CN118159425A - 介电结合的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于介电结合的系统和方法，包括：介电加热器，其具有对置的一对电极板；嵌套部，其可移除地连结至一对电极板中的第一电极板；以及可替换的电极组件，其可移除地连结至一对电极板中的第二电极板。嵌套部具有限定于其主体中的多个冷却通道，冷却流体在冷却通道中循环以冷却由嵌套部支撑的材料组件。可替换的电极组件具有多个集中器部件，其被构造为将来自电压源的能量集中于材料组件上的预定位置中。

Description

介电结合的系统和方法

相关申请

本申请要求2021年8月26日提交的美国临时申请序列号63/237194和2022年8月26日提交的美国专利申请序列号17/896314的优先权权益，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及结合技术，并且更具体地涉及用于将汽车纤维强化塑料(FRP)主体部件与其他强化部件结合在一起的方法和装置。

背景技术

基于汽车、运输和物流的工业中的重量节省已经成为主要的焦点，以使用于地面和空中运输的运载工具更加燃料高效。为了实现这些重量节省，已经引入了轻质复合材料来代替金属结构和表面主体部件以及面板。复合材料是由两种以上组成材料制成的材料，在组合时，具有显著不同的物理或化学性质的强化材料和基体材料产生了具有与各个组成材料不同的特性的材料。各个组分在成品结构内保持分离和不同。由于许多原因，复合材料可以是优选的：常见的示例包括与传统材料相比更强、更轻或更便宜的材料。此外，树脂系制品能够通过改变树脂化学和添加剂来定制以满足一系列要求。另外，虽然复杂形状的金属成形需要几个步骤，但是设计良好的模具能够在单个步骤中赋予复杂形状。

使用强化纤维内含物来强化基体是本领域公知的。用于强化基体的已建立好的机制包括减慢和延长裂纹传播通过基体的路径，以及与从周围基体材料中拉出纤维相关联的能量分配。在片状模塑组合物(SMC)配方、团状模塑组合物(BMC)配方和树脂传递模塑(RTM)的背景下，纤维强化传统上涉及短切玻璃纤维的使用。在模塑组合物领域存在越来越多的认识，用碳纤维代替模塑组合物中的部分或全部玻璃纤维能够提供改进的组分性能。例如，碳纤维在复合材料、片状模塑组合物和树脂传递模塑中的使用导致形成的部件与玻璃纤维强化材料相比具有更小的重量。用碳纤维强化物实现的重量节省源于碳具有比玻璃更低的密度并且在给定厚度下产生更强和更硬的部件的事实。

然而，高质量表面光洁度，诸如汽车工业中的以高表面光泽为特征的汽车外部面板高光泽表面，通常仅使用高度定制的树脂配方获得，该树脂配方包含：玻璃纤维，诸如在SMC或RTM中使用的和TCA/>树脂，其可从Continental StructuralPlastics,Inc.商购获得；或金属，诸如铝及其合金。对于车辆表面面板，例如门、发动机罩、侧板、行李箱、车顶结构、保险杠等，通常需要高光泽表面。

车辆表面面板，诸如门、发动机罩、侧板、行李箱、车顶结构、保险杠等，通常是构成车辆中的大量重量的大型部件。通常需要用强化部件来强化这些较大的外部FRP面板或部件，以为所得组件提供足够的刚性和机械强度。然而，仍然存在技术问题，包括不同层的结合、所得部件的表面质量、制造成本和制造产量。

因此，需要结合技术，更具体地，需要用于将汽车纤维强化塑料(FRP)主体部件与强化部件结合在一起的方法和装置，以为所得组件提供足够的刚性和机械强度，同时还提供所得部件的重量减轻、所得部件的高质量表面光洁度、降低的制造成本和增加的制造产量。

发明内容

本发明提供了一种用于介电结合的系统，其包括：介电加热器，其具有对置的一对电极板；嵌套部，其可移除地连结至所述一对电极板中的第一电极板；以及可替换的电极组件，其可移除地连结至所述一对电极板中的第二电极板。嵌套部具有限定于其主体中的多个冷却通道，冷却流体在该冷却通道中循环以冷却由嵌套部支撑的材料组件。可替换的电极组件具有多个集中器部件，其被构造为将来自电压源的能量集中于材料组件上的预定位置。

本发明还提供了一种使用本发明的介电结合系统将材料组件结合的方法。该方法包括提供用于结合的材料组件，将嵌套部连结至一对电极板中的第一电极板，将电极组件连结至一对电极板中的第二电极板，将材料组件定位于嵌套部，使电极组件的多个集中器部件与材料组件上的预定位置进行接触，将高频信号从介电加热器施加于电极以将材料组件结合在一起；以及使冷却流体在限定于嵌套部的主体中的多个冷却通道中循环以在结合之后冷却材料组件。

附图说明

参考以下附图进一步详细描述本发明，这些附图旨在示出本发明的某些方面，但不应被解释为对本发明的实践的限制。

图1是包括外部汽车车身部件及其强化部件的组件的分解立体图；

图2是图1的组件的局部仰视图；

图3是沿图2的线3-3截取的图1的组件的局部截面图；

图4是沿图5的线4-4截取的截面图，其以简化形式示出了用于执行根据本发明的实施方式的创造性方法的创造性系统；

图5是沿图4的5-5线截取的截面图；

图6是图4和5的系统的前视图；

图7是用于执行根据本发明实施方式的创造性方法的创造性系统的局部截面图；以及

图8A和8B分别是根据本发明实施方式的组件处于未固化状态和固化状态的局部截面图。

具体实施方式

本发明可用作将汽车纤维强化塑料(FRP)主体部件与其他强化部件结合在一起的装置和方法，以为所得组件提供足够的刚性和机械强度，同时还提供所得部件的重量减轻、所得部件的高质量表面光洁度、降低的制造成本和增加的制造产量。

应当理解，在提供的值的范围的情况下，该范围旨在不仅涵盖该范围的端点值，而且还涵盖该范围的中间值，如明确地包括在该范围内并且通过该范围的最后有效数字而变化。作为示例，从1至4的所述范围旨在包括1-2、1-3、2-4、3-4和1-4。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。本文在本发明的描述中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不旨在限制本发明。

除非另有说明，否则明确地或通过上下文，以下术语在本文中如下所述地使用。

如在本发明的说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。

同样如本文所使用的，“和/或”是指并涵盖一个以上相关联的列出项目的任意和所有可能的组合，以及当在替代方案(“或”)中解释时不包括组合。

本发明特别涉及提供强化的外部汽车车身组件，诸如发动机罩、门、车顶、行李箱盖和保险杠组件。本发明提供了一种用于将通常作为外部部件的第一纤维强化塑料部件与第二强化部件的快速方法，该第二强化部件也优选地由纤维强化塑料制成，但是也可以使用其他塑料材料或甚至金属。在某些情况下，诸如保险杠组件，第一部件和第二部件被更适当地描述为相互强化，因为第二部件实际上可以限定汽车组件的外表面的一部分，例如以定位汽车特征，诸如信号灯或前灯。

下面参考汽车发动机罩组件的制造详细描述本发明，然而，本领域技术人员将理解，由所附权利要求限定的本发明显然不限于该特定应用。

附图中示出了总体上由数字10标识的发动机罩组件。发动机罩组件10包括相对薄(约0.080至0.120英寸厚)的外皮部件12和强化部件14。根据实施方式，外皮部件12由纤维强化塑料(FRP)构成，并且优选地由热固性片材模塑料(SMC)材料制成，该材料用具有A级饰面SMC的短切分散玻璃纤维强化，诸如可从Continental Structural Plastics,Inc商购的TCA树脂。根据实施方式，强化部件14由固化层形成，该固化层通过在树脂传递模塑(RTM)形成的环氧树脂基体中的分散的碳纤维或碳纤维、玻璃和天然纤维的组合来强化。用TCA/>SMC外部和碳纤维或混合纤维环氧树脂RTM内部形成的两件式车辆部件的实施方式提供以下特性，包括：比铝轻10％-15％的组件，比先前的车身部件构造更具成本效益。根据实施方式，一个或两个层由夹层复合材料形成，诸如在2016年6月28日提交的美国专利申请No.15/108766中详述的，该专利申请通过引用并入本文。

虽然本文将本发明详述为与两件式构造相关，但是应当理解，易于重复本文所述的两件式结构以形成多层层压板。例如，主要为玻璃纤维填充的外皮层结合至主要为碳纤维填充的芯层的芯的相对表面；反之亦然；或者一系列交替的主要为纤维填充的层以A-B-A…B样式结合。在发明的某些实施方式中，主要用短切碳纤维强化的模塑组合物的固化内部部分结合至主要用玻璃纤维强化的第二片材模塑组合物的固化的外皮，其中外表面具有汽车表面质量光洁度，例如A级光洁度。如本文所用，A级表面光洁度与汽车制造商的外部车身面板所需的表面光泽和反射率相关联。在一个实施方式中，固化的内部部分基本没有玻璃纤维，而外皮基本没有短切碳纤维。

具有汽车外部面板高光泽的表面被定义为当模具台板的Difracto分析D值为25时面板的Difracto分析D值小于100的面板，该表面能够打磨、底漆和油漆精加工，以达到如使用光泽计测量的根据ASTM D523的高光泽。

在一个特定的发明实施方式中，模塑组合物中的碳纤维存在于包含10-40重量％的内层碳纤维的车辆部件的内层中，其中SMC的外皮层是基于包含玻璃纤维的市售或TCA/>(Continental Structural Plastics,Inc.)，该玻璃纤维含/>部分的10-60重量％的玻璃纤维，如美国专利7655297中体现的。内部分与外皮的厚度比为01-10:1。所得到的SMC内部部分层和外皮层被分开地布置、形成和固化，并且这两个层此后结合以形成部件。注意到这种具有包含碳纤维的内层的两件式部件的密度比完全由/>或其他A级表面光洁度树脂形成的类似制品低10％、20％、30％、甚至40％。以此方式，形成保持A级表面的高表面光泽度的轻质制品。应当理解，给定层能够包括碳纤维和玻璃纤维两者的组合，以及其他类型的纤维，诸如例示性地包括椰子纤维的天然纤维素纤维，条件是其他类型的纤维的装载受到限制，使得玻璃纤维主要存在于第一层中并且碳纤维主要存在于第二层中。本文使用给定类型的纤维的主要存在是指纤维类型占存在于层中的纤维总重量的大于50％的重量。在某些实施方式中，每层为给定类型的纤维的100％，而在其他实施方式中，主要纤维以51至99％之间存在。

当外皮部件12是具有超过约一平方英尺的相对大的表面积并且在至少一个维度上具有47英寸的长度的汽车外部车身面板，诸如发动机罩、舱面、车顶、行李箱盖等时，本发明尤其有用。这些类型的面板通常需要强化以为它们提供足够的机械刚性，并且重要的是保持汽车制造商通常需要的平滑的美观的外皮外表面。该标准在工业中通常称为A级表面。

根据实施方式，强化部件14同样由FRP材料构成，例如用玻璃纤维强化的材料。在图1所示的实施方式中，强化部件14在平面图中具有大致“数字8”的形状设计，并且每个腿部在截面中由“帽形”设计形成，如在图3、图4和图8A至图8B中可以最清楚地看到的。帽形截面的特征在于高纵横比凸起圆顶部16和一对相反朝向的凸缘18。

为了将强化部件14结合至外皮部件12，将未固化的粘合剂22的液滴放置于层12、层14的配合表面之间，诸如在图3和图4中的凸缘18和外皮部件12之间或者在图8A中的圆顶部16之间。在粘合剂22定位于层12、层14中的一者上的情况下，在圆顶16或凸缘18处，强化部件14与外皮12的内表面进行接触，如图3至图7所示。根据实施方式，粘合剂22是热固性树脂，其在施加热的情况下固化时呈现介电特性的变化。粘合剂液滴22优选包含树脂，该树脂包括未交联的聚合物、低聚物、单体；或包含树脂与第二部分组合，该第二部分包括硬化剂或催化剂。根据实施方式，虽然聚氨酯也是可接受的，但优选环氧树脂。这些粘合剂不同于例如动物胶的胶水，动物胶不依赖于化学变化来影响它们的粘合质量。从下文的讨论中可以清楚地看出，本发明利用某些粘合剂的这种特性来获得极大的优点。作为具体但非限制性示例，粘合剂22是可从Lord公司获得的Lord 320/322环氧粘合剂。根据实施方式，粘合剂在施加热时发泡并膨胀。根据这样的实施方式，如上所述，粘合剂22被涂覆于层12、层14之间；然而，在将介电加热器26作用于粘合剂22时，粘合剂发泡并膨胀，从而填充层12、层14之间的空间，否则在鉴于例如层12、层14的高纵横比，这些空间可能不适于介电加热，如图8A和图8B最清楚地示出。

为了使用未固化粘合剂22将外皮部件12和强化部件14结合在一起，本发明提供了一种用于介电结合的系统100，其被配置为将高频信号施加于包含未固化粘合剂22的预定位置，以固化粘合剂22，从而将外皮部件12与强化部件14结合在一起。系统100是有利的，因为它使用由所使用的介电加热器产生的高温将不同的材料层快速地结合在一起，然后快速地冷却材料，使得结合的材料可以在固化之后很快被安全地处理。这大大提高了这些车辆部件的循环时间和制造产量。然而，应当理解，诸如本发明所利用的那些极端温度和快速温度变化存在明显的困难，诸如由于长时间暴露于高温而对材料的损坏以及由于材料差异以及它们对快速冷却的响应而导致结合部分的破裂或鼓胀。本发明克服了困难并平衡了包括材料性能、高温暴露、高温暴露时间、冷却等的变量，以产生具有足够刚性和机械强度的结合的高强度、轻质复合车辆部件，同时还提供了所得部件的重量减轻、所得部件的高质量表面光洁度、降低的制造成本和增加的制造产量。

如图6所示，本发明的用于介电结合的系统100包括：介电加热器26，该介电加热器26包括对置的一对电极板30、36；可替换的嵌套部20和可替换的电极组件37。当安装在介电加热器26内时，可替换的嵌套部20可移除地连结至一对电极板中的第一电极板30。嵌套部20被构造为支撑材料组件10，即包括外皮部件12、强化部件14和未固化粘合剂22的组装材料层。根据实施方式，嵌套部20被配置为通过接触外皮部件12的外表面来支撑材料组件。如图4中最清楚地示出，嵌套部20具有限定于其主体19中的多个冷却通道21，冷却通道21被配置为使冷却流体在其中循环以冷却材料组件。根据实施方式，冷却流体是空气、水、液氮或任何其他合适的冷却介质中的任意一种。此外，当安装在介电加热器26内时，可替换的电极组件37可移除地连结至一对电极板中的第二电极板36。电极组件37具有多个集中器部件38，该集中器部件38被配置为将来自电压源46的能量集中于材料组件10上的预定位置，即，材料层12、材料层14将使用粘合剂22结合在一起的预定位置，诸如在凸缘18或圆顶部16处。

根据实施方式，对置的一对电极板30、36被配置为能够例如通过活塞组件32朝向和远离彼此移动。根据实施方式，电极板30、电极板36中的至少一者电接地。

根据实施方式并且如在图4和图7中能够最清楚地看到的，嵌套部20的上表面被成形为使得其对应于外皮12的外部或A级表面的轮廓，以在结合过程期间为其提供均匀的支撑。根据实施方式，系统100包括多个可替换的嵌套部20，每个可替换的嵌套部具有与外皮12的不同形状的外表面的轮廓相对应的不同的轮廓表面，从而允许本发明的系统100简单地通过替换可替换的嵌套部20和/或可替换的电极组件37来用于结合各种形状和尺寸的部件。根据实施方式，嵌套部20由展现出低介电损耗特性的材料制成，例如铝或黄铜。冷却介质通过嵌套部20的冷却通道21从入口23循环到出口25，以在整个结合过程中将外皮12的外表面保持在40-150°F的恒定温度并且在粘合剂22已经固化之后快速冷却材料组件10。

根据实施方式并且如在图4中能够最清楚地看到的，可替换的电极组件37包括通过框架40在固定位置保持在一起的一系列分段或电绝缘的集中器部件38(参见图4和5)。根据实施方式，多个集中器部件38是朝向可替换的嵌套部20远离可替换的电极组件37延伸的突起42。根据实施方式，集中器部件38各自具有大致U形的下部区段，该下部区段具有从其延伸的一对突起42。集中器部件38的突起42被构造为使得它们大致对应于强化部件14的凸缘18，如图4中最清楚地示出的，即，集中器部件38定位成与材料组件10上的待结合在一起的位置对应。根据这样的实施方式，凹部44为强化部件14的高纵横比的凸起圆顶16提供间隙。集中器部件38用于将来自高频电压源46的能量集中于包含粘合剂22的选定区域中。

根据实施方式，可替换的电极组件37的集中器部件38包括限定于其主体72中的多个冷却通道70，该冷却通道70被构造为使冷却流体在其中循环以冷却材料组件10。循环通过冷却通道70的冷却介质可以是空气、水、液氮或任意其他合适的冷却介质中的任意一种。

根据实施方式，系统100包括多个可替换的电极组件37，每个可替换的电极组件37具有集中器部件38的不同布置，集中器部件38的不同布置对应于材料组件10的不同配置和结合位置的不同图案，从而允许本发明的系统100简单地通过替换可替换的嵌套部20和/或可替换的电极组件37来用于结合各种形状和尺寸的部件。

根据实施方式，电极组件37还包括多个电极板48，其通常覆盖集中器部件38。在图4中，示出了三个这样的板48、50和52。然而，应当理解，在实践中采用更多这样的板，例如见图5。板48、50和52也由诸如铝或黄铜的导电材料构成，并且它们各自连接到高频电压源46，如上电极54所示。空气间隙49、51和53分别存在于电极54与电极板48、50和52之间。

可以调节电极板48、50和52与上电极54之间的相对空气间隙或间隔(并且由此调节经由部件38的电极板下方的待加热区域)。电极板和上电极54之间的间隔将影响施加于待加热材料的能量的量。在该实施方式中，通过调节空气间隙49、51和53的尺寸，能够精细调节实际在下面的粘合剂中产生的热量。因此，能够进一步确保均匀加热从而产生均匀的结合强度。在每个集中器部件38下产生的热量的独立调节实际上允许在材料组件10上施加大致均匀的热量，而无视其尺寸和由此产生的不均衡。调节能够以许多方式完成。在图4中，该功能通过连接在各个电极板48、50和52与其相应的集中器部件38之间的伸缩管56来提供。取决于集中器部件38的尺寸及其待加热的水平区域，可以经由多个伸缩管56将多于一个电极板附接于其上。

根据实施方式，电压源46在电极组件37/上电极板36与下电极板30之间产生高频静电场。从电压源46施加的RMS电压能够例如在300伏与8000伏之间。小于300的电压是不利的，因为相信不足以显著加热粘合剂22。相反，超过8000伏的施加值被认为是不利的，因为将在电极板48、50和52等与接地之间产生严重的电绝缘问题。根据实施方式，电压源46施加在13兆赫与40兆赫之间的范围内的振荡或交流频率。小于10兆赫的频率被认为是不利的，因为加热粘合剂22所需的电压太大而无法实现相同的加热时间，并且存在发生电弧的更大概率。超过110兆赫的频率被认为是不利的，因为所需的单个电极板48、50和52的数量变得过大，从而增加了获得粘合剂的均匀加热的难度。此外，在110兆赫以上的频率下，集中器部件38之间的连结变得更加明显，从而使得各个电极板48、50和52的调节更加相互关联。据信，最佳频率是允许在电极组件中具有最小电弧的情况下足够快的加热时间的频率。此外，在频率太高的情况下，应当注意，能够如此快地加热粘合剂22，使得其中的化学反应不能与温度上升同步进行。

本公开还提供了一种使用上述创造性系统100将材料组件10结合的创造性方法。该方法包括提供用于结合的材料组件10，根据实施方式其包括组装多个材料层以形成用于结合的材料组件10。根据实施方式，组装材料组件10包括：层叠外皮部件12、强化部件14；以及在材料组件的待形成结合的预定位置处在外皮部件12与强化部件14的配合表面之间施加未固化粘合剂22。该方法另外包括将可替换的嵌套部20连结至一对电极板中的第一电极板30，以及将可替换的电极组件37连结至一对电极板中的第二电极板36。

该方法继续将材料组件10定位于可替换的嵌套部20上。根据实施方式，这包括将材料组件10放置在与外皮12的下表面的外边缘接触的多个指状物15上。指状物15骑在辊17上以形成通过活塞装置13在图6中向右运载未固化的材料组件10的台车。因此，材料组件10被运载到介电加热器26的腔室27中，到达其中外皮12被支撑在嵌套部20上方的位置。根据实施方式，嵌套部20和电极板30然后由液压活塞32向上驱动。在材料组件10已经位于嵌套部20上方之后，液压活塞32被致动以使嵌套部向上上升并将组件10从其支撑的指状部15抬升，从而将外皮12放置在嵌套部20中。活塞32继续向上携带嵌套部20，以使可替换的电极组件37的多个集中器部件38与材料组件10上的预定位置接触，粘合剂22位于该预定位置处以用于结合。

然后，该方法继续从介电加热器26向电极30、36施加高频信号，以将材料组件10结合在一起。如上所述，根据实施方式，施加高频信号包括在300至8000伏之间的电压下施加具有10兆赫至110兆赫之间的频率的高频信号。根据实施方式，高频信号被施加15至40秒。

该方法还包括使冷却流体在限定于可替换的嵌套部20的主体19中的多个冷却通道21中循环，以在结合之后冷却材料组件10。根据实施方式，该方法还包括使冷却流体在限定于可替换的电极组件37的主体72中的多个冷却通道70中循环，以在结合之后冷却材料组件10。

本发明特别适用于大规模生产。作为非限制性示例，在可替换的嵌套部20已经升高到图4所示的位置中之后，通过在15秒和40秒之间的时间段内以恒定频率和恒定电压施加电场来实现良好的结合强度。本文中所使用的术语“恒定”是指频率和电压在加热循环期间不故意变化以实现显著的双重加热速率的事实。意外地发现，该过程具有内置的防止过热的“故障安全”机制，该过热可能破坏外皮12的平滑外表面。通过使用化学反应性热固性粘合剂将两个先前固化的热固性FRP部件结合在一起，粘合剂中产生的热量将足以使粘合剂相对快速地刚好超过其固化温度。然而，一旦粘合剂固化，即使所施加的场是恒定的，其中产生的热量也倾向于随时间降低。虽然这种现象未被完全理解的，但是认为这是由于粘合剂的介电特性在其固化状态和未固化状态之间的变化。在该具体示例中，电压源46在34MHz的频率和约4400伏的电压下被通电30至40秒之间的时间段。这提供了足够的时间以确保粘合剂的均匀固化，同时足够快，以提供制造经济性，特别是考虑到分别在嵌套部20和电极组件37内存在冷却通道21、冷却通道70，根据实施方式，冷却通道21、冷却通道70被激活20秒至45秒。然后，降低活塞32并且从加热器26移除已结合的组件。根据实施方式，从未结合的材料组件10放置在加热器26内时到已结合的材料组件10从加热器26移除时的总循环时间在30秒和90秒之间，优选60秒。

上述技术被认为比用于将强化部件结合至热固性SMC外皮的其他方法显著更有利。传统的辐射加热方法通常太慢，并且导致不均匀的结合和/或由粘合剂产生的过多的热量，其能够导致燃烧并穿透外皮。感应加热通常需要在待加热的粘合剂或区域中使用金属颗粒。这不是用于外部汽车车身面板组件的实际方法。优选实施方式的装置还被设计成克服已经发现的在试图使用介电加热来结合相对大的部分时存在的问题。已经发现，如果单个细长电极用于在34MHz下结合超过约47英寸的部分，则可能意外地发生不均匀加热。虽然没有完全理解这种现象的原因，但是据认为由于细长电极的各个区域将具有从其辐射的能量的某些峰值而导致不均匀加热，这可能是由于电极长度接近交流电压源46的波长的1/15(从而产生大于或等于10％的热变化)的事实。因此，沿着两个对置的电极的长度产生各种电压上升，并且可能导致部分的不均匀加热。据认为本发明的优选实施方式解决了许多这样的问题，并且为制造商提供了所需的灵活性，以将装置精细调节到待被结合的特定部分。在研究本文所呈现的附图、说明书和权利要求书后，本发明的其它优点对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

实施例

上述公开的发明用于测试不同的粘合剂。使用在27.12MHz(最大3.5安培)下操作的15kW侧加载往复式RF压机。上电极板36为20英寸×36英寸，并且其上安装有集中器板38。所使用的系统配备有具有内置电弧故障保护的Allen-Bradley控件。通过可编程预热、步进加热和冷却时间将设备控制到目标板电流。使用四种不同类型的粘合剂的加热可行性测试的结果示于下表1中。粘合剂由各种商业供应商供应。测试的粘合剂包括1C-聚氨酯(树脂/供应商A)、2C-聚氨酯(树脂/供应商B)和2C-环氧树脂(树脂/供应商C和树脂/供应商D)。所使用的测试样品是100mm×100mm×6.5mm压缩蜂窝切片。结合线尺寸为100mm×100mm×1mm厚。

表1：使用四种不同类型的粘合剂的加热可行性测试。

值得注意的是，Teroson 15111C-PU粘合剂具有多个电弧放电事件，并且Araldite20142C-环氧树脂粘合剂具有极端发泡事件。

虽然已经在附图中示出并且在前面的详细描述中描述了本发明的方法和装置的一个详细实施方式，但是应当理解，本发明不限于本文描述的特定实施方式，而是能够在不脱离本发明的范围的情况下进行多种重新布置、修改和替换。例如，该方法和装置可以连续地用于生产包括三个以上部件的组件，诸如由第一外部纤维强化塑料部件、中间金属部件和第二内部纤维强化塑料部件制造的汽车门。本领域技术人员将想到其他变化。以下权利要求旨在涵盖所有这样的修改。

Claims (20)

1.一种用于介电结合的系统，所述系统包括：

介电加热器，该介电加热器具有对置的一对电极板；

嵌套部，该嵌套部可移除地连结至所述一对电极板中的第一电极板，所述嵌套部被构造为支撑材料组件，所述嵌套部具有限定于其主体中的多个冷却通道，所述冷却通道被构造为使冷却流体在其中循环以冷却所述材料组件；

可替换的电极组件，该电极组件可移除地连结至所述一对电极板中的第二电极板，所述电极组件具有多个集中器部件，所述集中器部件被配置为将来自电压源的能量集中于所述材料组件上的预定位置中。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述对置的一对电极板被构造为能够朝向和远离彼此移动。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一对电极板中的第一电极板电接地。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述嵌套部由表现出低介电损耗特性的材料形成。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述嵌套部由铝或黄铜形成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述嵌套部具有轮廓表面，该轮廓表面被构造为对应于所述材料组件的表面的轮廓。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，还包括具有不同的轮廓表面的另一可替换的嵌套部，所述不同的轮廓表面对应于相对于所述嵌套部的不同材料组件。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述多个集中器部件是朝向可替换的嵌套部延伸而远离所述可替换的电极组件的突起。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述集中器部件被定位成与所述材料组件上的待结合在一起的位置相对应。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述可替换的电极组件的所述集中器部件包括限定于所述集中器部件的主体中的多个冷却通道，所述冷却通道被构造为使冷却流体在其中循环以冷却所述材料组件。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，还包括多个可替换的电极组件，各个所述可替换的电极组件具有与不同材料组件相对于的不同构造的集中器部件。

12.一种使用根据权利要求1所述的系统将材料组件相结合的方法，所述方法包括：

提供用于结合的所述材料组件；

将所述嵌套部连结至所述一对电极板中的第一电极板；

将所述电极组件连结至所述一对电极板中的第二电极板；

将所述材料组件定位于所述嵌套部；

使所述电极组件的多个集中器部件与材料组件上的预定位置进行接触；

从所述介电加热器向所述电极施加高频信号以将所述材料组件结合在一起；以及

使冷却流体在限定于所述嵌套部的主体中的所述多个冷却通道中循环，以在结合之后冷却所述材料组件。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括组装多个材料层以形成用于结合的所述材料组件。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，用于结合的所述材料组件包括外皮部件、强化部件以及位于所述外皮部件和所述强化部件的配合表面之间的未固化粘合剂，所述未固化粘合剂位于所述材料组件的所述预定位置处。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，当所述高频信号被施加于所述材料组件时，所述未固化粘合剂发泡并膨胀。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，用于结合的所述材料组件具有高纵横比。

17.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，还包括使冷却流体在限定于所述可替换的电极组件的主体中的多个冷却通道中循环，以在结合之后冷却所述材料组件。

18.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，施加所述高频信号包括在300至8000伏之间的电压下施加具有10兆赫至110兆赫之间的频率的高频信号。

19.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，所述高频信号被施加15至40秒。

20.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，还包括：移除所述嵌套部并且插入具有不同的轮廓表面的另一可替换的嵌套部，所述不同的轮廓表面对应于相对于所述嵌套部的不同的材料组件；以及在将所述材料组件定位于所述另一可替换的嵌套部之前将所述另一可替换的嵌套部连结至所述一对电极板中的所述第一电极板。