CN110049902A - 用于外部装饰部件的表面涂覆物 - Google Patents

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Abstract

一种外部装饰部件，至少包括形成载体的纤维层，其特征在于，至少一个表面由至少沿着表面的一部分沉积的喷溅聚合物涂覆物构成，从而形成喷溅聚合物涂覆物层。

Description

用于外部装饰部件的表面涂覆物
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的外部装饰部件或面板，更具体地涉及一种包括纤维材料的载体的轮罩衬里或底部车身面板。
背景技术
外部装饰部件或面板被大量用于覆盖汽车下面和轮舱(wheel well)中的汽车结构。有两组这样的装饰部件，更平坦的模制面板(如底部发动机护罩或主底部车身面板)，以及用在轮罩中的拱形装饰部件。
用硬化纤维材料作为主载体或壳层来生产这种部件是已知的。这是实用的，因为由于纤维材料的开放式空气可渗透结构，其减轻了重量并使噪音衰减。然而，它具有很大的缺点，即它易于结冰和沾污问题。这可能导致在使用期间部件的重量增加，并且甚至可能导致部件损坏。
例如，需要轮拱衬里或轮罩衬里或挡泥板衬里或外轮罩衬里来覆盖轮罩的内侧并保护其免受水溅射和石击。通常，这些部件由注射模制塑料制成。为了轮胎与道路的附加声衰减，噪音吸收材料与注射模制载体组合使用，或者噪音吸收材料用作形成足够坚硬部件的独立解决方案。这些部件可以由例如纤维载体层制成。
然而，纤维基轮罩衬里可能在防结垢性能和防结冰性能上有问题，因为在车辆行驶时由轮胎抛出的泥水、雪或冰容易粘附到衬里上。注意到，由汽车制造商限定的结冰性能指的是防止冰粘附的性能。特别地，当车辆在寒冷地区的雪覆盖的道路上行驶时，衬里自身的冻结可能导致大量的冰雪粘附到衬里。冰可能妨碍汽车的正常行驶。此外，还可能增加部件以及由此汽车的重量，从而导致燃料消耗增加。
防止结垢和/或形成冰的解决方案是例如直接层压在内部部件的面向轮胎胎面或道路的表面上的封闭或穿孔的薄膜。还提出了在该表面上的附加浸渍纤维层或树脂挤出层的解决方案。这些解决方案的缺点是下面的吸收层是封闭的，从而因为噪音不再能穿透吸收件而丧失了其大部分噪音吸收功能。此外，材料主要在部件的生产之前或生产期间施用。薄膜或挤出层因此被拉伸，并且可能在实际部件的模制期间撕裂。
因此，本发明的目的是提供一种纤维外部装饰部件，该纤维外部装饰部件保留其噪音吸收特性并且具有改进的防沾污和防结冰特性。
发明内容
该目的通过具有权利要求1的特征的外部装饰部件和通过具有权利要求15的特征的生产该外部装饰部件的方法以及根据权利要求14的这种装饰部件的用途来实现。
具体地，一种外部装饰部件，其至少包括形成载体的纤维层，所述外部装饰部件具有由至少沿着表面的一部分沉积的喷溅(splat)聚合物涂覆物构成的至少一个表面，从而形成层。
出乎意料地，该喷溅聚合物涂覆物增加了纤维载体抵抗结冰、沾污和石击的抗性。
优选地，该层可以被沉积成使得其是空气可渗透的，从而增加部件的噪音衰减，然而，其也可以被沉积为更厚的层以进一步改进刚度或石头撞击。
聚合物材料的沉积优选地使用聚合物热喷涂来完成。优选地，使用热喷涂工艺，例如基于燃烧或等离子体的喷涂工艺，其中流体流动以加速并熔化和/或软化飞行中的聚合物粉末颗粒，并将它们推向待涂覆的外轮拱衬里表面的内侧。喷涂工艺优选地通过火焰喷涂或无焰喷涂技术来完成，例如从US 8857733中已知的。
聚合物材料的沉积可以用例如热喷涂设备来完成，所述热喷涂设备利用电阻元件加热，以作为用于为包含小液滴形式的聚合物材料的主喷涂气体的热源。在撞击目标材料的表面时，被加热颗粒(液滴)变形(喷溅)、固结并冷却(固化)以形成材料的涂覆物或沉积物。由于喷溅物形成得不规则并与相邻喷溅物或液滴部分地熔合，所以沉积的聚合物材料形成了由固化材料(喷溅物)区域和无聚合物材料区域构成的随机层。因此，所形成的聚合物喷溅层可以是空气可透过的。
热喷涂涂覆物具有独特的微结构。在沉积工艺期间，每个颗粒进入气体流，熔化并冷却成独立于其它颗粒的固体形式。当颗粒撞击正涂覆的表面时，它们撞击(“喷溅”)成扁平的圆形薄片，最终形成贴合物(legs)并以高冷却速率固化。通过使颗粒随后击打在表面上而在基材上构建涂覆物。通过使喷涂设备在基材上反复地来回移动，可以进一步增强这种构建，从而逐层地构建，直到实现所需的涂覆物厚度。因为颗粒部分地固化为喷溅物，所以所得到的微结构可能具有不均匀的表面，其中微粒近似于圆形薄片，最终贴合物随机地堆叠在基材平面上，并且部分地填充基材表面中的间隙。
出乎意料地，在喷溅物与纤维载体层之间还可以发生机械结合，从而增加涂覆物与载体层之间的结合强度。因此，涂覆物层一体地结合至载体层并且无法容易地再次分离。这进一步增强了部件抵抗石击和其它撞击的耐用性。
优选地，使用机械臂来控制喷涂设备，从而确保待涂覆表面上的均匀可重复图案。特别是对于更复杂的形状，如轮拱衬里，即使在拱的内侧上仍然可以获得均匀的层。
可选地，部件表面的最受结冰或沾污影响的仅一个或某些区域可以被涂覆，而其它区域保持未涂覆。此外，层的数量以及由此空气流动阻力可以根据需要而变化，以获得较高的声学性能或者防止结冰和沾污发生。另外，可以制造具有增加厚度的区域，以局部地改进刚度。
还可以至少部分地涂覆该部件的两侧，优选地根据本发明使用不同的空气流动阻力层。从而进一步增强部件的声学性能以及结冰和防沾污特性。例如，轮拱衬里的下部部分可以在两侧上涂覆有较厚的层，以防止在衬里两侧上的石击。这可能尤其发生在汽车行驶方向上的车轮前部的面板的端部区域中，在该区域中石头可能翻滚越过边缘并且击打面板的背离汽车车身的后侧。
可选地，也可以利用根据本发明的涂覆物来获得局部加强。由于与表面的结合出乎意料地高，因此例如安装点周围的区域可以涂覆有较厚的不渗透涂覆物以硬化并加强该区域。增加了使安装区域破坏或破裂所需的拉力，并由此增强了部件的耐用性。
优选地，所述喷溅聚合物涂覆物具有在室温下低于肖氏50D的肖氏硬度，优选地低于肖氏70A的硬度。
聚合物喷溅涂覆物层优选地具有在100和300g·m-2之间，优选地在100和250g·m-2之间的面积重量。喷溅涂覆物层的厚度取决于部件以及喷涂区域的实际要求。
根据最终喷涂层的面积重量、液滴尺寸以及工艺参数，如此生产的层可以是封闭的，具有高达8000N·s·m-3的空气流动阻力，或者它可以是相当开放的，具有接近100N·s·m-3的空气流动阻力。根据目前的ISO9053使用直接气流方法(方法A)进行测量。
优选地，至少对于纤维载体和一个涂覆物层，空气流动阻力在800和8000N·s·m-3之间，更优选在1000和3000N·s·m-3之间。优选地，包括沉积层的载体层的总体空气流动阻力在1500和4000N·s·m-3之间。
局部地例如在安装点周围或被石击、结冰或沾污高度影响的区域周围，可以沉积不可渗透的聚合物喷溅涂覆物层。
选择颗粒尺寸以满足工艺要求和/或待实现的部件性能。优选地，使用具有一定尺寸分布的聚合物颗粒，其中约95％的颗粒小于500μm，优选地约95％的颗粒小于400μm，更优选地约95％的颗粒小于200μm。
颗粒优选地是热塑性聚合物，优选地为聚烯烃(比如线性密度聚乙烯(LDPE)或聚丙烯(PP))、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚酯(PES)、聚酯的共聚物(CoPes)、热塑性弹性体(TPE)(比如热塑性聚氨酯(TPU)或热塑性聚酯弹性体(TPE-E)或热塑性聚烯烃(TPO))组中的至少一种。也可以使用热塑性聚合物的混合物以增强不同的特征，例如LDPE、EVA和TPO的组合。聚合物优选地以粉末混合。
优选地，可以使用其它添加剂，如阻燃剂、多磷酸盐、着色剂或特定颜料(如炭黑、二氧化钛、碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅、氧化铝或有机着色分子)、稳定剂、抗氧化剂，混合在聚合物粉末中或形成粉末的聚合物中。
选择热塑性聚合物和工艺参数，使得聚合物在流体流中形成可以沉积在载体表面上的液体液滴的气溶胶(以及最终少量的固体颗粒)。优选地，载体表面被加热或保温以防止液体液滴在与纤维表面和/或其它液滴熔合之前冷却。熔合的聚合物液滴有时被称为喷溅物。
优选地，整个聚合物层或多层的厚度以及液滴的分布使得涂覆物保持可渗透，从而允许下面的纤维载体层的噪音衰减。
优选地，层的厚度在大约100μm和2mm之间。较高的厚度通常用于高撞击区域中，且更可能用于不渗透层中。在部件的高撞击区域中使用的较厚区域优选地由更弹性的热塑性树脂制成，以进一步提高部件的耐用性。
通常，使用具有在室温下优选地低于肖氏50D的肖氏硬度的弹性涂覆物，更优选使用具有低于肖氏70A的硬度的聚合物混合物。术语肖氏硬度按照在ASTM D2240(相当于DINEN ISO868，两者在提交时都有效)中的定义使用。在要求进一步硬化的区域中，可以使用具有高于肖氏50D的肖氏硬度的聚合物混合物。
所选择的聚合物的粘度被特别地调节成符合两个要求，即部件的喷溅工艺和最终要求。优选地，每种聚合物具有在190℃时大于20(优选地大于50)的熔体流动指数。
聚合物混合物的熔化或软化温度根据喷溅工艺的要求以及产品要求来选择。例如，根据本发明的喷溅层可以至少施用在具有EVA、LDPE和TPO的聚合物混合物的外轮拱衬里的内侧上。每种聚合物具有在90℃与170℃之间的范围内的软化和熔化温度。聚合物混合物优选地具有在190℃时大于20(更优选大于50)的MFI。
纤维载体至少包括纤维和粘合剂，其中纤维被限定为短纤维或无端长丝。
优选地，纤维是热塑性的，优选地是聚酯的聚合物或共聚物中的至少一种，优选地是聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯，或者是聚酰胺的聚合物或共聚物，优选地是聚酰胺6或聚酰胺66，或者是聚烯烃的聚合物或共聚物，优选地是聚丙烯或聚乙烯。
纤维还可以包括矿物纤维，如玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维。同样，所公开的热塑性纤维连同所公开的矿物纤维的混合物也是可能的。
纤维的所有横截面都是可能的，然而优选的是实心或空心的圆形横截面。
优选地，粘合剂是热固性的，优选环氧树脂或酚醛树脂，或者是热塑性的，优选聚酯的共聚物，优选共聚对苯二甲酸乙二醇酯或共聚对苯二甲酸丁二醇酯，或者聚酰胺，优选聚酰胺6或聚酰胺66，或者聚烯烃，优选聚丙烯或聚乙烯。
优选地，纤维和粘合剂组合成双组分纤维，优选地以具有由聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的芯部和由聚对苯二甲酸乙二醇酯的共聚物形成的外皮的无端长丝的形式。也可以使用双组分纤维和单组分纤维的混合物。
本申请中使用的纤维可以是短纤维或无端长丝，如例如用熔纺工艺获得的纤维。
纤维载体层可以通过现有技术工艺获得，如梳理、交叉铺网技术、气流成网技术或这些工艺与其它已知工艺的组合。载体层的模制可以用现有技术的模制工艺来完成，如预热和冷模制或直接热模制。部件优选地在进行涂覆之前切割成形，以允许回收未涂覆的切割材料。特别是当涂覆物材料和纤维载体的材料不相同或不相似时。
载体层优选地具有在400和2000g·m-2之间的面积重量，根据应用，其可以在500和700g·m-2之间或在700和1000g·m-2之间。例如，面板可以制成为载体层具有在400和1600g·m-2之间的面积重量，涂覆物具有在100和250g·m-2之间的面积重量。
涂覆物也可以用来制造对发动机流体不渗透的织物部件，因为在溢出期间，所使用的外部装饰部件中的一些可能与发动机流体(如油、汽油或柴油)接触。由于它们是多孔纤维部件，它们可能吸收流体并成为易燃危险物。因此，可能感兴趣的是，至少沿着面向这种流体的可能来源的表面的一部分来沉积喷溅聚合物涂覆物，从而形成优选的流体不渗透层。
可以优选地用两种不同的聚合物混合物涂覆部件的两侧，从而调节在一侧上抵抗水基污物且在另一侧上抵抗燃料和/或油浸渍的抗性。为此，一种聚合物涂覆物将是吸湿的，另一种是疏脂的。
在根据本发明的一个实施例中，在面向轮胎胎面的区域中，并且可能该区域稍微延伸超出从车轮投射的颗粒的撞击区域，将聚合物涂覆物施用到外轮拱衬里的的凹侧上。所使用的聚合物混合物包括具有95％的颗粒低于200μm的颗粒尺寸分布的LDPE。LDPE具有在90℃与145℃之间的熔化温度。190℃时的MFI为20以上，优选地在50以上，以确保喷溅工艺。最终部件的AFR被调节在1500与4000N·s·m-3之间。在选定区域中，表面可以是不渗透的。载体层的纤维是热塑性聚对苯二甲酸乙二醇酯和双组分纤维，所述双组分纤维具有由聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的芯部和由聚乙烯的共聚物形成的外皮，并且其中外皮形成粘合剂。在用根据本发明的聚合物喷溅涂覆物层涂覆表面之前，载体层被模制以形成外轮拱衬里。出乎意料地，具有850g·m-2的总(载体+涂覆物)组合面积重量的涂覆材料的石击与相同重量的载体材料本身的石击结果相当，然而，沾污和防结冰结果更好。
在根据本发明的另一实施例中，在面向轮胎胎面的区域中，并且该区域稍微延伸超出从车轮投射的颗粒的撞击区域，将聚合物涂覆物施用到外轮拱衬里的凹侧上。所使用的聚合物混合物包括40至50％重量的EVA、40至50％重量的LDPE和0至10％重量的TPO。每种聚合物具有在90℃与145℃之间的范围内的软化和熔化温度。聚合物以粉末混合。所有选定的聚合物在190℃时的MFI大于20，优选地大于50，以确保喷溅工艺。AFR被调节成在1500和4000N·s·m-3之间。
根据本发明制造的装饰部件优选地用在车辆的外部或发动机舱区域中，例如作为底部车身面板、外轮拱衬里、底部发动机护罩、空气动力面板、用于发动机或传动装置的覆盖件或面板、门槛面板或导叶面板。
附图说明
图1是根据现有技术的外轮拱衬里的示意图。
图2聚合物喷涂技术的示意图。
图3是在外轮拱衬里上的喷涂方向的示意图。
图4示出了从下面看的车辆。
图5示出了一组不同的外部面板的示例。
图6示出了根据本发明的表面热喷涂涂覆物的微观图。
具体实施方式
图1示出了拱形的轮拱衬里，其可以设置在车辆的轮舱中与车轮胎面(未示出)相对。根据汽车的前轮或后轮以及左侧或右侧，并根据汽车的设计，轮拱衬里可以形成得稍微不同。第一表面1面向汽车车身，而第二表面2面向车轮胎面。两个表面都可以用根据本发明的涂覆物处理。然而，表面2更易于结冰、沾污和/或石击，因此优选地根据本发明至少部分地被涂覆。
图2示意性地示出了聚合物热喷涂工艺的示例，该工艺用于在纤维基材上沉积喷溅聚合物涂覆物。
在该工艺的第一步骤中，热流体喷涂枪产生热空气或流体流(3)，其中供给聚合物颗粒的原料(4)。两种功能优选地组合在一个喷涂枪头中。由于温度对聚合物颗粒的相互作用，它们被加速并熔化以形成液体或部分液体的液滴(5，6)。这些液滴与基材表面层碰撞并形成喷溅物(7)——平坦的固化液滴，最终贴合——与相邻喷溅物以及载体层(2)的表面上的纤维部分地熔合和/或互锁，在载体层的表面上形成不规则涂覆物。出乎意料地，喷溅物与载体层形成熔合结合以及机械互锁结合，导致载体层与涂覆物之间的优选的不容易再次破坏的强力结合。
所示的工艺仅仅是示例；也可以使用本领域已知的其它工艺来生产根据本发明的类似涂覆物。
图3示出了准备进行涂覆的模制外轮拱衬里(1)。箭头(2)表示在拱形轮拱衬里的内侧进行喷涂涂覆的可能方向。在这种情况下，轮拱衬里包含折叠线(9)，以使轮拱衬里的内侧更容易进行喷涂涂覆工艺。
不必涂覆外轮拱衬里的内侧的整个表面，例如当设置在汽车中时面向轮胎侧的外部区域可能不需要涂覆物，而靠近道路的区域(用A表示)可能比中间区域(用B表示)需要更厚的涂覆物，因为结冰可能在这些区域中更快且更明显地构建，在中间区域较低的空气流动阻力可能更有利于总体的声衰减。优选地，区域A中的外表面，特别是更靠近汽车前部的区域，也可以涂覆有较厚的涂覆物，以防止在该下部区域中由于石头翻滚越过边缘击打后表面(图1中用2表示)而造成石击损坏。
在更易于发生石击的区域，例如在区域A中，涂覆物层可能更厚。
优选地，喷涂涂覆工艺借助于机械臂来完成，从而确保到表面层的均匀距离和液滴在表面上的均匀成层。
优选地，在模制之后直接涂覆表面，而基本上不冷却部件。这样，部件中仍然存留的模制热量可以用于进一步优化涂覆工艺。如果表面温度与液滴温度之间的差异太大，液滴在撞击时将会固化，并且将不会与相邻的喷溅物或与纤维载体层形成良好的熔合和/或结合。涂覆物将变成微粒状，并且可能不会粘合到表面。替代地，喷涂涂覆可以在温度适宜的空间中完成。
图4示出了车辆的底侧，其中底部车身面板10、11的示例安装至车辆的底盘12，例如安装至车辆的钢制承载车身的横梁。前部的面板10(也称为底部发动机面板)在驾驶或例如在驾驶通过初雪期间最容易受到力的影响。
图5示出了附加底部车身面板和这种镶板的布局，具有前部或底部发动机面板16、主底部车身面板13(在这种情况下被分成2个部件)、中央面板14和后部面板15(位于车辆的行李箱或后备箱下方)。
用于车辆底侧的所有这些面板可以根据本发明来设计，并且可以受益于部分或全部的热喷涂涂覆物。
图6示出了根据本发明的表面热喷涂涂覆物的微观图，其中喷溅聚合物涂覆物沉积在该表面上，形成了空气可渗透层。表面涂覆物示出了不规则图案的喷溅物形成和固化的区域(18)，而在其它区域(17)中，纤维载体层仍然可以以未涂覆斑点看到。考虑到这些未涂覆斑点的尺寸，这将导致获得良好声音衰减所必需的空气流动阻力。

Claims (15)

1.一种外部装饰部件，至少包括形成载体的纤维层，其特征在于，至少一个表面由至少沿着该表面的一部分沉积的喷溅聚合物涂覆物构成，从而形成喷溅聚合物涂覆物层。
2.根据权利要求1所述的外部装饰部件，其中，所述喷溅聚合物涂覆物具有在室温下低于肖氏50D的肖氏硬度，优选地低于肖氏70A的硬度。
3.根据权利要求1或2所述的外部装饰部件，其中，所述喷溅聚合物涂覆物是热塑性聚合物，或至少两种热塑性聚合物的混合物，优选地为以下组中的至少一种聚合物：聚烯烃，比如线性密度聚乙烯(LDPE)或聚丙烯(PP)；乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)；聚酯(PES)或聚酯的共聚物(CoPes)；热塑性弹性体(TPE)，比如热塑性聚氨酯(TPU)或热塑性聚酯弹性体(TPE-E)或热塑性聚烯烃(TPO)。
4.根据权利要求3所述的外部装饰部件，其中，所述聚合物进一步包含阻燃剂、稳定剂、抗氧化剂、着色剂或颜料、或者多磷酸盐的组中的至少一种添加剂，所述颜料如炭黑、二氧化钛、碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅、氧化铝或有机着色分子。
5.根据前述权利要求中任一项所述的外部装饰部件，其中，所述喷溅涂覆物的每种聚合物具有在190℃时大于20优选地大于50的熔体流动指数。
6.根据前述权利要求中任一项所述的外部装饰部件，其中，至少一个喷溅聚合物涂覆物层是空气可渗透的，优选地，包括一个或多个所述喷溅涂覆物层的载体层上的空气流动阻力在100与8000N·s·m-3之间，优选地在1500与4000N·s·m-3之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的外部装饰部件，其中，所述纤维层包括纤维和/或无端长丝以及热塑性粘合剂。
8.根据权利要求7所述的外部装饰部件，其中，所述纤维或无端长丝是以下中的至少一种：矿物纤维，优选玻璃纤维；热塑性纤维，优选聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)；或天然纤维，如棉。
9.根据权利要求7或8所述的外部装饰部件，其中，所述粘合剂是以下中的至少一种：聚酯的共聚物；聚烯烃，如聚丙烯或聚乙烯；聚酰胺。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的外部装饰部件，其中，所述纤维层由具有芯部-外皮结构的聚酯双组分无端长丝构成，并且其中外皮材料是形成所述纤维层的粘合剂的聚酯的共聚物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的外部装饰部件，进一步包括在所述载体的与涂覆表面相对的表面上的至少一个附加层，优选地为粗布、薄膜或如泡沫或毡之类的附加噪音吸收层中的一种。
12.根据前述权利要求中任一项所述的外部装饰部件，进一步包括在所述纤维载体层与所述沉积喷溅涂覆物层之间的粗布层，如非纺织层、纺织层或针织层。
13.根据前述权利要求中任一项所述的外部装饰部件，其中，所述喷溅涂覆物层具有在100与300g·m-2之间的面积重量。
14.根据前述权利要求中任一项所述的具有喷溅涂覆物的外部装饰部件用于车辆的用途，用作底部车身面板、外轮拱衬里、底部发动机护罩、空气动力面板、用于发动机或传动装置的覆盖件或面板、门槛面板或导叶面板。
15.一种生产外部装饰部件的方法，至少包括以下步骤：在外部装饰部件中形成和模制纤维载体；以及利用热聚合物喷涂至少部分地涂覆至少一个表面，以在载体表面上喷溅熔化液滴，从而形成与所述载体表面一体地结合的层。
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