有与基底120的驾驶员侧部和乘客侧部184、188中使用的纤维不同尺寸的纤维。类似地，该垫的纤维可以是连续的或短切结构。该垫的纤维也可以由具有与基底120的驾驶员侧部和乘客侧部184、188中使用的纤维的组分相同或不同的组分的材料组成。该垫可以被包含在具有高或低纤维体积分数的基底120和/或加强件150的区域中。多个垫可以以不同取向被使用和分层以便进一步提高基底120和/或加强件150在特定位置的机械性能。基底120中用于放置垫的示例性位置包括但不限于：转向柱安装区域196、安全气囊总成开口208、杂物箱开口204、加强件150和基底120间的连接位置、以及与基底120的其它区域的应力相比预期经受更高应力水平的其它位置。

包含碳纤维的混杂复合材料在基底120和加强件150中的使用使得车辆14被设计为和制造为没有横梁。常规横梁是传统上用于支撑车辆14的仪表板26和转向柱68的厚金属部件。除了给车辆14增加显著的重量之外，横梁占用了仪表板26背后的潜在的存储空间，并妨碍乘客安全气囊总成114和杂物箱总成110的布置。在没有横梁的情况下，车辆14可以实现更高的燃油效率，以及对仪表板26及其子组件的增强的设计自由度。

现在参照图2A和3所示的实施例，基底120整体限定基底肋状部250并且加强件150整体限定加强件肋状部254。基底肋状部250和加强件肋状部254可以由基底120或加强件150的倾向于高应力(例如，邻近转向柱安装部196、杂物箱开口204、乘客安全气囊开口208、在部件之间的连接点和/或边界区域240)的任何部分限定。尽管基底120和加强件150的每个被描述为限定两个肋状部250、254，应当理解的是可以预期一个或多个肋状部250、254。基底肋状部250设置在基底120的转向柱开口192的上方并且邻近安装区域196。加强件肋状部254设置在加强件150的转向柱孔166的上方。另外地或可供选择地，基底肋状部250和加强件肋状部254可以分别设置于整个基底120和加强件150上。基底和加强件肋状部250、254是沿着基底和加强件120、150的驾驶员侧部184、185延伸的连续的结构，但还可以是不连续的或间断式结构。基底肋状部250仅在转向柱开口192上延伸，但还可以延伸驾驶员侧部184的整个长度或整个长度之间的任何长度。与基底肋状部250类似，加强件肋状部254还可以在加强件150的驾驶员侧部154的任何长度上延伸。在其中基底120和/或加强件150限定不只一个肋状部250、254的实施例中，肋状部可以是离散结构或以分支结构连接并且间隔开。在所述的实施例中，基底肋状部250彼此平行延伸，但还可以预期的是在平行和垂直之间的方向上变化。与有关基底肋状部250所述的类似，加强件肋状部254彼此也可以采用各种方向。

现在参照图3，基底肋状部250和加强件肋状部254沿着肋状部250、254的长度大体上是中空的。为了本发明的目的，“大体上中空”指的是肋状部250、254很大程度上是没有堵塞的，然而，可以预期的是在肋状部250、254内可以使用飞边(flashing)以及加强几何结构，在不脱离本发明的精神的情况下这可能部分地阻塞肋状部250、254。在形成基底120和加强件150的过程中分别形成基底肋状部250和加强件肋状部254。尽管大体上被描述为梯形形状，基底和加强件肋状部250、254可以是正方形、圆形或半圆形。在一些实施例中，可以通过接合基底120和加强件150的子组件形成肋状部250、254。

在装配状态，基底肋状部250和加强件肋状部254配置为彼此结合以便将基底120和加强件150固定在一起。在所述的梯形结构中，基底肋状部250的表面结合到加强件肋状部254的表面。在一些实施例中，基底肋状部250和加强件肋状部254可以配置为具有不只一个结合在一起的表面。另外地或可供选择地，基底肋状部250和加强件肋状部254可以配置为联锁或紧密配合。例如，基底肋状部250和加强件肋状部254可以共同地限定按压式紧固件、卡扣式紧固件或其它机械紧固突出物和孔。在非机械的结合技术中，通过粘合剂结合、振动焊接、热板焊接、或其它化学和热形式的接合来结合肋状部250、254。在一个特别的实施例中，使用基于聚氨酯的粘合剂来结合肋状部250、254。尽管仅被描述为在邻近转向柱开口192处结合，应当理解的是可以在沿着基底120和加强件150的二者都存在的任一点处结合基底肋状部250和加强件肋状部254。当被结合在一起时，基底和加强件肋状部250、254与风道212和加强件150配合以便限定中空管256，中空管256可以起到类横梁的作用，同时还用于通过仪表板26输送空气。

将肋状部250、254整体地限定到基底120和加强件150允许在没有成比例增加所用材料的数量的情况下增加基底120和加强件150的刚度。尤其在使用碳纤维的实施例中，材料的减少使用直接导致重量和成本节省。肋状部250、254的三维结构抵抗基底120和加强件150的弯曲，从而增加仪表板26的强度。另外地，通过将肋状部250、254设置在倾向于高应力的区域(例如，邻近转向柱安装部196、杂物箱开口204、乘客安全气囊开口208、和/或边界区域240)，可以实现重量和成本节省，这是由于减少了需要使用的材料的数量。例如，在所述实施例中，加强件肋状部254和基底肋状部250的邻近转向柱68连接到仪表板26处的布置形成了加固连接，因此导致车辆驾驶员经历较少的噪声、振动和粗糙性。另外，将基底肋状部250和加强件肋状部254彼此结合形成了仪表板26的刚度的不成比例的增加并且允许基底120和加强件150协同地支撑转向柱68，这降低了由该部件造成的噪声、振动和粗糙性。

现在参照图4，说明了根据一个实施例的用于形成仪表板26的注塑成型系统300，其包括加热器302、泵304、控制器308、模具312、一对注塑管线316和气体系统390。加热器302熔化第一复合材料230和第二复合材料234，并且泵304对熔化的第一和第二复合材料230、234增压并迫使熔化的第一和第二复合材料230、234穿过注塑管线316并通过连接口320进入模具312。泵304能够产生允许第一和第二复合材料230、234在高压力和速度下被注入模具312的高流体压力。每个注塑管线316与模具312上的其中一个连接口320接合使得第一和第二复合材料230、234可以在不同位置进入模具312。在系统300的一些实施例中，多于两种的复合材料可以被注入模具312。在这些结构中，注塑成型系统300可以包括用于每种材料的独立的注塑管线316，并且模具312可以包含用于每条额外的注塑管线316的独立的连接口320。气体系统390配置为通过气体管线394注入增压气体以及通过气体喷嘴398将增压气体注入到模具312。

当固化时，图4中的第一和第二复合材料230、234适于形成最终部件，例如仪表板基底120和加强件150。第一复合材料230包括在第一树脂内的第一纤维材料。类似地，第二复合材料234包括在第二树脂内的第二纤维材料。因此，第一和第二纤维材料和第一和第二树脂可以由任何结合仪表板基底120或加强件150公开的各自的纤维和树脂组成。

再次参照图4，模具312具有A板324和B板328，每个板限定了大约二分之一个模具312的型腔332。A板324包括连接口320，第一和第二复合材料230、234通过该连接口320进入模具312。A和B板324、328的每个包含二分之一个最终车辆部件(例如基底120、加强件150等)的压痕，使得当关闭模具312时，负压痕限定具有接近最终部件的尺寸的模具型腔332。在一些实施例中，模具312可以包括镶块和/或子组件以帮助最终部件的形成。

如图5A所示，当模具312配置为形成基底120时，其具有适于形成基底120的各部184、180、188(图2A)的驾驶员侧部336、中控面板部340和乘客侧部344。在注入熔化的第一和第二复合材料230、234的过程中，合模压力施加于模具312上使得A板324和B板328被压在一起。作用于模具312上的力阻止基底120上发生模具分离和飞边。尽管图5A中说明了处于关闭状态，模具312可以通过分离A板324和B板328打开。当模具312处于打开状态时，基底120可以被排出，然后可以清洗模具312和型腔332。使用模具312的注塑成型系统300可以以上述的同样的方式用于形成加强件150、集气室支架220或各种其它适合由混杂复合材料制造的车辆部件。

现在参照图6，提供了配置为形成最终部件——例如仪表板26的基底120——的使用气体辅助成型的方法360的原理图。方法360包括六个主要步骤，编号为步骤364、368、372、374、376和380。方法360开始于熔化第一和第二复合材料230、234的步骤364，紧跟着是准备注塑成型系统300的步骤368。然后进行将第一和第二熔化的复合材料230、234注入模具312的型腔332的步骤372。当第一和第二复合材料230、234仍在熔化时，进行将气体注入到模具312的步骤374。然后进行冷却熔化的第一和第二复合材料230、234以形成最终部件——例如仪表板26的基底120——的步骤376。最后进行将最终部件从模具312移除的步骤380。

参照图4-6，步骤364涉及在加热器302中将第一和第二复合材料230、234加热至足以熔化树脂组分的温度。随着树脂的熔化，泵304能够迫使熔化的第一和第二复合材料230、234穿过注塑管线316并通过连接口320进入模具312的型腔332。第一和第二复合材料230、234——尤其当包含尼龙树脂时——可以在100℃-400℃之间的温度被注入，更优选在210℃-275℃之间的温度被注入。典型地使熔化的第一和第二复合材料230、234过热至足够高的温度以阻止它们在到达型腔332之前在注塑管线316中过早固化。这里使用的术语“过热”指的是第一和第二复合材料230、234的熔化温度和注入温度之间的温度差。过热也是必需的，以确保第一和第二复合材料230、234具有足够低的粘度进入型腔332的狭窄的区域。对于复合材料230、234，过热可以在10℃-50℃之间。根据选择用于复合材料230、234的组分、模具312的几何结构以及其它条件，其它注入温度和过热条件可以是合适的。

准备注塑成型系统300的步骤368可以包括例如预加热模具312、引导注入管线316，启动气体系统390和/或将预装配的一个或多个纤维垫放置到模具312的型腔332中。注入第一和第二复合材料230、234的步骤372可以具有5秒至30秒之间——更优选10秒至20秒之间——的持续时间。其它持续时间可以适合于更复杂的模具型腔332的几何结构和/或复合材料230、234的较低熔化粘度的组分。在一些实施例中，可以同时发生熔化的第一和第二复合材料230、234的注入，而在其它实施例中，分别注入每种复合材料。在注入步骤372过程中，熔化的第一和第二复合材料230、234被注入到各自的模具312的驾驶员侧部和乘客侧部336、344(参见图5A)，从而使得纤维在最终部件——例如基底120——里面的实质上分离。复合材料230、234也可以在型腔332的其它点被注入来产生需要的分离或其它性能。

特别参照图5A，其描述了在将第一和第二复合材料230、234注入模具312的型腔332的步骤372过程中的配置为生产基底120的模具312的横截面。通过一系列浇口(未示出)注入第一和第二复合材料230、234。通过将第一和第二复合材料230、234注入到各自的型腔332的驾驶员侧部和乘客侧部336、344来填充型腔332。一旦进入模具312，熔化的第一和第二复合材料230、234流畅地朝向彼此流过型腔332。一个或多个通风装置可以在邻近中控面板部340或第一和第二复合材料230、234相汇的其它区域处被合并到模具312，以便可以从模具排出空气。

现在参照图5B，在型腔332的预定位置，熔化的第一和第二复合材料230、234继续朝向彼此流动以结合形成边界区域240。边界区域240包括来自第一和第二复合材料230、234的纤维和树脂的混合物，并可以具有1mm到50mm之间的宽度。通过设计模具312、注塑成型系统300的工艺参数以及选择用于第一和第二复合材料230、234的特定组分来控制边界区域240的位置和宽度。工艺参数可以由控制器308(图4)控制。在一个示例性实施例中，在注入步骤372过程中可以将多于两种的具有不同组分的复合材料注入到型腔332。在该结构中，在每个复合材料之间有边界区域240，使得每个边界区域240具有与其它的边界区域不同的组分。一旦冷却和固化第一和第二复合材料230、234，边界区域240内的树脂和纤维的混合物在第一复合材料230和第二复合材料234之间建立了整体连接，从而将基底120或其它最终部件保持在一起。

特别参照图5C，在用第一和第二复合材料230、234填充模具312的过程中或之后，可以进行注入增压气体的步骤374。在一个实施例中，当熔化的第一和第二复合材料230、234进入模具312时，第一和第二复合材料的一部分固化或部分地固化以便形成围绕第一和第二复合材料230、234的静止的熔芯的表层。通过使用注塑喷嘴410实现将气体注入到第一或第二复合材料230、234。气体系统390给经过注塑喷嘴410并且进入型腔332的气体增压。将增压气体注入到熔化的复合材料230、234的芯使得当第一和第二复合材料230、234被增压气体排开时形成气隙414。同时，增压气体迫使第一和/或第二复合材料230、234的固化和部分固化的表层呈现模具312的形状。随着通过注塑喷嘴410注入更多的气体，气隙414膨胀。在其中注塑喷嘴410邻近基底或加强件肋状部250、254设置的实施例中，气隙414拉长并且形成肋状部250、254的大体中空部。气体系统390可以增压或注入包括惰性气体(例如双原子氮、二氧化碳、惰性气体)、增压气体或它们的组合的多种的气体。可以注入具有大约在500磅/平方英寸至大约8000磅/平方英寸之间压力，以及更优选地在大约1000磅/平方英寸至大约4000磅/平方英寸之间的压力的气体。注入的气体的温度可以在100℃和400℃之间，更优选地在210℃和275℃之间。可以在大约0.1秒和大约20秒之间进行气体注入。此外，可以将气体注入到整个模具312的多个位置以便形成复杂的几何结构。

再次参照图4-6，当模具312被保持在压力下和冷却时，发生冷却熔化的第一和第二复合材料230、234以便形成最终组件(例如基底120)的步骤376。模具312可以被水冷却或可以被空气冷却以便促进最终部件的固化。在固化基底120之后，打开模具并且通过致动一系列顶杆(ejectionpin)(未示出)来进行移除最终部件的步骤380，以便从模具312的B板328排出最终部件。

应当理解的是在没有脱离本发明的构思的情况下可以对上述结构作出改变和变化。例如，本发明的混杂复合材料及其制造方法可以同样适用于机动车辆的格栅。例如，混杂复合材料格栅的附着点需要短切碳纤维形式的额外加强并且气隙可以提供安装孔。进一步应当理解的是这样的构思旨在被以下权利要求覆盖，除非这些权利要求通过它们的文字明确另外说明。

Claims (20)

1.一种车辆仪表板，包含：

基底，所述基底包含在第一尼龙树脂内的多个第一短切碳纤维和多个第一短切玻璃纤维；

其中所述基底中的所述多个第一短切碳纤维和所述多个第一玻璃纤维是分离的，以便所述碳纤维和所述玻璃纤维的每个大体上分别集中在所述基底的驾驶员侧部和乘客侧部内；

加强件，所述加强件连接到所述基底，并且包含在第二尼龙树脂内的多个第二短切碳纤维；

加强件肋状部，所述加强件肋状部由所述加强件整体地限定，所述加强件肋状部大体上是中空的并且设置在所述加强件的驾驶员侧部上；以及

基底肋状部，所述基底肋状部由所述基底整体地限定，所述基底肋状部大体上是中空的并且设置在所述基底的所述驾驶员侧部上；

其中所述基底肋状部和所述加强件肋状部彼此结合。

2.根据权利要求1所述的车辆仪表板，其中所述基底中的所述多个第一短切碳纤维具有所述第一尼龙树脂中的大约15％到大约40％的纤维体积分数。

3.根据权利要求1所述的车辆仪表板，其中所述基底肋状部和所述加强件肋状部被限定和结合到所述基底上的转向柱安装部附近。

4.根据权利要求3所述的车辆仪表板，进一步包含：

风道，其中所述风道、所述加强件、所述加强件肋状部以及所述基底肋状部配合形成中空管。

5.根据权利要求1所述的车辆仪表板，其中所述基底进一步包含边界区域，所述多个第一短切碳纤维和所述多个第一短切玻璃纤维在所述边界区域大体混合。

6.根据权利要求5所述的车辆仪表板，其中所述基底的所述驾驶员侧部的所述多个第一短切碳纤维具有所述第一尼龙树脂中的大约30％到40％的纤维体积分数，所述乘客侧部的所述多个第一短切玻璃纤维具有所述第一尼龙树脂中的大约30％到40％的纤维体积分数，以及所述边界区域中的所述多个第一短切碳纤维和所述多个第一短切玻璃纤维的每个具有所述尼龙树脂中的大约15％到20％的纤维体积分数。

7.一种车辆仪表板，包含：

第一元件，所述第一元件包含在第一树脂内的纤维材料，所述第一元件限定了第一中空肋状部；以及

连接到所述第一元件的第二元件，所述第二元件具有驾驶员侧部、乘客侧部和中控面板部，所述第二元件限定了在所述驾驶员侧部中的第二中空肋状部，所述第二中空肋状部与所述第一中空肋状部结合；

其中，所述驾驶员侧部包含在第二树脂内的第一纤维材料，所述乘客侧部包含在所述第二树脂内的第二纤维材料，以及所述中控面板部包含在所述第二树脂内的所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的混合物。

8.根据权利要求7所述的车辆仪表板，其中所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的每个选自由以下物质组成的材料群组：碳、芳纶、金属铝、氧化铝、钢、硼、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、超高分子量聚乙烯、高碱玻璃、无碱玻璃、无硼无碱玻璃、中碱玻璃、低介电玻璃、R-玻璃以及S-玻璃。

9.根据权利要求7所述的车辆仪表板，其中所述第一和第二树脂的每个选自由以下物质组成的材料群组：尼龙、聚丙烯、环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚醚醚酮树脂、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、硅树脂、聚酰亚胺、聚醚砜、三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂和聚苯并咪唑。

10.根据权利要求7所述的车辆仪表板，其中所述第一树脂和所述第二树脂具有实质上相同的组分。

11.根据权利要求7所述的车辆仪表板，其中所述第二元件的所述驾驶员侧部和所述乘客侧部的每个分别具有所述第二树脂中的大约15％到大约40％的所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的纤维体积分数。

12.根据权利要求11所述的车辆仪表板，其中所述驾驶员侧部的所述第一纤维材料具有所述第二树脂中的大约30％到40％的第一纤维体积分数，所述乘客侧部具有所述第二树脂中的大约30％到40％的第二纤维体积分数，以及所述中控面板部中的所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的每个具有所述第二树脂中的大约15％到20％的纤维体积分数。

13.根据权利要求7所述的车辆仪表板，其中所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的每个具有大约5mm到大约7mm的平均纤维长度。

14.根据权利要求7所述的车辆仪表板，其中所述第二元件的所述驾驶员侧部进一步包含纤维垫加强件。

15.一种车辆仪表板，包含：

加强件，所述加强件包含在尼龙树脂内的多个短切碳纤维，所述加强件具有中空的加强件肋状部；以及

连接到所述加强件的基底，所述基底包含分别被分离到驾驶员侧部和乘客侧部的多个短切碳纤维和多个短切玻璃纤维，所述基底具有中空的基底肋状部；

其中所述加强件肋状部和所述基底肋状部彼此结合。

16.根据权利要求15所述的车辆仪表板，其中所述基底的所述多个短切碳纤维和所述多个短切玻璃纤维设置在尼龙树脂中，进一步地，其中所述基底具有所述尼龙树脂中的大约15％到大约40％的碳纤维体积分数。

17.根据权利要求15所述的车辆仪表板，其中所述基底中的所述短切碳纤维具有大约5mm到大约7mm的平均纤维长度。

18.根据权利要求15所述的车辆仪表板，其中所述基底进一步包含边界区域，所述多个短切碳纤维和所述多个短切玻璃纤维在所述边界区域大体混合。

19.根据权利要求15所述的车辆仪表板，进一步包含：

风道，其中所述风道、所述加强件、所述加强件肋状部以及所述基底肋状部配合形成中空管。

20.根据权利要求15所述的车辆部件，其中所述基底的所述乘客侧部进一步包含纤维垫加强件。