预浸渍碳纤维方向盘的制作方法

背景技术：

许多车辆方向盘具有环形轮辋、中央轮毂部分以及在轮辋和轮毂部分之间延伸的轮辐。方向盘包括刚性框架，基底(例如pc-abs或聚氨酯)可以覆盖在框架的边缘部分(以及可能的其他部分)周围。围绕基底布置表层以形成轮辋、轮辐和/或轮毂的外表面。

表层可以包括加长垫，该加长垫具有彼此相对的第一和第二端部以及在彼此相对的第一和第二端部之间延伸的第一和第二加长侧边缘。表层通过在组装时施加到基底和/或表层的粘合剂连接到基底，并且表层粘附到基底。此外，表层的侧边缘之一包裹在另一侧边缘上并粘附到其上。

皮革和聚氨酯等材料已被用作汽车车辆方向盘的表层。这些材料可以承受汽车车厢内预期的温度循环，而不会开裂。原始碳纤维表层也已用于部分汽车中，例如豪华汽车，但是原始碳纤维表层因车厢内预期的典型温度循环在边缘和端部的接缝处容易开裂。因此，原始碳纤维表层对于经受典型温度循环的车辆并非最佳选择。

因此，本领域需要改进的表层和组装表层与方向盘的方法。

技术实现要素：

根据各种实施方式，改进方向盘包括在组装在方向盘的框架上之前用环氧树脂预浸渍的碳纤维垫。预浸渍碳纤维垫具有彼此相对且间隔开的第一边缘和第二边缘以及内表面和外表面。内表面包括与第一边缘相邻的重叠部分。预浸渍碳纤维垫布置在框架周围，使垫子的内表面面向框架，重叠部分与邻近第二边缘的外表面的一部分重叠，并且在固化期间通过预浸渍碳纤维垫中的环氧树脂直接粘附到外表面，无需单独的粘合剂。预浸渍垫在经过典型的温度循环之后不会开裂。

在某些实施方式中，垫子的内表面包括粘合部分。与环氧树脂分离的粘合剂布置在粘合部分上，用于连接邻近框架的粘合部分。例如，粘合剂可具有至少10,000mpa.s的粘度。

在某些实施方式中，基底布置在预浸渍碳纤维垫的内表面和框架之间。基底可以包括聚合物材料，例如pc-abs或聚氨酯。在这种实施方式中，粘合部分的粘合剂连接垫子与基底。

在某些实施方式中，透明涂层布置在预浸渍碳纤维垫的外表面上。

在某些实施方式中，重叠部分的宽度约为预浸渍碳纤维垫宽度的8％至16％。例如，根据某些实施方式，重叠部分的宽度为约10至约20毫米。

在某些实施方式中，根据预浸渍碳纤维垫(即，包括环氧树脂的碳纤维垫)的总重量，预浸渍碳纤维垫包含约25％至约70％重量的环氧树脂。此外，在某些实施方式中，根据预浸渍碳纤维垫的总重量，预浸渍碳纤维垫包含约40％至约45％重量的环氧树脂。预浸渍碳纤维垫可具有约300g/m²至约400g/m²的基重。

各种实施方式包括一种至少包裹车辆方向盘一部分的方法，该方法包括：(1)将预浸渍环氧树脂的碳纤维垫至少包裹在方向盘框架的一部分周围，(2)将垫子内表面与垫子第一边缘相邻的重叠部分布置在邻近垫子第二边缘的外表面的一部分上，直接接触外表面的一部分；以及(3)热固化预浸渍碳纤维垫。在固化期间，环氧树脂将重叠部分直接连接到外表面与第二边缘相邻的部分。

在某些实施方式中，所述方法还包括在固化之前和固化期间在垫子周围包裹支撑材料以在固化期间支撑垫子。此外，在进一步的实施方式中，该方法还包括在固化之后去除支撑材料。支撑材料可以包括塑料包装。

在某些实施方式中，该方法还包括在内表面的粘合部分与布置在框架和预浸渍碳纤维垫的内表面之间的基底之间施加与环氧树脂分开的粘合剂，并将粘合部分包裹在基底周围。粘合部分与重叠部分分离。施加粘合剂可以包括将粘合剂施加到内表面的粘合部分和/或基底。

附图说明

附图中的部件不一定相互之间调整，并且在多个视图中相同的附图标记表示相应的部件。

图1示出了根据一个实施方式的方向盘前视图。

图2a和图2b示出了在方向盘的一部分周围安装之前的预浸渍碳纤维垫的透视图。

图3示出了通过a-a线获得的图1中的方向盘横截面图。

图4示出了现有技术方向盘的横截面图。

图5示出了根据某些实施方式的示出至少包裹方向盘的一部分的方法的流程图。

具体实施方式

各种实施方式包括改进的方向盘及其制造方法。改进的方向盘包括用环氧树脂预浸渍的碳纤维垫，所述环氧树脂至少包裹邻近方向盘框架的一部分。术语“碳纤维垫”和“预浸渍碳纤维垫”可互换使用，并且是指用热固性树脂预浸渍的垫子。这种预浸渍碳纤维垫通常可以商品名tc203tes125获得并由prosystems制造。重叠的垫子边缘通过热固化垫子直接经由环氧树脂连接在一起。预浸渍碳纤维垫在经受热循环测试时不会开裂，这是对包括使用单独的粘合剂连接原始碳纤维垫与框架的现有技术方向盘的改进。

图1示出了根据一个实施方式的示例性方向盘。如图所示，方向盘10包括包裹在预浸渍碳纤维垫14中的至少一个部分12。预浸渍碳纤维垫14还可以覆盖方向盘10的其他部分，例如覆盖方向盘10轮辐部分的部分13。

图2a和2b示出了在安装到方向盘10上之前的预浸渍碳纤维垫14。垫子14包括彼此相对并间隔开的第一边缘15和第二边缘16以及内表面17和外表面18。内表面17包括与第一边缘15相邻的重叠部分19和在重叠部分19与第二边缘16之间的粘合部分27。外表面18包括与第二边缘16相邻的重叠部分21。

如图3所示，方向盘10包括布置在框架20周围的基底25，预浸渍碳纤维垫14包裹在基底25周围。预浸渍碳纤维垫14布置在框架20周围，使垫子14的内表面17面向框架20。内表面17的重叠部分19与外表面18的重叠部分21重叠，并且在热固化之后通过碳纤维垫14中的环氧树脂直接粘附到外表面18，而不在重叠部分19、21之间使用单独的粘合剂。

在热固化期间，预浸渍碳纤维垫14可以经受升高的温度和视需要升高的压力，使环氧树脂经过化学反应，将重叠部分19粘附到重叠部分21。预浸渍碳纤维垫可以转变成高度耐用、耐温、坚硬和轻质的结构材料。预浸渍碳纤维垫14可以在高压釜、烘箱、真空袋或其他加热装置中热固化。在一个实施方式中，预浸渍碳纤维垫14可在烘箱中热固化。例如，预浸渍碳纤维垫14可在烘箱中在至少约100℃的温度下烘烤至少2小时。在固化期间，预浸渍碳纤维垫可以包裹在支撑件中，例如塑料包装。

粘合剂26布置在基底25和垫子14的内表面17的至少一部分上。粘合剂26与浸渍到垫子14中的环氧树脂分离。粘合剂26的粘度可以是适当的量，以防止或减少粘合剂26渗透到其所施加的碳纤维垫14中。换言之，粘合剂26的大部分保留在基底25的表面上以提供粘附力。粘合剂26可以具有至少10,000mpa.s的粘度。例如，粘合剂26可以具有约10,000至约150,000mpa.s的粘度，例如约10,000至约20,000mpa.s。可使用的合适的粘合剂26包括聚氨酯型粘合剂。这种聚氨酯型粘合剂通常可以商品名adesivo^tmxp4294获得并由ravieritalias.p.a.制造。

透明涂层28可布置在垫子14的外表面18附近。透明涂层可以包括一个或多个涂层。在一个实施方式中，底漆可以直接布置在碳纤维垫14的外表面18上，并且透明涂层28可以直接布置在底漆上。在某些情况下，底漆可以为几乎任何面漆层建立基础。底漆可以含有透明的聚氨酯型涂料。透明涂层28还可包括布置在底漆上的一个或多个附加涂层。在某些情况下，一个或多个附加涂层可以给透明涂层28带来厚实感。一个或多个附加涂层可以包含透明的聚氨酯型或聚酯型涂料。另外，涂层可以提供各种类型的处理，包括例如高光、半光或哑光处理。透明涂层和底漆的总厚度可以约为0.5至约1mm。

表面涂层可以布置在透明涂层28的外表面上，例如，在一个或多个附加涂层上。在某些情况下，表面涂层可为方向盘带来各种表面特性，并且可根据所需的表面特性在其中使用各种组件。例如，表面涂层可以具有诸如耐光性、uv光切割能力、耐水性、耐化学性或耐温性等特性。在某些情况下，表面涂层可包括哑光漆。哑光漆通常包括消光剂，例如硅酸盐颗粒。哑光漆还可以包含透明的聚氨酯型涂料。表面涂层的厚度可以至少为约50μm至约60μm。

图4示出了原始碳纤维垫如何安装在现有技术方向盘中。特别是，粘合剂被施加到原始碳纤维垫的内表面，并且粘合剂被用于连接原始碳纤维垫的重叠部分。但是，如上所述，在方向盘经受热循环测试之后，重叠接缝处开裂。这里使用的“原始碳纤维”垫是指不包括用于固化垫的热固性树脂的碳纤维垫。

热循环测试(或温度循环)是指通过两个温度极限通常以相对高的变化率循环的过程。上述的开裂现象可通过热循环诱导。热循环测试可以包括100℃的高温极限和80℃至-30℃的热循环，并且可以每个测试部分重复几次以证明性能令人满意。100℃的高温极限和80℃的热循环可以在保持所需温度的烘箱中进行；-30℃的热循环测试可在用液氮保持在-30℃的架空室中进行。热循环测试可以为一定数量的循环包括每个极限处的一段时间(调节时间)，在室之间有过渡时间。该测试可以在各种湿度水平下以及在室温条件下进行。在某些实施方式中，热循环测试可以包括通过80℃至-30℃循环至少40次或至少45次。在某些实施方式中，测试可包括在100℃的高温极限下的一段调节时间，包括大于500小时至大于950小时。可以对所观察到的缺陷/开裂次数和类型计数。

回到图3，根据某些实施方式，框架20可以包括镁压铸框架。镁压铸件可以由纯镁或镁合金构成。但是，框架20可以使用其他合适的材料，包括铝合金、高刚性合成树脂或两者的组合。此外，基底25可以由聚碳酸酯－丙烯腈丁二烯苯乙烯(pc-abs)或其他合适的聚合物形成，例如聚氨酯、聚烯烃，例如聚乙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚砜、聚酰亚胺、聚丁二烯、丁二烯－苯乙烯共聚物、聚酯、卤化聚合物，例如聚氯乙烯、酚醛树脂和三聚氰胺树脂、聚酯树脂或脲树脂。

根据某些实施方式，重叠部分19、21各自的宽度wo可以是碳纤维垫14的宽度wmat的约8％至约16％，其中宽度在与第一边缘15和第二边缘16的正交平面内测量。例如，当从第一边缘15朝向第二边缘16的方向测量时，每个重叠部分19的宽度为约10至约20毫米。例如，当从第二边缘16朝向第一边缘15的方向测量时，每个重叠部分21的宽度为约10至约20毫米。

在某些实施方式中，根据预浸渍碳纤维垫14的总重量，预浸渍碳纤维垫14包括约25％至约70％重量的环氧树脂。例如，根据预浸渍碳纤维垫14的总重量，预浸渍碳纤维垫14可以包括约40％至约45％重量的环氧树脂。例如，预浸渍碳纤维垫14可具有约300g/m²至约400g/m²的基重。在一个实施方式中，碳纤维垫14可具有约345g/m²的基重。

图5示出了展示用于用预浸渍碳纤维垫(例如上文图2a至图3描述的垫14)包裹方向盘10的至少一部分的方法500的流程图。从步骤501开始，将与环氧树脂分离的粘合剂(例如粘合剂26)施加到预浸渍碳纤维垫14内表面17的粘合部分27和/或布置在方向盘10框架20周围的基底25上。如上文图2a所示，粘合部分27与垫子14的内表面17上的重叠部分19分离。施加粘合剂26可以包括将粘合剂施加到内表面17的粘合部分27和/或基底25上。

然后将预浸渍碳纤维垫14包裹在基底25的至少一部分周围，如步骤502所示。接下来，在步骤503中，垫子14的内表面17与垫子14的第一边缘15相邻的重叠部分19布置在外表面18与垫子14的第二边缘16相邻的重叠部分21上，直接接触重叠部分21。在步骤504中，支撑材料包裹在垫子14周围以在固化期间支撑垫子14。支撑材料可以包括塑料包裹物。然后，在步骤505中，垫子被热固化。在固化期间，环氧树脂将重叠部分19、21直接连接在一起。接下来，在步骤506中，在固化之后去除支撑材料。然后，在步骤507中，在去除支撑材料之后，在碳纤维垫14的外表面18附近施加透明涂层28。此外，该方法还可包括将底漆直接施加到碳纤维垫上，以及将一个或多个附加透明涂层施加到底漆上。一个或多个附加涂层可以包括透明涂层和哑光漆。透明涂层可以用于提供光泽处理，例如可以添加哑光漆以提供哑光处理。底漆和一个或多个附加涂层可以通过喷涂、浸渍或辊涂单独施加到垫子上。但是，在其他实施方式中，可以施加其他类型的透明涂层，并且施加透明涂层可以包括一个或多个步骤。

本文所示和所述之外的各种装置和方法修改旨在纳入所附权利要求的范围内。此外，虽然仅具体描述了本文公开的某些代表性装置和方法步骤，但是装置和方法的其他组合步骤旨在纳入所附权利要求的范围内，即使没有具体描述。因此，本文可以明确提及步骤、元件、组件或组分的组合。但是，步骤、元件、组件和组分的其他组合均已纳入，即使没有明确说明。本文使用的术语“包含”及其变体与术语“包括”及其变体同义使用，并且是开放式、非限制性术语。