CN106715080A - 在制造车辆部件期间焊接热屏蔽装置的方法 - Google Patents

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Abstract

在制造车辆部件期间焊接热屏蔽装置的方法。本发明提出一种在制造由热塑性材料制成的车辆部件期间焊接热屏蔽装置(20、20’)的方法。所述热屏蔽装置(20、20’)包括加强层以及热屏蔽材料，该加强层由能够焊接到车辆部件的热塑性材料的这样的热塑性材料制成，该热屏蔽材料与所述加强层的热塑性材料不同、且被配置为用于减少穿过加强层到车辆部件的热传递。该方法包括以下步骤：‑加热所述热屏蔽装置(20、20’)以使加强层的热塑性材料达到熔融状态；‑将被加热的热屏蔽装置(20、20’)置于模具(30、30’)当中；‑将处于熔融状态的车辆部件的热塑性材料置入所述模具(30、30’)当中；‑通过在所述模具中吹气模制车辆部件，来将处于熔融状态的加强层的热塑性材料焊接到处于熔融状态的车辆部件的热塑性材料。

Description

在制造车辆部件期间焊接热屏蔽装置的方法
技术领域
本发明涉及在制造由热塑性材料制成的车辆部件(尤其是车辆储箱或充装管)期间焊接热屏蔽装置的方法。本发明还涉及这样的车辆部件的制造方法。
背景技术
现有技术的车辆部件可能会设有热屏蔽装置，用于阻挡和/或减少到该车辆部件的热传递。例如，存在金属制成的热屏蔽装置，这些热屏蔽装置例如被用夹具或粘合剂固定于车辆储箱壁之上或附近。这样的热屏蔽装置被用来减少被传递给车辆储箱的热量，这些热例如来自于布置在车辆储箱附近的热元件，比如排气管。
这样的金属热屏蔽装置操控起来是危险的，因为在操作这样的热屏蔽装置时有被割伤的风险。而且，当热屏蔽装置是用夹具进行固定时，由于热屏蔽装置的振动可能产生噪音。并且，粘合的热屏蔽装置在老化后可能发生脱落。
发明内容
本发明的实施例的目的在于提供一种在制造车辆部件期间焊接热屏蔽装置的方法。另一目的在于提供这样的车辆部件的经改善的制造方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种在制造由热塑性材料制成的车辆部件期间焊接热屏蔽装置的方法。该热屏蔽装置包括加强层以及热屏蔽材料，该加强层由能够焊接到车辆部件的热塑性材料的这样的热塑性材料制成，该热屏蔽材料与所述加强层的热塑性材料不同、且被配置为用于减少穿过加强层到车辆部件的热传递。该方法包括以下步骤：
-加热所述热屏蔽装置以使加强层的热塑性材料达到熔融状态；
-将被加热的热屏蔽装置置于模具当中；
-将处于熔融状态的车辆部件的热塑性材料置入模具当中；
-通过在所述模具中吹气模制车辆部件，将处于熔融状态的加强层的热塑性材料焊接到处于熔融状态的车辆部件的热塑性材料。
术语“焊接”指的是：车辆部件的热塑性材料与加强层的热塑性材料在均处于熔融状态时彼此粘合。经常既在整个加热阶段也在整个冷却阶段使用的施加压强被用来使各个部件保持在合适的朝向上并改善穿过焊接界面的熔融流。熔融层的压缩促进这两个部件之间的聚合物链缠绕。加热阶段的目的在于允许穿过接合面的从一个部件到另一部件的分子间缠绕(熔融混合)。
所述热屏蔽装置的加热步骤允许使加强层的热塑性材料达到熔融状态。这允许在处于熔融状态的加强层的热塑性材料与被进一步置入模具当中的处于熔融状态的车辆部件的热塑性材料之间实现非常好的粘合。
事实上，这样的粘合在壁的热塑性材料与热屏蔽装置之间提供了真实的材料连续性。因此，连接比现有解决方案更加可靠。
而且，在将热屏蔽装置置于模具当中之前可预成型热屏蔽装置。
在另一具体实施例中，如在本申请人名下的专利申请WO2014/154900中所述的，热屏蔽装置被借助于夹持器而置入模具当中。所述夹持器旨在被机器人移动，以将热屏蔽装置置入模具当中。所述夹持器配置有约束装置(比如吸垫)和热屏蔽装置的加热装置。在热屏蔽装置被置入模具当中之后，借助于穿过模壁的维持装置(比如真空装置)将其固定。
根据一个优选实施例，将车辆部件的热塑性材料置入模具当中的步骤在于借助于挤出模的成型工具将管状壁部分置入模具当中。
该成型工具包括用于待挤出材料的挤出模。该模包括成型工具，该挤出工具在挤出物从挤出室离开时作用于挤出物并用于使挤出物平滑地成型为其所期望的轮廓。该成型工具可以是一对切割器。
在另一实施例中，将车辆部件的热塑性材料置入模具当中的步骤在于将被挤出的片材置入模具当中。
在焊接步骤期间，施加吹气压强，以使得处于熔融状态的热塑性材料壁鼓起与模具贴抵。处于熔融状态的型坯被布置为与维持在模具内的处于熔融状态的热屏蔽装置贴抵。由此获得壁的热塑性材料与热屏蔽装置之间可靠的粘合。
在进一步研发的实施例中，在吹气模制之后，在预定时间段内将模具保持在预定温度，以获得加强层与吹气模制的车辆部件的壁的良好的附着。
本发明的另一优点在于，热屏蔽装置是在车辆部件的模制过程期间(或者在通过吹气模制来成型片材的过程期间、或者在吹气后模制车辆部件的过程期间)同时(in line)被粘合到车辆部件的壁的。这允许缩短制造周期的时间。
加强层可以通过围绕着纤维体或在纤维体中熔融热塑性材料来形成，以获得具有至少一个能够焊接到车辆部件的表面的这样的加强层，所述纤维体例如是编织的纤维垫。加强层可以通过压延成型、压缩模制、注射模制等来制造。
在一个优选实施例中，热屏蔽材料包括由绝热材料制成的绝热层，所述绝热层与加强层贴抵地布置。优选地，该绝热材料是泡沫材料。可以用合适的胶合剂来将绝热层布置为与加强层贴抵。
额外地或替代地，热屏蔽材料可以包括形成热屏蔽装置的外层的反射层(例如金属层)，所述反射层被配置为用于反射热辐射。这样的反射层可以与加强层或与绝热层(如果存在绝热层的话)贴抵着胶合。替代地，反射层可以与加强层压合在一起，或者例如使用拉挤工艺在加强层的制造过程期间集成到加强层上。在一个优选实施例中，反射层是厚度小于0.5mm的薄的铝片材。在一个替代性的实施例中，马来酸酐接枝聚乙烯可以被用来改善与绝热材料的结合。
通过关联(coupling)加强层与热屏蔽材料，获得与车辆部件集成的热屏蔽装置。由此，对具有热屏蔽装置的车辆部件的操控更为容易，并且能够避免振动噪音或老化导致的脱落。术语“被焊接”指的是：加强层的材料被粘合到处于熔融状态的储箱壁，以便实现连续且可靠的结合。而且，通过组合加强和热屏蔽功能，还能够显著地减小车辆部件在关键位置(即接近热元件之处)的变形。
根据一个实施例，加强层是填充有纤维的加强层，尤其是预浸渍纤维复合(“prepreg”即预浸渍料)层。换句话说，加强层可以包括热塑性材料和纤维。纤维可以是切割纤维，或者是编织或非编织的长或连续的纤维。纤维优选地以纤维编织垫的形式被包含，更优选地以玻璃纤维编织垫的形式被包含。然而，也可以使用碳纤维、天然纤维或聚合物纤维(例如聚酰胺纤维)。热塑性材料被配置为能够焊接到储箱的材料，并且可以是聚烯烃材料，尤其是聚乙烯材料，例如高密度聚乙烯。为了改善纤维与热塑性材料之间的兼容性，纤维的表面可以用兼容化物质(比如硅烷或反应性结合剂)处理。优选地，热塑性材料中的热塑性材料含量低于50％，更优选地低于30％。优选地，纤维含量高于50％，更优选地高于70％。可以在本申请人名下的专利申请FR2957296-A1中找到关于合适的加强层的更多细节，该专利申请被通过引用包含于此。
优选地，加强层的厚度介于0.1到2.5mm之间，更优选地介于0.5到1.5mm之间。优选地，根据ASTM D638测试方法测量的加强层的拉伸模量高于3000MPa。
在一个优选实施例中，热屏蔽材料包括绝热材料的绝热层，所述绝热层被与加强层贴抵地设置。这样的绝热层将减少传递给车辆部件的热量。优选地，该绝热材料是泡沫材料，例如聚氨酯泡沫。这样的泡沫材料可以与加强层贴抵地胶合(例如用氰基丙烯酸酯胶)。优选地，绝热材料的热导率(K值)低于0.06W/mK，更优选地低于0.04W/mK。例如，在25摄氏度下，通常而言，聚乙烯的热导率大约为0.44W/mK，聚酰胺6的热导率大约为0.29W/mK，聚氨酯泡沫的热导率大约为0.03W/mK。优选地，根据ASTM D638测试方法测量的绝热材料的拉伸模量高于900MPa。由此，绝热层可以进一步有助于刚度，并且可以减小车辆部件变形的趋势。在一个优选实施例中，绝热层的厚度介于1到10mm之间，更优选地介于3到7mm之间。
在一个可能的实施例中，热屏蔽材料包括形成热屏蔽装置的外层的反射层，所述反射层被配置为用于反射热辐射。通过反射热辐射，更少的热量被传递给车辆部件。优选地，该反射层是金属层。在一个示例性实施例中，反射层是厚度小于0.5mm的薄的铝片材。当存在绝热层时，反射层可以粘合到该绝热层。当没有设置绝热层时，反射层可以粘合到加强层。通过使用与反射金属层组合的加强层，加强层能够阻止车辆部件在模制后的收缩，并确保反射金属层的正确的布置。
在一个替代性实施例中，热屏蔽材料包括至少布置在热屏蔽装置的外层中的金属颗粒，使得在所述外层处反射热量。这样的金属颗粒可以包含在加强层或位于加强层或绝热层(如果存在绝热层的话)上方的单独的层中。也可以施加热反射(或“热量反射性”)覆层或漆层。
车辆部件可以是储箱。该储箱可以是车辆用的燃料储箱或添加剂储箱。该储箱可以包括第一壳体和第二壳体，其中所述第一壳体和第二壳体的边缘相互连接以使得所述第一壳体和第二壳体一起形成限定内部体积的容器。在这样的实施例中，加强层可以例如通过包覆模制来焊接到第一壳体或第二壳体。储箱由热塑性材料制成。术语“热塑性材料”应被理解为指任何热塑性聚合物(包括热塑性弹性体)及其混合物。术语“聚合物”应被理解为既指均聚物也指共聚物(尤其是二元或三元共聚物)。这样的共聚物的例子有：无规共聚物、线性嵌段共聚物、其它嵌段共聚物和接枝共聚物。经常使用的一种聚合物是高密度聚乙烯(HDPE)。然而，用其它聚烯烃、用聚酰胺、用热塑性聚酯、用聚酮以及用这些材料的共聚物也可以获得良好的结果。而且，也可以使用不同聚合物或共聚物的混合物(可选地混有添加剂)。储箱可以是单层储箱或包括一个或更多个阻挡层(barrier layers)的多层储箱。
术语“燃料储箱”应被理解为指能够在各种多变的环境和使用条件下存储燃料的大致不可渗透的储箱。优选地，燃料储箱还包括燃料不可渗透树脂、例如EVOH(部分水解乙烯/乙酸乙烯酯共聚物)的层。替代地，储箱可以经受表面处理(氟化或磺化)以使其对于燃料不可渗透。包括处于两个HDPE层之间的EVOH层的多层燃料储箱被成功地用于本发明的情况。
术语“添加剂储箱”应被理解为指能够在各种多变的环境和使用条件下存储添加剂的大致不可渗透的储箱。添加剂通常是氨母体溶液。
车辆部件可以是充装管。加强层于是可以被焊接到充装管的外壁。充装管是用于给储箱充装流体的管。通常，充装管具有介于20到60mm之间、更优选地介于25到50mm之间的直径，和大于15cm的长度。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括由热塑性材料制成的壁的车辆部件的制造方法，该制造方法包括将热屏蔽装置粘合到所述壁的粘合步骤，其特征在于，该粘合步骤包括上文所述的焊接热屏蔽装置的方法的步骤。
根据一个具体实施例，车辆部件是燃料储箱。
根据另一具体实施例，车辆部件是充装管。
本发明的方法集成了将热屏蔽装置焊接到车辆部件的壁的步骤，而无需设置单独的焊接步骤。换句话说，这意味着在吹气模制过程期间同时焊接热屏蔽装置。吹气操作被设置用于成型片材并用于将热屏蔽装置焊接到车辆部件的壁。
与机械保持装置相比，通过焊接实现的热屏蔽装置的固定提供了上文所述的益处。
在另一实施例中，热屏蔽装置被引入模具中以使其贴抵着模具的内壁。在该情况下，热屏蔽装置位于朝向车辆部件外部的片材部分上。
附图说明
附图被用来图示本发明的装置目前优选的非限制性的示例性实施例。通过结合附图阅读以下详细的说明，本发明特征和主题的上文所述的以及其它的优点将变得更明显，并且将更好地理解本发明，在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的具有热屏蔽装置的车辆储箱的横截面；
图2示出了图1的局部II的详细横截面；
图3示出了图2的横截面的一个变型；
图4A至图4C示出了用于本发明实施例中的热屏蔽装置的三个变型的横截面；以及
图5至图7示意性地示出了本发明的方法的一个实施例。
具体实施方式
图1和图2示出了由热塑性材料(例如HDPE)制成的车辆储箱10(在此为鞍形储箱)的第一实施例，其中热屏蔽装置20被粘合到储箱10的外壁、尤其是储箱10底部中的凹处的壁部分。如图2所示，热屏蔽装置20包括加强层21、绝热层22和反射层23。加强层21由热塑性材料(例如HDPE)制成，该热塑性材料能够被焊接到车辆储箱的热塑性塑料。加强层21被焊接到外壁10。在该实施例中，热屏蔽材料包括绝热层22和反射层23。这些层22、23被配置为用于减少穿过加强层21到车辆储箱的热传递。
优选地，加强层21是填充有纤维的加强层，更特别地是预浸渍纤维复合层，即所谓的预浸渍料层。换句话说，加强层21可以包括热塑性材料和纤维。纤维可以是切割纤维，或者是编织或非编织的长或连续的纤维。优选地，纤维以纤维编织垫、更优选地以玻璃纤维编织垫的形式被包含。优选地，加强层21的厚度t2介于0.1到2.5mm之间，更优选地介于0.5到1.5mm之间。通常，储箱10的壁的厚度t1介于2到10mm之间，优选地介于3到8mm之间。
绝热层22被布置为与加强层21贴抵。这样的绝热层22将减少传递给储箱10的热量。优选地，绝热层22由泡沫材料(例如聚氨酯泡沫)制成。这样的泡沫材料可以与加强层21贴抵地胶合。优选地，该泡沫材料的热导率(K值)低于0.06W/mK，更优选地低于0.04W/mK。在一个优选实施例中，绝热层22的厚度t3介于1到10mm之间，更优选地介于3到7mm之间。
反射层23形成热屏蔽装置20的外层，并被配置为用于反射热辐射。通过反射热辐射，更少的热量被传递给车辆储箱。优选地，反射层23是金属层。在一个示例性实施例中，反射层23是厚度t4小于0.5mm的薄的铝片材。反射层23可以被粘合(例如胶合)到绝热层。当没有设置绝热层22时，反射层23可以被粘合到加强层21，参见图3的变型。
图4A至图4C示出了用于本发明的车辆部件中的热屏蔽装置的三个示例性实施例。在图4A的实施例中，通过在两个HDPE层之间包含纤维垫来形成(例如压缩模制)加强层21。泡沫层22与加强层21贴抵地布置(例如胶合)。呈薄的铝片材形式的反射外层23与泡沫材料贴抵地固定(例如胶合)。这样的热屏蔽装置可以通过其HDPE外层被焊接到车辆部件(比如储箱或充装管)的壁。在图4B的实施例中，不包含纤维的HDPE层形成加强层21。泡沫层22与加强层21贴抵地布置(例如胶合)。没有设置反射层。在图4C的实施例中，加强层21是通过与HDPE层贴抵地布置纤维垫或在HDPE层中布置纤维垫形成的。呈薄的铝片材形式的反射外层23与该纤维材料贴抵地固定(例如胶合)。
图5至图7示出了根据本发明的由热塑性材料来吹气模制车辆储箱的方法的一个实施例。在该实施例中，如下文所述地在储箱上包覆模制热屏蔽装置。该方法包括将热屏蔽装置20、20’粘合到车辆储箱的壁。在第一步骤中，一个或多个热屏蔽装置20、20’被置于模具30、30’当中。然后，由借助于挤出模50的成型工具60而置入模具当中的管状壁部分10来吹气模制储箱。热屏蔽装置20、20’和模具30、30’的温度使得加强层被焊接到储箱的热塑性材料10。可选地，可以在模具中设置额外的加热装置40、40’以用于加热热屏蔽装置20、20’。
在一个替代性实施例中，有利地可以使用如本申请人名下的较早专利申请WO2007/000454A1、WO2011/110480A1中所述的双片材吹气模制工艺(Twin Sheet BlowMolding Process，简称TSBM)。在该情况下，热屏蔽装置被粘合到被挤出的片材上而不是管状壁部分。
热屏蔽装置20、20’包括加强层和热屏蔽材料，其中加强层由被焊接到储箱的热塑性材料的这样的热塑性材料制成，热屏蔽材料与所述层的热塑性材料不同、且被配置为用于减少穿过加强层到储箱的热传递。在一个可能的实施例中，在吹气模制之后，在预定时间段内将模具30、30’保持在预定温度，以获得加强层与吹气模制的储箱的壁10的良好的附着。在一个可能的实施例中，在将热屏蔽装置20、20’置于模具30、30’当中之前，加热热屏蔽装置20、20’以使其加强层的热塑性材料达到熔融状态。而且，可以在将热屏蔽装置20、20’置于模具30、30’当中之前预成型热屏蔽装置20、20’。
根据一个未示出的替代性实施例，热屏蔽装置与车辆储箱或充装管的粘合包括与已模制好的车辆储箱或充装管的外壁贴抵地焊接该热屏蔽装置。
在一个优选实施例中，热屏蔽装置20、20’包括绝热材料的绝热层，所述绝热层与加强层贴抵地布置。优选地，绝热材料是泡沫材料。附加地或替代地，热屏蔽装置20、20’可以包括反射层(例如金属层)，该反射层构成热屏蔽装置的外层，所述反射层被配置为用于反射热辐射。这样的反射层可以与加强层或绝热层(如果存在该层的话)贴抵地胶合。替代地，反射层可以与加强层压合在一起。在一个优选实施例中，反射层是薄的铝片材。
以上示出的实施例涉及储箱，但本领域技术人员应理解本发明的技术特征和认识可以同样地应用于充装管。
尽管以上结合特定实施例阐述了本发明的原理，应理解这些说明仅是作为例子做出的，并不构成对保护范围的限制，保护范围由所附权利要求决定。

Claims (10)

1.一种在制造由热塑性材料制成的车辆部件期间焊接热屏蔽装置的方法，所述热屏蔽装置包括加强层以及热屏蔽材料，所述加强层由能够焊接到所述车辆部件的热塑性材料的这样的热塑性材料制成，所述热屏蔽材料与所述加强层的热塑性材料不同、且被配置为用于减少穿过所述加强层到所述车辆部件的热传递，其中，所述方法包括以下步骤：
-加热所述热屏蔽装置以使所述加强层的热塑性材料达到熔融状态；
-将被加热的所述热屏蔽装置置于模具当中；
-将处于熔融状态的所述车辆部件的热塑性材料置入所述模具当中；
-通过在所述模具中吹气模制所述车辆部件，来将处于熔融状态的所述加强层的热塑性材料焊接到处于熔融状态的所述车辆部件的热塑性材料。
2.如权利要求1所述的方法，其中，将所述车辆部件的热塑性材料置入所述模具当中的步骤在于：借助于挤出模的成型工具将管状壁部分置入所述模具当中。
3.如权利要求1所述的方法，其中，将所述车辆部件的热塑性材料置入所述模具当中的步骤在于：将被挤出的片材置入所述模具当中。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在将所述热屏蔽装置置于所述模具当中之前预成型所述热屏蔽装置。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述热屏蔽材料包括绝热材料的绝热层，所述绝热层与所述车辆部件的热塑性材料层贴抵地布置。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述热屏蔽材料包括形成所述热屏蔽装置的外层的反射层，所述反射层被配置为用于反射热辐射。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述反射层粘合到所述绝热层。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述反射层粘合到所述加强层。
9.一种包括由热塑性材料制成的壁的车辆部件的制造方法，所述制造方法包括将热屏蔽装置粘合到所述壁的粘合步骤，其特征在于，所述粘合步骤包括如权利要求1至8中任一项所述的焊接热屏蔽装置的方法的步骤。
10.如权利要求9所述的车辆部件的制造方法，其中，所述车辆部件是燃料储箱或充装管。
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