CN107433723A - 零配件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

零配件的制造方法。本发明涉及机动车辆零配件的制造方法，包括下列工序：提供模具(44)，其具有：主面(48，50)、至少一个加固面(58)及位于加固面与主面之间的伸长形接合处(60，62)；然后在每个接合处上铺设结合于第一聚合物基体(30)的单向纤维带(24)，单向纤维布置成平行于接合处；铺设基层(38)，其具有与第二聚合物基体(42)结合的陶瓷纤维(40)；然后使带和基层在模具和对模(46)之间热成形以使带与层固连。

Description

零配件的制造方法
技术领域
本发明涉及机动车辆零配件的制造方法以及可采用这种方法制成的零配件。
本发明尤其涉及结构零配件，例如后板、座舱地板或者活动(faux)载重板。这种零配件尤其用于承载较大负重。因此，必须使之具有足够的刚性。
背景技术
有利的是实施这种零配件使得其要尽可能轻，而不显著增大成本。一般来说，这种零配件由复合材料、尤其是混合增强纤维的聚合物基体热成形而成。
为了增大这种零配件的刚性，已知使之具有加强筋、尤其是沿零配件的长度方向布置的加强筋。特别是，后板通常具有中央空腔或称“文具盒部(plumier)”，其伸长的边部具有增强刚性的作用。
但是，现有的解决方案有时不足以赋予这些零配件、尤其是经受高温条件的零配件以足够的刚性。特别是，暴露于阳光的车辆可达到促使一些低熔点聚合物基体例如聚丙烯材料软化的车内温度。另外，基于这些基体形成的零配件在承受静态负重时，会经受蠕变变形。
发明内容
本发明旨在提出一种制造方法，其允许获得具有增强刚性的零配件，甚至可利用低熔点基体获得增强刚性的零配件，从而可使制造成本适中。
为此，本发明旨在前述一种方法，其包括下列工序：提供模具，模具具有：第一主面和第二主面，第一和第二主面大致沿一平面或者两个大致平行的平面延伸；至少一个加固面，加固面接续于第一和第二主面，所述加固面不平行于所述平面；第一接合处和第二接合处，第一和第二接合处分别位于加固面与第一主面之间、加固面与第二主面之间，第一和第二接合处每个都呈伸长形，大致平行于相同主方向；然后，面对所述第一和第二接合处中的至少一个铺设结合于第一聚合物基体的单向纤维所形成的单向纤维带，所述单向纤维大致平行于接合处的主方向布置，所述单向纤维带的宽度选择成沿接合处伸展在所述第一主面和第二主面中至少一个和加固面上，面对第一和第二主面铺设基层，基层具有结合于第二聚合物基体的陶瓷纤维，单向纤维带间置在基层与模具之间，所述基层的尺寸选择成覆盖所述单向纤维带；然后，使单向纤维带和基层在模具和对模之间热成形，使得第一和第二聚合物基体聚合并且单向纤维带与基层固连。
根据本发明的其他有利方面，所述方法具有单独考虑或根据所有技术上可行的组合考虑的以下一个或多个特征：
－单向纤维带面对加固面的第一接合处和第二接合处布置，所述单向纤维带的宽度选择成沿第一和第二接合处覆盖加固面并在所述加固面的两侧伸出到第一主面和第二主面上；
－单向纤维带的第一聚合物基体是热塑性基体，所述制造方法包括预先根据下列工序制造所述单向纤维带：沿相同主方向布置单向纤维与热塑性基体的长丝的混合物以形成单向条带；然后，使单向条带热成形，随后冷却热塑性基体，以使所述热塑性基体固连于单向纤维并因而形成单向纤维带；
－单向纤维按重量比占单向条带的30％至70％之间；
－通过根据增强纤维的直径相对单向纤维带的总重量调节基体重量的比例、和/或通过继热成形工序之后或接着热成形工序进行毛面处理，产生单向纤维带的表面粗糙度；
－基层的第二聚合物基体由聚合物纤维优选聚丙烯或者聚对苯二甲酸乙二醇酯混合陶瓷纤维而形成；
－带的单向纤维是玻璃纤维，带的第一聚合物基体基于聚对苯二甲酸乙二醇酯，基层的聚合物纤维基于聚丙烯，及单向纤维带和基层的热成形工序在160℃至200℃之间的温度下进行；
－加固面大致垂直于第一主面和第二主面的平面；
－第一主面和第二主面大致布置在两个不同的平行平面中，第一主面具有中央孔，其边部形成包含加固面的第一接合处的封闭轮廓，第二主面具有包含加固面的第二接合处的封闭外轮廓；
－对模构造成在热成形工序期间相对模具在第一主面、第二主面和加固面处形成大致不变的间隙；
－对模具有大致呈平面的表面，所述大致呈平面的表面面对模具的第一主面、第二主面以及所述至少一个加固面布置，使得在热成形工序期间相对模具形成可变的间隙。
本发明还涉及可使用上述方法制成的零配件。
附图说明
通过阅读参照附图进行的和仅作为例子给出的以下说明，本发明将得到更好理解，附图中：
图1是根据本发明第一种实施方式的机动车辆零配件的仰视图；
图2、3和4示出图1所示零配件的制造工序；
图5是根据本发明第二种实施方式的机动车辆零配件的制造装置的剖面图；以及
图6和7是所述零配件的剖面图。
具体实施方式
图1示出根据本发明第一种实施方式的零配件10。零配件10是复合型，热成形而成。
零配件10用于装备机动车辆(未示出)。在图1示例中，零配件10是后板，用于布置在机动车辆后座的后面、后挡风玻璃附近。
考虑采用标准正交基(X，Y，Z)，Z向表示竖直方向。图1中，零配件10以相对于其在机动车辆中的通常位置的仰视图示出。特别是，零配件10的下表面11可见于图1中。
零配件10具有周边部分12和中央部分14，每个所述部分都基本布置在一平面(X，Y)中。另外，零配件10与周边部分12和中央部分14中每个呈沿着相应于机动车辆横向方向的X向伸长的形状。
周边部分12具有围绕中央部分14的环形形状。出于在零配件10上贮存物品的目的，中央部分14相对于周边部分12形成空腔或称“文具盒部”。更准确的说，周边部分12和中央部分14由侧壁16连接在一起，侧壁形成相对平面(X，Y)倾斜或大致垂直于该平面的自身封闭带。
鉴于零配件10的伸长形形状，侧壁16具有都称为“增强”部分的第一部分18和第二部分20，每个所述部分都具有基本平行于X向的伸长形形状。
图1所示的零配件10具有基本恒定的厚度，特别是在周边部分12和中央部分14处。
零配件10基本由前驱层热成形而成的板22形成，如下将详述。但是，下表面11部分地由与板22一体热成形的两条单向带24形成。特别是，每个单向带24分别在侧壁16的第一增强部分18和第二增强部分20处形成下表面11。
单向带24，优选在零配件10的整个长度上，基本沿X向延伸。每条单向带24分别在侧壁16的第一增强部分18和第二增强部分20的两侧伸出到周边部分12和中央部分14上。
单向带24是由结合于第一聚合物基体30的单向增强纤维28形成的复合带。所谓单向纤维，既是指非连续的直线性单体，又是指也称为长丝的连续单体。这些单向增强纤维28基本平行于X向以对接的方式布置。
优选地，单向纤维28是长纤维，尤其是长度大于或等于10厘米的长纤维。在变型中，单向纤维28是长丝，其长度相应于单向带24的长度。
单向纤维28优选具有玻璃纤维。更优选地，单向纤维28中玻璃纤维的比例为至少50％。
根据第一变型，单向纤维28具有碳纤维。根据第二变型，单向纤维28具有选择以耐受热成形温度的天然纤维。
优选地，第一基体30是热塑性基体，尤其是以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为基础的热塑性基体。PET出于成本原因而是有利的。但是，根据实施带24所寻求的性能级别，可使用其他聚合物，包括呈纤维形式的，如聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等。
根据一变型，第一基体30是热固性聚合物基体，例如丙烯酸树脂如BASF公司以注册商标名推出市场的树脂。
现在，来说明在第一基体30是热塑性塑料的情况下制造单向带24的第一种制造方法。
首先，将优选是玻璃纤维的增强纤维28与热塑性基体30的长丝32进行混合。所述增强纤维和所述长丝紧密结合，沿同一方向布置，以形成单向条带34，如图2所示。增强纤维28的比例按重量占单向条带34的30％至70％之间。
接着使条带34热成形，尤其在压力下和加热下热成形，从而导致长丝32的热塑性基体30熔融。接着，基体30冷却，固连于单向纤维28，从而形成带24。
优选地，单向带24的冷却动态特性限定成使例如基于PET的基体30具有最佳结晶条件。因此，带24具有基体30的高杨氏模量。例如，该模量为5至10GPa之间。因此，单向带24在与玻璃增强纤维28相结合时可达到大于37GPa的杨氏模量。
随着增强纤维28所占量超过基体30所占量，单向带24的表面粗糙度可增大。这种所占量超过取决于每种构成组分的重量比例，还取决于增强纤维28的直径。通过与热成形结合的毛面处理(grainage)或者继热成形后立即进行的毛面处理，也可增大单向带24的表面粗糙度。
现在来说明在第一基体30是热固性树脂、例如型热固性树脂的情况下制造单向带24的第二种制造方法。
增强纤维28并排布置，以用如压辊的任何公知装置形成浸有液态树脂例如水基树脂的条带。接着，浸渍条带进行低温干燥，所谓低温即指温度低于树脂聚合温度。树脂选择成可使纤维在交联前彼此初步胶接，同时确保在交联后具有高杨氏模量。
这样用上述方法中的一种或另一种方法形成的带24适于进行操作。用上述第一种方法制成的实心带24以剖面图示于图3。所述带24沿为纤维28的主方向的X向延伸，沿Y向具有宽度36。
如图4所示，如此形成的两个带24则结合于板22的前驱层38。
层38具有结合于第二聚合物基体42的陶瓷纤维40。优选地，层38是基于与第二聚合物基体42的纤维混合的陶瓷纤维40的毡。更优选地，陶瓷纤维40是玻璃纤维。
根据第一种优选实施方式，第二聚合物基体42的纤维是聚丙烯纤维。这种层38尤其以注册商标进行销售。聚丙烯的熔点温度尤其约为160℃。
根据第二种优选实施方式，第二聚合物基体42的纤维是PET纤维。这种层38尤其以注册商标进行销售。PET的熔点温度尤其约为245℃。
这种层38尤其是用梳理/铺展/植绒法实现，或者用“气流成网(airlay)”随后再植绒的方法实现。
另外，提供模具44和对模46，用以利用层38和带24热成形零配件10。模具44和对模46以剖面图示于图4。
模具44尤其用于形成零配件10的下表面11。特别是，模具44具有第一主面48和第二主面50，它们分别相应于零配件10的周边部分12和中央部分14。所述第一主面48和第二主面50基本布置在两个不同的平行平面(X，Y)中。
模具还具有侧面52，侧面相应于零配件10的侧壁16。侧面52具有围绕第二主面50的自身封闭带的形状。该封闭带具有第一边部54和第二边部56，它们分别形成与第一主面48和第二主面50的相交处。
侧面52具有两个加固面58，它们相应于零配件10的第一增强部分18和第二增强部分20。每个加固面58由分别与第一主面48和第二主面50接合的第一接合处60和第二接合处62限定，所述第一接合处60和第二接合处62分别是侧面52的第一边部54和第二边部56的组成部分。
优选地，每个加固面58基本平坦，大致垂直于第一主面48和第二主面50。所谓“大致垂直”，是指加固面58相对Z向倾斜小于或等于10°的角度，该角度优选小于或等于5°。
对模46具有成型表面64，成型表面的形状基本与第一主面48、第二主面50和侧面52互补。特别是，对模46构造成沿Z向相对模具44、尤其在第一主面48和第二主面50处，形成大致不变的间隙。
这种零配件10一般具有吸音作用，间隙选择成使得成品零配件的密度小于1，以确保高孔隙度。因此，优选地，来自层或者层的板22的平均杨氏模量仅接近10GPa。
用热成形形成零配件10例如进行如下：两个与图3所示的带(热塑性基体30)相同的带24布置成与层38接触，例如通过几个粘合点，优选固定于所述层的表面。
可选地，例如由织物形成的一个或多个覆层66布置在层/带组合件之上和/或之下。覆层66的作用是改善零配件10的表面的外观或质地。
接着，如此形成的整体被加热至高于第二聚合物基体42的熔点的温度。
接着，使热的层38和带24、以及可能还有所述一个或多个覆层66，接触模具44。特别是，每个带24布置成覆盖加固面58的第一接合处60或者第二接合处62，因此，带跨接在所述加固面58上与第一主面48或第二主面50上。热成形之后使得带24具有L形截面。
优选地，带的宽度36构造成以及所述带布置成覆盖加固面58的第一接合处60和第二接合处62，并在所述加固面的两侧、伸出到第一主面48和第二主面50上。热成形之后使得带24具有基本呈Z形的截面。
接着，热的层38和带24在模具44与对模46之间进行压制。特别是，层38被挤压，第二聚合物基体42形成封纳陶瓷纤维40的块体。带24则与所述第二聚合物基体42一体热成形而成。
带24构成零配件10的机械加强件，特别是在增强部分18、20处，在这些增强部分中，带具有L形或Z形截面。实际上，这种形状会增大增强部分18、20的二次力矩。与带24的高杨氏模量有关的二次力矩的这种增大有助于提高零配件10的刚性。
根据一种优选实施方式，在第一PET基体30中，带24由玻璃纤维28形成；层38的第二基体42基本由聚丙烯形成。另外，在零配件10热成形时，加热温度保持低于PET的熔点温度。特别是，加热温度为160℃至200℃之间，优选基本等于170℃。
在该温度，带24的PET保持呈固态；尽管基体30和42化学上不兼容，但是玻璃纤维28赋予带24以表面粗糙度，从而可确保在压制工序时与熔融的第二基体42胶接。冷却之后，形成的板22与带24则成整体。
使用另一种增强纤维28例如碳纤维或者天然纤维，也可以获得类似的结果，条件是所述纤维的粗糙度足以使带24机械附紧于第二基体42中。
因此，在较低温度下可热成形的这种零配件10，在增强部分18、20上具有由带24形成的加强件，所述加强件耐受很高的温升。因此，在通过相关机动车辆后挡风玻璃长时间受阳光暴晒的情况下，零配件10具有良好的抗蠕变强度。
在第一基体30是热固性树脂的情况下，层38例如装配于上述第二种方法产生的带24。第一基体30于是处于非聚合状态。接着，根据与上述热成形方法类似的方法，在高于树脂交联温度的成型温度下，使层38和带24热成形。因此，第一基体30完成其聚合过程。第一热固性基体30的存在使如此获得的零配件10具有良好的抗蠕变强度。
图5以剖面图示出根据本发明第二种实施方式的零配件100的制造装置200。图6和7表示所述零配件100的剖面细部图。
例如考虑零配件100是后板，类似于图1所示的零配件10。
零配件100具有基本呈平面的上表面109，该上表面布置在平面(X，Y)中。零配件100还具有下表面111，下表面除槽113和增强筋115外也呈平面，图6和7分别以剖面图示出。
更准确的说，下表面111具有主面117，主面基本布置在第一平面(X，Y)中。槽113和增强筋115基本沿X向布置，优选布置在零配件100的沿X向的长度的至少50％、更优选至少75％上。
槽113具有底面119，该底面基本布置在第二平面(X，Y)中，比主面117更接近上表面109。底面119由两个基本呈平面的内侧面121连接于所述主面117。每个内侧面121由两个基本呈直线形的边部123、125限定，每个边部分别与主面117和底面119形成相交处。
增强筋115具有顶面127，顶面基本布置在第三平面(X，Y)中，比主面117更远离上表面109。顶面127由基本呈平面的两个外侧面129连接于所述主面117。每个外侧面129由两个基本呈直线形的边部131、133限定，每个边部分别与主面117和顶面127形成相交处。
优选地，内侧面121和外侧面129大致垂直于平面(X，Y)。所谓“大致垂直”，是指内侧面121和外侧面129相对Z向倾斜小于或等于10°的角度，该角度更优选地小于或等于5°。
零配件100基本由源自层38热成形而成的如前所述的板22形成。但是，与零配件10的情况相同地，零配件100的下表面111部分地由如前所述的单向带24形成。
所述下表面111的带24沿X向、沿着内侧面121和外侧面129布置，构成加固零配件100的机械加强件。
特别是，槽113具有两个带24，它们分别布置在每个内侧面121上。每个带24覆盖两个边部123、125，并在内侧面121的两侧伸出到主面117和底面119上。因此，每个带24具有基本呈Z形的截面。
筋115也具有两个带24，它们分别布置在每个外侧面129上。但是，每个带24覆盖仅一个边部131，跨置在主面117与外侧面129之间。因此，每个带24具有基本呈L形的截面。
一般来说，筋或者槽的每个带24可覆盖内或外侧面的全部或一部分，及在所述内或外侧面的仅一侧或两侧伸出。
制造装置200尤其具有模具141和对模143。对模143具有平坦面145，该平坦面相应于零配件100的上表面109。模具141具有相应于下表面111的面147。特别是，面147具有基本与槽113互补的凸起149、以及基本与筋115互补的空腔151。因此，制造装置200构造成在模具141与对模143之间、特别是在凸起149和空腔151处形成可变的间隙。
零配件100的一种制造方法例如涉及如前所述的带24和层38，带24相对于模具141定位在适当的位置。如同上面对于图1的零配件10所述的，所述层38和所述带24继而在模具141与对模143之间进行热成形。
鉴于制造装置200的可变的间隙，零配件100具有高致密度区域153，其位于上表面109与槽113的底面119之间。高致密度区域153使零配件100除了带24之外还具有机械加强件。
同样，零配件100具有低致密度区域155，其位于上表面109与筋115的顶面127之间。低致密度区域155厚度大，这同样有助于加固零配件100。
上述方法可制造刚性零配件，刚性零配件尤其是具有特别是在暴露于高温时提高的抗蠕变强度，而其他特性如吸音不会受到影响。这种方法尤其可减小零配件的厚度，而不降低其机械性能，从而提供更为轻便但生产成本又不过高的零配件。

Claims (11)

1.一种用于制造机动车辆的零配件(10，100)的制造方法，其特征在于，制造方法包括以下工序：
－提供模具(44，141)，模具具有：
－第一主面(48)和第二主面(50)，第一和第二主面大致沿一平面(X，Y)或者两个基本平行的平面延伸；
－至少一个加固面(58)，加固面接续于第一和第二主面，所述加固面不平行于所述平面；
－第一接合处(60)和第二接合处(62)，第一和第二接合处分别位于加固面与第一主面之间、加固面与第二主面之间，第一和第二接合处每个都呈伸长形，大致平行于相同主方向(X)；然后
－面对所述第一和第二接合处中的至少一个铺设结合于第一聚合物基体(30)的单向纤维(28)所形成的单向纤维带(24)，所述单向纤维大致平行于第一和第二接合处的主方向(X)布置，
所述单向纤维带的宽度选择成沿接合处伸展在加固面上和所述第一主面(48)和第二主面(50)中至少一个上，以及
－面对第一和第二主面铺设基层(38)，基层具有结合于第二聚合物基体(42)的陶瓷纤维(40)，单向纤维带(24)间置在基层(38)与模具(44)之间，所述基层的尺寸选择成覆盖所述单向纤维带；然后
－使单向纤维带和基层在模具和对模(46，143)之间热成形，使得第一和第二聚合物基体聚合并且单向纤维带与基层固连。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，单向纤维带(24)面对加固面的第一接合处(60)和第二接合处(62)布置，所述单向纤维带的宽度选择成沿第一和第二接合处覆盖加固面并在所述加固面的两侧伸出到第一主面(48)和第二主面(50)上。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，单向纤维(28)带(24)的第一聚合物基体(30)是热塑性基体，所述制造方法包括预先根据下列工序制造所述单向纤维带：
－沿相同主方向布置单向纤维(28)与热塑性基体的长丝(32)的混合物以形成单向条带(34)；然后
－使单向条带热成形，随后冷却热塑性基体，以使所述热塑性基体固连于单向纤维并因而形成单向纤维带。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，单向纤维(28)按重量比占单向条带(34)的30％至70％之间。
5.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，基层的第二聚合物基体(42)由聚合物纤维混合陶瓷纤维(40)而形成。
6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，
－基层的第二聚合物基体(42)由聚合物纤维混合陶瓷纤维(40)而形成；
－单向纤维带的单向纤维(28)是玻璃纤维；
－单向纤维带的第一聚合物基体(30)基于聚对苯二甲酸乙二醇酯；
－基层的聚合物纤维(42)基于聚丙烯；以及
－单向纤维带和基层的热成形工序在160℃至200℃之间的温度下进行。
7.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，加固面(58)大致垂直于第一主面(48)和第二主面(50)的平面。
8.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，第一主面(48)和第二主面(50)大致布置在两个不同的平行平面中，
第一主面(48)具有中央孔，其边部(54)形成包含加固面的第一接合处(60)的封闭轮廓，
第二主面具有包含加固面的第二接合处(62)的封闭外轮廓(56)。
9.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，对模(46)构造成在热成形工序期间相对模具(44)在第一主面(48)、第二主面(50)和加固面处形成大致不变的间隙。
10.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，对模(143)具有大致呈平面的表面(145)，所述大致呈平面的表面面对模具(141)的第一主面、第二主面以及所述至少一个加固面(147，149，151)布置，使得在热成形工序期间相对模具形成可变的间隙。
11.一种零配件(10，100)，其特征在于，零配件能利用权利要求1或2所述的制造方法制成。
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