CN108688436A - 多层吹塑成型的挤出件 - Google Patents

Abstract

本公开涉及多层吹塑成型的挤出件。公开了吹塑成型的部件和用于形成该吹塑成型的部件的系统和方法。吹塑成型的部件可以是空气导管，例如，结构性空气导管。结构性空气导管可以包括中空主体，所述中空主体包括第一材料的第一层和包围所述第一层的第二材料的第二层。至少一个中空突起可以从所述中空主体延伸并且可以包括近端部分和远端部分。所述近端部分可以包括被所述第二层包围的所述第一层，所述远端部分可以仅包括所述第一层和所述第二层中的一个。可以通过吹塑成型多材料型坯来形成导管。第一材料和第二材料可以具有不同的拉伸模量，在成型过程期间，具有较高模量的材料可以撕裂并允许较低模量的材料填充突起。

Description

多层吹塑成型的挤出件

技术领域

本公开涉及例如使用两种或更多种不同材料的多层吹塑成型的挤出件。

背景技术

吹塑成型是一种可用于形成中空的聚合物部件的制造工艺。吹塑成型有三种主要类型：挤出吹塑成型、注射吹塑成型和注射拉伸吹塑成型。通常，挤出吹塑成型包括：使塑料熔融并将熔融的塑料挤出成中空管，该中空管可以称为型坯。然后可以将型坯封闭在冷却的模具中。然后，可以将空气引入(例如，吹送)到型坯中，使型坯膨胀并呈现模具内部的形状。然后可以将模制的部件排出。

发明内容

在至少一个实施例中，提供一种结构性部件。所述部件可以包括中空主体，所述中空主体包括第一层和包围第一层的第二层，第二层具有比第一层高的拉伸模量。至少一个中空突起可以从所述中空主体延伸并包括近端部分和远端部分。所述近端部分可以包括被所述第二层包围的所述第一层，所述远端部分可以仅包括所述第一层。

在一个实施例中，所述结构性部件是空气导管，所述至少一个中空突起被构造为与车辆的乘客厢中的导管连通。在另一个实施例中，所述第二层的拉伸模量比所述第一层的拉伸模量大至少100％。所述第一层可以具有比所述第二层高的断裂伸长率。在一个实施例中，所述第一层的断裂伸长率比所述第二层的断裂伸长率大至少100％。所述远端部分可以仅包括所述第一层。所述第一层可以延伸通过所述第二层中的开口。所述远端部分可以限定与所述中空主体流体连通的开口。

在至少一个实施例中，提供一种方法。所述方法可以包括：挤出同心的第一材料和第二材料，以形成中空的多层型坯；将型坯定位在闭合的模具内，所述模具限定具有主体和从所述主体延伸的至少一个突起的模腔；将增压空气引入到型坯的内部，以使型坯膨胀从而填充所述模腔。所述第一材料可以在膨胀到所述突起中时撕裂，并且所述第二材料可以填充所述突起。

在一个实施例中，所述第一材料具有比所述第二材料高的拉伸模量。所述第一材料可以围绕所述第二材料挤出，以形成中空的多层型坯。所述第二材料可以延伸通过所述第一材料中的撕裂部，以填充所述突起。在另一个实施例中，所述第二材料围绕所述第一材料挤出，以形成中空的多层型坯。所述第二材料可以在所述第一材料中的撕裂部周围延伸，以填充所述突起。在一个实施例中，突起的远端部分可以仅包括第二材料。所述方法还可以包括：修剪远端部分以在突起中形成开口。

在至少一个实施例中，提供一种结构性部件。所述部件可以包括中空主体，所述中空主体包括第一材料的第一层和包围所述第一层的第二材料的第二层。至少一个中空突起可以从所述中空主体延伸并包括近端部分和远端部分。所述近端部分可以包括被所述第二层包围的所述第一层，所述远端部分可以仅包括所述第一层和所述第二层中的一个。

在一个实施例中，所述第二材料具有比所述第一材料高的拉伸模量，所述远端部分仅包括所述第一层，所述第一层延伸通过所述第二层中的开口。在另一个实施例中，所述第一层具有比所述第二层高的拉伸模量，所述远端部分仅包括所述第二层。所述第二层可以在所述第一层中的开口周围延伸。

附图说明

图1是根据实施例的非结构性吹塑成型的HVAC空气导管的透视图；

图2是根据实施例的包括结构性部件的多层吹塑成型的HVAC空气导管的透视图；

图3A是根据实施例的以低拉伸模量和高伸长率性能形成的吹塑成型的HVAC空气导管中的限定良好的突起的透视图；

图3B是根据实施例的以高拉伸模量和低伸长率性能形成的吹塑成型的HVAC空气导管中的限定不良的突起的透视图；

图4A是根据实施例的以低拉伸模量和高伸长率性能形成的吹塑成型的HVAC空气导管中的一对限定良好的突起的透视图；

图4B是根据实施例的以高拉伸模量和低伸长率性能形成的吹塑成型的HVAC空气导管中的一对限定不良的突起的透视图；

图5是根据实施例的3D挤出吹塑成型系统的示意图；

图6是根据实施例的3D多层挤出吹塑成型系统的示意图；

图7是根据实施例的设置在打开的模具工具内的多层型坯的示意性剖面；

图8是图7的型坯和模具工具的示意性剖面，其中，模具工具处于闭合位置；

图9是根据实施例的多层吹塑成型的挤出件的示意性剖面；

图10A和图10B是分别与图3A和图3B的图对应的限定良好的和限定不良的突起的照片；

图11A和图11B是分别与图4A和图4B的图对应的限定良好的和限定不良的突起的照片。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为本发明的可以以各种可替代形式实现的示例。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。

吹塑成型(例如，挤出吹塑成型)可用于形成各种部件。如在背景技术中所描述的，挤出吹塑成型通常包括：使塑料熔融并将熔融的塑料挤出成中空管，该中空管称为型坯。然后可以将型坯封闭在冷却的模具中。然后可以将空气吹送到型坯中，使型坯膨胀并呈现模具内部的形状。挤出吹塑成型可用于形成车辆的部件或零件。

参照图1，示出了吹塑成型的暖通空调(HVAC)空气导管10的示例。现有的吹塑成型的HVAC空气导管通常是非结构性的，并且它们的主要功能是将空气从HVAC单元运送到乘客厢。由于空气导管10几乎没有结构性方面，所以它可以由具有良好的拉伸或伸长性能的单一材料形成。这些材料通常是成本相对较低的聚合物，诸如聚乙烯或其它聚烯烃。通常，具有高伸长率的材料具有相对较低的机械性能(诸如拉伸模量)。材料的相对较高的伸长率允许空气导管包括具有限定良好(well-defined)的特征的相对复杂的形状。吹塑成型材料的伸长性能使其能够拉伸并填充模腔，甚至能够填充具有尖锐的角的模腔。

参照图2，示出了HVAC空气导管20，其将空气从HVAC单元运送到乘客厢，但HVAC空气导管20也是结构性部件。例如，空气导管20可以补充或替代通常由钢制成的汽车仪表板横梁(cross car beam)。空气导管20还可以提供支持和/或增强仪表板噪声、振动和声振粗糙度(NVH)的额外特征。空气导管20可以具有主体22，主体22可以提供空气导管20的结构性功能。与传统的汽车仪表板横梁类似，主体22可以被构造为横跨车辆延伸(例如，垂直于车辆的侧面)。主体22可以具有中空的管状形状。术语“管状”不旨在描述主体22的任何特定的横截面形状。主体的横截面可以具有任何合适的形状，诸如圆形、椭圆形、卵形、矩形或不规则形状。如图所示，主体22的形状沿着主体22的整个长度可以不是恒定的或相同的。然而，在一些实施例中，在整个长度上横截面可以是基本恒定的。

空气导管可以包括从主体22延伸的一个或更多个突起24。突起24可以形成与乘客厢中的导管连通的开口26。该连通可以是直接的或者可以是通过中间部件的。在示出的实施例中，空气导管20可以包括位于主体22的端部30处或附近的一个或更多个端部突起28。这些突起可以与邻近车门的导管连通。如图所示，在主体的每个端部30处存在一个端部突起28，然而，可以仅在一个端部30处存在突起28，或者可以在一个或两个端部30处存在多个突起28。

还可以存在一个或更多个中间或中央突起32。中央突起可以附加到或替代端部突起28。如本文所使用的，中间/中央可以指远离端部30的位置，例如，在主体22的中部75％、50％、33％或25％处。这些突起可以与位于中央的导管连通，诸如包含在或邻近于中央控制台或娱乐/气候控制台的导管。如图所示，存在两个中央突起32，然而，可以仅存在单个中央突起或者可以存在三个或更多个中央突起。在示出的实施例中，中央突起32可以彼此靠得很近。

端部突起28和中央突起32可以限定被构造为与乘客厢中的各种导管连通的开口26。开口26可以具有任何合适的形状。在示出的实施例中，中央突起32和其中一个端部突起28具有矩形开口，而其余的端部突起28具有不规则形状的开口。然而，每个突起可以具有任何合适的形状，诸如矩形、圆形、椭圆形、卵形、不规则形状或其它。主体22的端部30可以是闭合的，使得没有气流从中流过。主体22可以包括用于接收来自HVAC单元的空气的入口(未示出)。该入口可以形成为主体22中的一个或更多个开口，或者该入口可以包括一个或更多个突起(例如，类似于那些突起24)。

为了提供空气分配功能和结构性支撑功能两者，空气导管20会需要良好的机械性能(例如，高拉伸模量)和良好的拉伸性能(例如，高伸长率)两者。如上所述，在单一材料中通常不能获得这两种特性。为了测试单一材料形成还包括相对精确的特征(例如，空气导管20中的突起)的结构性构件的能力，通过两种不同类型的材料来吹塑成型与空气导管20类似的空气导管。第一材料是拉伸模量相对较低的材料，第二材料是拉伸模量相对较高的材料。如下面更详细描述的，高模量的材料不能形成限定良好的形状。因此，使用单一材料形成诸如空气导管20的结构性空气导管可能是困难的或不可能的。

参照图3A至图4B，示出了具有与空气导管20类似的设计的吹塑成型的空气导管的示例。图3A和图4A对应于使用拉伸模量相对较低且伸长率高的材料吹塑成型的空气导管。在这些示例中，材料是包括20wt.％的玻璃纤维的玻璃纤维增强的聚酰胺复合材料。然而，这种特定的聚酰胺组合物(尼龙)和玻璃纤维重量百分比仅仅是一个示例，并不意在限制。图3B和图4B对应于使用拉伸模量相对较高且伸长率低的材料吹塑成型的空气导管。在这些示例中，材料是包括40wt.％的碳纤维的碳纤维增强的聚酰胺复合材料。然而，这种特定的聚酰胺组合物(尼龙)和碳纤维重量百分比仅仅是一个示例，并不意在限制。

参照图3A，示出了与空气导管20的端部突起28类似的突起。可以看出，拉伸模量相对较低的玻璃纤维复合材料能够拉伸并完全填充吹塑模具的突起腔。这形成具有界限非常明确的形状的突起，包括尖锐的拐角(例如，90度拐角)。参照图3B，使用相同的吹塑模具，但使用拉伸模量相对较高的碳纤维复合材料。如图所示，碳纤维复合材料不能充分拉伸以填充模腔。结果，材料被撕扯且在吹塑制品中形成孔。此外，即使材料没有被撕扯，高模量的材料也不能完全填充吹塑模具的腔。因此，该突起具有限定不良(poorly defined)的形状，且没有形成尖锐的特征。图10A和图10B中示出了与图3A和图3B中的图对应的照片。

参照图4A，示出了与空气导管20的中央突起32类似的两个突起。可以看出，拉伸模量相对较低的玻璃纤维复合材料能够拉伸并完全填充吹塑模具的两个突起腔。这形成具有界限非常明确的形状的突起，包括尖锐的拐角(例如，90度拐角)。参照图4B，使用相同的吹塑模具，但使用拉伸模量相对较高的碳纤维复合材料。如图所示，碳纤维复合材料不能充分拉伸以填充模具的突起腔。虽然对于这些突起材料没有撕扯，但高模量的材料不能充分填充吹塑模具的突起腔。因此，这两个突起都具有限定不良的形状，并且没有形成尖锐的特征。图11A和图11B中示出了与图4A和图4B中的图对应的照片。

如上面在附图和描述中所指出的，高拉伸模量的材料本身不能形成具有从主体延伸的限定良好的突起的结构性空气导管。低拉伸模量的材料能够形成期望的形状，但是不具有用作结构性部件(例如，可以代替汽车仪表板横梁)的机械性能。然而，已经发现，材料的组合可能能够形成具有作为结构性部件的足够的机械性能同时还完全填充吹塑模具的一个或更多个腔以形成限定良好的突起和/或其它尖锐特征的空气导管。

参照图5，示出了用于从单一材料形成吹塑成型的部件的3D吹塑成型系统50的示意图。系统50可以包括螺杆和机筒组件52，螺杆和机筒组件52可以被构造为接收预混合的材料或者混合两种或更多种成分/组分以形成混合的材料。例如，螺杆和机筒组件52可以被构造为接收具有与期望的最终组成相同或相似的组成的预混合的颗粒，并将它们加热和剪切成熔融材料54。或者，可以将一种或更多种聚合物组合物与增强纤维(例如，玻璃纤维或碳纤维)和/或其它添加剂一起引入到螺杆和机筒组件中。然后，可以将这些组分混合在一起并加热/剪切以形成熔融材料54。这样的混合步骤在本领域中是已知的，将不进一步详细描述。

熔融材料54可以被传输到模头56，其也可以被称为挤出机。空气系统58可以至少部分地结合到模头56中。空气系统可以包括空气软管60，空气软管60可以至少部分地位于模头56的外部。空气软管60可以将空气(诸如增压空气)输送到吹气销(blow pin)62。吹气销62可以至少部分地设置在模头56内。吹气销62可以具有圆柱形部分64，圆柱形部分64从模头56内延伸并且延伸到模头56的底部之外。圆柱形部分64的外部部分66可以被称为型坯形成部分。熔融材料54可以从模头56内的腔向下并围绕吹气销62的外侧流动。模头56的底部中的开口68可以允许熔融材料54离开模头56，在那里熔融材料54可以沿着吹气销62的外部部分66流下。一旦熔融材料到达外部部分66的端部，熔融材料便可以继续向下流动并且可以保持与外部部分66的形状对应的中空形状。如果外部部分66是圆柱形的(如图所示)，则熔融材料可以具有基本中空的圆柱形形状。

一旦熔融材料54流动经过吹气销62的端部，熔融材料54便可以被称为型坯70。型坯70可以继续向下流动(例如，由于重力)，直到其延伸超过模具80(可以处于打开位置)的底部高度为止。模具80可以具有多个部分。在示出的示例中，模具80包括两个半部82，然而，可以存在一起配合的三个或更多个部分。模具80的多个部分可以配合以形成模腔74，其可以与模制部件的期望形状对应。模具部分可以在其中包括冷却通道76，冷却通道76可以将冷却剂(例如，水)输送到模具80和从模具80输送出以冷却模具80。

在示出的实施例中，当型坯70已经向下延伸使得其远端处于或低于模具80的底部高度时，模具半部82可以闭合在一起以形成腔74。这可以被称为开模挤出。在其它实施例中，在型坯70被挤出之前，模具半部82可以已经被闭合。这可以被称为闭模挤出。在模具80已经被闭合之后(或当模具80正在闭合时)，可以将空气输送到型坯70的中空的内部。可以通过吹气销62中的通道或通路78输送空气。可以在压力下(例如，超过环境或大气压力)输送空气。例如，预吹送压力可以在2和3巴之间，并且最终压力可以为大约8巴。然而，这些值仅仅是示例，并不意在限制。来自空气的压力使型坯向外膨胀直到其充满腔74为止。如果对模具80进行主动冷却，则可使冷却剂循环通过通道以冷却模具和吹塑成型的聚合物。主动冷却不是必需的。替代地，模具可以被动冷却或不冷却。一旦新形成的部件被冷却，便可以打开模具80并排出部件。然后，可以重复该过程以生产额外的部件。

参照图6，示出了用于从多种材料形成吹塑成型的部件的3D吹塑成型系统100的示意图。在示出的实施例中，系统被构造为从两种材料形成吹塑成型的部件，然而，该系统可以被构造为使用三种、四种或更多种材料。基于本公开，本领域的普通技术人员将理解，可以对系统100进行修改以适应额外的材料。

系统100可以包括与关于系统50描述的部件类似的部件。然而，可以对系统进行修改，以将两种(或更多种)材料包含到型坯中以及最终的吹塑成型的部件中。系统100的在形式和功能上与系统50类似的各个部件可以减少细节描述并且可以应用来自系统50的描述。系统100可以包括两个螺杆和机筒组件，第一螺杆和机筒组件102以及第二螺杆和机筒组件104。螺杆和机筒组件可以具有本领域已知的任何设计，诸如单螺杆、双螺杆或其它。

如上面关于螺杆和机筒组件52所描述的，每个螺杆和机筒组件可以被构造为接收预混合的材料或者混合两种或更多种成分/组分以形成混合的材料。在示出的实施例中，每个螺杆和机筒组件具有料斗106，料斗106被构造为接收待挤出的材料并将其供给到螺杆和机筒组件中。该材料可以是包括基础聚合物和可选的一种或更多种增强材料或添加剂的预混合的材料，诸如颗粒。在其它实施例中，该材料可以包括基础聚合物和可选的添加剂，但不包括增强纤维。可以在单独的步骤(例如，下游步骤)中添加纤维，或者可以不存在任何增强材料。

在一个实施例中，第一螺杆和机筒组件102可以被构造为接收和挤出第一材料108，第二螺杆和机筒组件104可以被构造为接收和挤出第二材料110。第一材料108可以是具有高拉伸模量的结构性材料。在一个实施例中，第一材料108是包括基础聚合物和多个增强纤维的纤维增强复合材料。纤维可以是具有比基础聚合物高的拉伸模量的任何类型的增强纤维，诸如玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、其它纤维或其组合。如果第一材料108是结构性材料，则其可以具有相对较高的纤维含量。在一个实施例中，第一材料108可以具有至少20wt.％的纤维含量，诸如至少30wt.％、35wt.％或40wt.％。例如，第一材料108可以具有10wt.％至60wt.％的纤维含量或其中的任何子范围，诸如20wt.％至60wt.％、20wt.％至50wt.％、30wt.％至60wt.％、30wt.％至50wt.％、35wt.％至45wt.％、或大约40wt.％(例如，±5wt.％)。在一个实施例中，第一材料108的纤维类型可以主要(>50％)或完全(100％)是碳纤维。

第二材料110可以是具有高伸长性能的弹性材料。第二材料110可以包括纤维增强或者它可以是非增强材料(例如，不含纤维或“不掺纤维”)。在第二材料110包括增强纤维的实施例中，纤维可以是具有比基础聚合物高的拉伸模量的任何类型的增强纤维，诸如玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、其它纤维或其组合。如果第二材料110是弹性材料，则其可以具有相对较低的纤维含量或不具有纤维含量。在一个实施例中，第二材料110可以具有至多40wt.％的纤维含量，诸如至多30wt.％、20wt.％、10wt.％或5wt.％。例如，第二材料110可以具有0wt.％至40wt.％的纤维含量或其中的任何子范围，诸如1wt.％至40wt.％、1wt.％至30wt.％、1wt.％至20wt.％、1wt.％至15wt.％、5wt.％至25wt.％、5wt.％至20wt.％、5wt.％至15wt.％、或5wt.％至10wt.％。在一个实施例中，第二材料110的纤维类型可以主要(>50％)或完全(100％)是玻璃纤维。在另一个实施例中，第二材料110的纤维类型可以不包括碳纤维。

第一材料和第二材料的基础聚合物可以是相同的，或者它们可以是不同的。每种材料的基础聚合物可以是用于形成纤维增强聚合物复合材料的任何合适的聚合物和/或可吹塑成型的聚合物。合适的基础聚合物的非限制性示例可以包括聚酰胺(例如，尼龙)、聚烯烃(例如，聚丙烯或聚乙烯)、ABS、PPS、PBT、PEEK、PEI、聚砜、聚碳酸酯、PET、EVA、聚酯、酚醛树脂、缩醛树脂、聚苯乙烯、PVC、其它可吹塑成型的聚合物。聚酰胺的具体的非限制性示例可以包括聚邻苯二甲酰胺(PPA)的PA6、PA66。聚烯烃的具体的非限制性示例可以包括低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯共聚物(诸如乙烯醋酸乙烯酯(EVA))和丙烯共聚物。如果基础聚合物不同，则用于结构性材料的基础聚合物可以具有比用于伸长材料的基础聚合物高的拉伸模量。

在第一材料和第二材料具有不同的基础聚合物的实施例中，可以包括第三材料或额外材料，第三材料或额外材料在不同的基础聚合物之间提供过渡并且可以允许通常不会良好地彼此结合的材料被一起使用。这样的第三材料可以被称为连接层，因为它可以将不同的材料连接在一起。第三材料可以具有与第一材料或第二材料类似的性能，或者它们可以是中间性能。第三材料可以随着结构性材料而撕裂或者可以随着弹性材料而膨胀(下面更详细地讨论)。第三材料可以包括整个型坯材料中的相对较小的部分(例如，<5wt.％或10wt.％)，因为其主要目的可以仅仅是提供两种不同材料之间的界面连接。

因此，第一材料108可以是结构性材料，第二材料110可以是弹性材料。第一材料108可以具有比第二材料110高的拉伸模量(例如，杨氏模量或弹性模量)。在一个实施例中，第一材料108可以具有至少10GPa的拉伸模量，例如至少25GPa、50GPa、75GPa、100GPa或150GPa。在另一个实施例中，第二材料110可以具有至多25GPa的拉伸模量，例如至多10GPa、5GPa、2GPa或1GPa。第一材料108的拉伸模量可以比第二材料110的拉伸模量大至少50％、100％、200％、500％、750％或1000％。在一个实施例中，第一材料108的拉伸模量可以比第二材料110的拉伸模量大200％至1500％，例如，大250％至1250％或者400％至1000％。

第二材料110可以具有比第一材料108高的伸长性能(例如，断裂伸长率，诸如百分比应变)。在一个实施例中，第一材料108的断裂伸长率(例如，拉伸)可以为至多5％，例如，至多3％或至多1％。在另一个实施例中，第一材料108的断裂伸长率可以为0.1％至5％或者其中的任何子范围，诸如1％至5％或者1％至3％。在一个实施例中，第二材料110的断裂伸长率可以是至少5％，例如，至少7％、10％或20％。在另一个实施例中，第二材料110的断裂伸长率可以为10％至150％或者其中的任何子范围，诸如20％至100％。第二材料110的断裂伸长率可以比第一材料108的断裂伸长率大至少50％、100％、200％、500％或1000％。

如上所述，第一材料108和第二材料110可以分别被引入到螺杆和机筒组件102和104中。第一材料108和第二材料110可以以完全配制好的状态(例如，具有目标组成)被引入或者可以在螺杆和机筒组件内进行混合。每个螺杆和机筒组件可以具有一个或更多个螺杆112，螺杆112可以旋转和剪切、混合和加热材料。螺杆和机筒组件还可以包括一个或更多个加热器114，以在材料被挤出时为材料提供补充加热。

一旦材料108和110已经熔融，它们便可以被输送到模头116(还称为挤出机)。模头116可以包括可接收并保持熔融材料分离的多室容器或罐118。容器118可以具有第一腔室120和第二腔室122，第一腔室120被构造为从第一螺杆和机筒组件102接收处于熔融状态的第一材料108，第二腔室122被构造为从第二螺杆和机筒组件104接收处于熔融状态的第二材料110。虽然容器118被描述为模头116的一部分，但它还可以是设置在螺杆和机筒组件与模头116中间的单独部件。

可以将熔融材料108和110从容器118输送到模头116的主体124中。主体124可以与系统50中的模头56类似。主体124可以分别将材料108和110收集到分开的腔126和128中。因此，第一材料108和第二材料110仍然可以保持分离。系统100中可以包括空气系统130，其可以与系统50中的空气系统58类似。空气系统130可以包括连接到空气(例如，增压空气)源的空气软管132。此外，空气系统130可以包括在模头116内延伸并从模头116向外延伸的吹气销。图6中未示出吹气销，这是因为吹气销被型坯134覆盖。然而，与吹气销62类似，该吹气销可以在其中具有中空的通道或通路并且可以具有任何合适的外形，诸如圆柱体。

模头116可以被构造为使得可以从模头分配腔126中的熔融的第一材料108和腔128中的熔融的第二材料110，以形成多材料型坯134。型坯134可以具有与吹气销的形状对应的中空形状，诸如中空的圆柱体。在示出的实施例中，型坯可以具有第二材料110的内层136和第一材料108的外层138。然而，在其它实施例中，这些层可以颠倒使得第一材料108在内侧并且第二材料110在外侧。如果型坯134是圆柱形的，则内层和外层可以是同心的。一旦型坯134延伸超过吹气销，内层和外层便可以彼此接触。例如，内层136的外表面和外层138的内表面可以形成连续的接触表面，使得内层和外层之间不存在间隙。

参照图7，示出了在打开的模具140的两个半部142内的型坯134的水平剖面。型坯134可以已经(例如，通过重力)从图6中的模头116向下延伸。如图所示，多材料型坯134包括同心的层，即，第二材料110的内层136和第一材料108的外层138。如上所述，第一材料108可以是结构性材料，第二材料110可以是弹性材料。

参照图8，模具140的半部142已经被闭合并且增压空气已经通过吹气销被引入到型坯134中，以使型坯膨胀至模具的轮廓。当模具140闭合时，其形成腔144。模具140可以被构造为使得腔144限定突起146。突起146可以是腔144的延伸远离腔144的主体148的部分并且可以包括具有尖锐的角或拐角的一个或更多区域。突起146可以与上面关于空气导管20描述的突起(例如，端部突起28和中央突起32)类似。模具140的腔144可以沿着其纵向轴线(例如，平行于型坯)包括多个突起146。

如上所述并且如图3A至图4B所示，结构性材料可能不能拉伸并且顺应模腔，特别是在具有界限明确的特征或尖锐拐角的区域中。结构性材料可能在这些区域中撕扯和/或可能无法完全填充模具。所公开的系统100适应结构性材料的减小的伸长率，同时仍然提供完全填充模具并且具有限定良好的特征的吹塑成型制品。如图8所示，在吹塑成型过程期间，型坯134的外层138(该实施例中的结构性材料)可以在突起146的区域中裂开或撕裂。然而，内层136(该实施例中的弹性材料)可以延伸通过外层138中的开口并且可以继续拉伸并填充模腔144。因此，归因于弹性材料的较大的伸长率，突起146可以被完全填充并且可以具有限定良好的特征。外层138中的结构性材料可以具有足以在主体148中顺应模具140的伸长率。因此，可以与空气导管20中的主体22类似的主体148可以包括结构性材料的连续的不间断的层。这可以使成品具有用作结构性部件(例如，代替/补充汽车仪表板横梁)所必需的高机械性能，同时还在机械性能不那么关键的区域(例如，与通气口连通的突起)中提供限定良好的形状。

参照图9，示出了从吹塑模具(诸如，模具140)排出之后的多材料吹塑成型的部件150的剖面。示出的剖面穿过部件150的包括从主体154延伸的突起152的部分。在一个实施例中，部件150可以是与空气导管20类似的空气导管。部件可以具有延伸进/出页面的纵向轴线。沿着纵向轴线可以存在额外的突起152，例如，类似于空气导管20中的端部突起28和中央突起32。

如关于图8所描述的，部件150中的突起152可以包括内部材料156延伸穿过外部材料158中的裂口、撕裂部或开口的区域。在吹塑成型过程期间，内部材料(可以是高伸长率材料)可以已经膨胀通过外部材料158中的开口以填充模腔。在示出的实施例中，突起152的一部分已被修剪掉，以在突起152中形成与主体154内的中空通道160连通的开口162。修剪掉的部分164以虚线示出。可以在仅存在内部材料156(例如，弹性材料)的区域中修剪突起152。这可以对应于突起中的高机械性能(例如，拉伸模量)不如主体154中那么重要的区域。如上所述，主体154可以是可能需要相对较高的机械性能的结构性部件。尽管图9中示出的实施例包括修剪掉的部分，但是部件150也可以在吹塑成型之后保持原样(可以对多余材料进行微小修剪)，使得在排出之后突起152基本没有改变。

在上文公开并在图6至图8中示出的3D吹塑成型系统和方法被描述为用于两材料系统。然而，可以将多于两种的材料包含到吹塑成型系统中，诸如三种、四种或更多种材料。例如，三材料系统可以包括可与图6中的第一螺杆和机筒组件和第二螺杆和机筒组件类似的第三螺杆和机筒组件。可以修改模头以接收并保持三种不同的熔融聚合物材料分离，并将它们形成为三层型坯。该型坯可以与图6和图7中示出的两层型坯类似，但是具有额外的层(例如，在内侧或外侧)。可以使用相同的方式添加除三个层之外的更多的层(例如，第四螺杆和机筒组件用以形成四层型坯)。

如果存在多种材料，则型坯中材料的排序可以与两层型坯类似。例如，具有最高拉伸模量的材料可以在外侧，具有中间模量的材料可以在中间，具有最低模量的材料可以在内侧。因此，在吹塑成型操作期间，外层(最高模量)可以在第一次伸长时首先撕裂。然后，中间层可以延伸穿过外层中的撕裂部，然后在第二次更大的伸长时第二次撕裂。然后，内层可以膨胀通过中间层和外层两者中的撕裂部，以填充模腔并提供上述的限定良好的形状。

在另一个实施例中，中间层可以不撕裂，并且也可以拉伸从而以限定良好的形状填充腔。因此，突起可以具有限定良好的双层结构(中间层和内层)。中间层可以具有介于内层和外层的性能中间的性能，例如，在内层和外层的拉伸模量之间的拉伸模量和在内层和外层的断裂伸长率之间的断裂伸长率。这可以通过使用内层和外层之间的中间纤维含量，通过使用不同的纤维类型或纤维混合物，通过使用不同的基础聚合物，或其组合来实现。中间层的基础聚合物可以与内部材料和/或外部材料相同或不同，并且可以从参考两层实施例描述的组中进行选择。

如上所述，在第一材料、第二材料和/或第三材料具有不同的基础聚合物的实施例中，可以包括在不同的基础聚合物之间提供过渡并且可以允许通常不会良好地彼此结合的材料被一起使用的额外的材料。这种额外的材料可以被称为连接层或连接材料，因为它可以将不同的材料连接在一起。额外的材料可以具有与第一材料、第二材料或第三材料类似的性能，或者它们可以是中间的性能。额外的材料可以随结构性材料而撕裂或者可以随弹性材料而膨胀。

在上文公开并且在图6至图8中示出的3D吹塑成型系统和方法中，这些层被排序为使得高模量/低伸长率材料是外层并且低模量/高伸长率材料是内层。当外层撕扯/撕裂时，内层延伸通过撕裂部，以填充模腔并提供限定良好的特征。在其它实施例中，该顺序可以颠倒。高模量材料可以在型坯的内层，低模量材料可以在外层。在吹塑成型操作过程中，两个层可以开始膨胀，其中，外层(低模量)的膨胀受到内层的膨胀的限制。当内层(高模量)拉伸到其极限时，它可能会撕裂，类似于上文。然后，型坯内部的空气压力可以直接作用在通过撕裂部的外层，并使外层膨胀并完全填充模腔。相同的顺序可以应用于包括三层或更多层的型坯。例如，具有最高拉伸模量的材料可以在内侧，具有中间模量的材料可以在中间，具有最低模量的材料可以在外侧。在这个示例中，内层将首先撕裂，然后是中间层，然后外层将膨胀以填充模具。或者，中间层可以不撕裂，并且也可以拉伸从而以限定良好的形状填充腔。

虽然已经以空气导管的背景描述了上文公开的实施例，但本领域的普通技术人员将理解，相同的原理可以应用于其它领域。所公开的系统和方法可以用于形成用于任何应用中的吹塑成型的制品。制品可以包括多种材料，诸如两种、三种或更多种材料，以利用每种类型的材料的性能。具有高拉伸模量和低拉伸模量的材料可以被组合，以形成在机械性能不那么关键的区域中也包括限定良好的形状的结构性材料。

虽然上文描述了示例性实施例，但并非意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可做出各种改变。此外，可将各种实施的实施例的特征组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (15)

1.一种结构性部件，包括：

中空主体，包括第一层和包围第一层的第二层，第二层具有比第一层高的拉伸模量；

至少一个中空突起，从所述中空主体延伸并包括近端部分和远端部分；

所述近端部分包括被所述第二层包围的所述第一层，所述远端部分仅包括所述第一层。

2.根据权利要求1所述的结构性部件，其中，所述结构性部件是空气导管，所述至少一个中空突起被构造为与车辆的乘客厢中的导管连通。

3.根据权利要求1所述的结构性部件，其中，所述第二层的拉伸模量比所述第一层的拉伸模量大至少100％。

4.根据权利要求1所述的结构性部件，其中，所述第一层具有比所述第二层高的断裂伸长率。

5.根据权利要求4所述的结构性部件，其中，所述第一层的断裂伸长率比所述第二层的断裂伸长率大至少100％。

6.根据权利要求1所述的结构性部件，其中，所述远端部分仅包括所述第一层。

7.根据权利要求6所述的结构性部件，其中，所述第一层延伸通过所述第二层中的开口。

8.一种方法，包括：

挤出同心的第一材料和第二材料，以形成中空的多层型坯；

将型坯定位在闭合的模具内，所述模具限定具有主体和从所述主体延伸的至少一个突起的模腔；

将增压空气引入到型坯的内部，以使型坯膨胀从而填充所述模腔；

所述第一材料在膨胀到所述突起中时撕裂，并且所述第二材料填充所述突起。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一材料具有比所述第二材料高的拉伸模量。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，使所述第一材料围绕所述第二材料挤出，以形成中空的多层型坯。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第二材料延伸通过所述第一材料中的撕裂部，以填充所述突起。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，使所述第二材料围绕所述第一材料挤出，以形成中空的多层型坯。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二材料在所述第一材料中的撕裂部周围延伸，以填充所述突起。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，突起的远端部分仅包括第二材料。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：修剪远端部分以在突起中形成开口。