增强热塑性材料制成的机动车辆部件的制造方法与流程

本发明涉及由增强热塑性材料制成的、诸如尾门内衬的机动车辆的半结构性部件的制造方法。

背景技术：

机动车辆的半结构性部件指的是能够使集成该部件的组件实现自承重的部件，该部件还能够在给定荷载下无可见变形地确保几何构形(géométrie)。

在现有技术中已知由热塑性材料制成的尾门，其包括用于外观的外部蒙皮和用于结构的由填充的热塑性材料制成内衬。构成衬里的热塑性材料例如填充有玻璃纤维或滑石以提高其强度特性。

这些产品所必须面对的边界条件数量众多，并表现为集中在某些区域的材料在不同方向上的变形和应力水平。如果不增强这些区域(称作脆弱区域)，产品的刚性和几何构形将得不到保证，技术规范将得不到满足。

这就是内衬被插件(金属或复合材料的)类型的增强元件增强的原因，所述插件被包覆模制在衬里上或在其模制之后被附接，从而在最受力的点(铰链、球节、锁件等)处改善其机械特性。这些插件例如被螺接、卡接或铆接。

衬里的该制造方法由于在模制填充的塑料材料之后所需实施的操作数量多而是时间长且复杂的。

此外，被包覆模制或附接的插件(金属或复合材料的)的设计必须考虑到轧板、冲压或成型规则，而这些规则经常导致在尺寸和减重方面不理想的几何构形。

实际上，这表现为添加对于增强件不是必需的材料，这是因为该材料不参与增强。还出于该原因，这些金属或复合材料的增强件可能会在其需增强的部件的规格范围内达到不可忽略的质量。

而且，该插件的包覆模制工艺极大地限制了部件的设计。这可能会导致由板材或复合材料制成的该插件的刚性相对于解决与包覆模制工艺相关的问题是不优化的。而且，例如由文献fr2908067a1已知用由包含(预浸渍的)增强纤维的热固性材料制成的增强件来代替这些金属插件。这样的增强件通常以固结板片(plaquesconsolidées)的形式提供，该板片能够在包覆模制之前用合适的工艺(冲压、铺覆(drapage)、热成型或其它工艺)来成型。通常，这些增强件被热塑性材料包覆。

然而，热固性材料在待增强的部件上的粘接要求诸如孔的机械固定。而且，所期望的几何构形不总是能够通过这些工艺来实现，也并不总是产生相当数量的可行性重复。必须在不同的目标之间达成折中：质量、性能、材料和工艺成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种制造机动车辆半结构性部件的方法，诸如开合件(尾门、侧门、引擎罩)或开合件衬里，并至少由不具有已知工艺缺陷的增强元件来增强。

为此，本发明的主题在于一种制造机动车辆部件的方法，其中，通过模制具有填料的热塑性材料来实现所述部件，并且通过局部地布置至少一个增强元件来增强所述部件，其中，增强元件包括单向连续的纤维的带，并以不连续的方式将所述带布置在所述部件上的至少一个力集中的区域中。

所述方法能避免材料损失，这是因为带的不连续的布置能够避免材料的掉落，并且仅在需要增强件之处才使用材料。

所述方法为部件带来质量节省，这是因为带仅在高度受力区域中离散的布置，这能够最恰当地消耗增强材料。

最后，与基于由板材制成的插件的工艺相反地，根据本发明的方法在模制之前和之后不需要操作人员，由此能够提高生产效率。

有利地，带被布置为能够使得连续纤维沿着对应于力集中区域的力的主要应力的优先方向来取向。

根据本发明，可将多条带彼此重叠地布置，以管理带的厚度而不致使布置的带丧失柔性。

优选地，使用宽度小于1.3厘米的带。

根据一个优选实施方式，使用包括热塑性树脂的带。

可替代地，将加热的热塑性树脂与不包含热塑性树脂的带同时地布置。

根据本发明，所使用的热塑性树脂的熔融温度与部件的热塑性材料的熔融温度大致相同。

有利地，在布置所述带的步骤期间，加热热塑性树脂和/或加热部件的所述区域，以促进带在部件上的固定。

热塑性材料可以基于填充有短玻璃纤维的聚丙烯，热塑性树脂也可以基于聚丙烯。

优选地使用填充有增强纤维和/或滑石的热塑性材料。

增强纤维单独或组合地使用以下纤维：玻璃纤维、碳纤维、天然纤维。

根据一个实施方式，部件是半结构性部件，诸如开合件或开合件衬里。如果部件是尾门内衬，那么力集中的区域就可以从由以下区域构成的集合中任意选择：尾门的用于固定铰链的上部区域、尾门的用于承受推顶件的力的侧向区域、和尾门的用于固定锁件的下部侧向区域。

部件也可以是侧门或引擎罩的衬里。

根据一个具体实施方式，在模具中模制所述部件的步骤之前，在模具的壁上局部地布置至少一个包括单向连续纤维的带的增强元件，所述带以不连续的方式布置在模具的至少一个区域中，其中所述至少一个区域对应于将在所述模具中模制的部件的力集中的区域，并且将带布置在所述部件的表面上的步骤是可选的。

根据另一具体实施方式，在模具中模制所述部件的步骤之前，在预成型件的壁上局部地布置至少一个包括单向连续纤维的带的增强元件，所述带以不连续的方式布置在预成型件上的至少一个区域中，其中所述至少一个区域对应于将在所述模具中模制的部件的力集中的区域，然后将如此获得的预成型件放置在模具中，并且将带布置在所述部件的表面上的步骤是可选的。

本发明还涉及一种机动车辆部件，该机动车辆部件通过模制具有填料的热塑性材料来实现，并在至少一个力集中的区域中包括至少一个增强元件。所述增强元件是附接在所述部件的表面处的不连续的带的集合，所述带是浸渍于热塑性树脂的单向连续纤维的带。

所述带的纤维可沿着对应于力集中的区域的力的主要应力的优先方向取向。

最后，该部件可以是半结构性部件，诸如开合件或开合件衬里。

附图说明

阅读以下仅参照附图做出的说明，将更好地理解本发明，在附图中：

图1示出了在根据本发明的方法中使用的单向连续纤维带；

图2示出了由本发明的方法获得的尾门的透视图，其指示出了高度受力区域，该区域上布置了带。

具体实施方式

本发明涉及一种机动车辆部件1的制造方法，所述部件诸如半结构性部件，并由至少一个增强元件增强。该方法包括以下步骤：

-在第一时间，借助于模制具有填料的热塑性材料的工艺实现所述部件；

-在第二时间，通过在该部件1的表面处局部地布置至少一个增强元件来增强如上述模制的该部件1，所述增强元件包括单向连续纤维3的带2。这些带2以不连续的方式放置在已模制的部件1上的至少一个应力集中区域4中。

应力集中区域4指的是高度受力区域。因此在这样的区域中存在主要应力，其对应于该区域所承受最大的应力的方向。

例如(图2)，在尾门衬里的情况中，应力集中区域可以从由以下区域构成的集合中任意选择：尾门的用于固定铰链4a的上部区域、尾门的用于承受推顶件4b的力的侧向区域、和尾门的用于固定锁件4c的下部侧向区域。

优选地，带2被布置为能使其包含的连续纤维3沿优先方向取向，该优先方向对应于区域中所受的力的主要应力方向。

部件1例如借助于注射模制工艺通过对具有填料的热塑性材料mtp的模制来实现。

具有填料的热塑性材料mtp指的是包含诸如滑石的无机填料和/或包含增强纤维的热塑性材料。增强纤维从以下纤维中单独或组合地选择：玻璃纤维、碳纤维、天然纤维(像例如亚麻)。

有利地，部件是半结构性部件，例如机动车辆开合件(诸如尾门、侧门或引擎罩)。部件也可以涉及上述开合件的衬里(尾门、侧门或引擎罩的内部衬里)。如图2所示，以下说明参照尾门内部衬里的例子。

带(英文为“tape”)构成沿着同一方向取向的连续纤维3的一个集合(图1)。增强纤维从以下纤维中单独或组合地选择：玻璃纤维、碳纤维、天然纤维(像例如亚麻)。

带3由其规格定义，该规格的宽度相对于长度要小。有利地，对于机动车辆部件的铺覆，使用宽度小于1.3厘米、优选地小于1.27厘米的带。图1示出l了俯视的带2，以及用于示出带2的厚度和纤维3的布置的剖面aa。

使用厚度足够精细的带2，以确保足够的柔韧性从而可以在任何形状上铺覆。如果需要，可以将带彼此重叠地布置，以进一步增强待增强的区域。

根据一个优选实施方式，带2包括热塑性树脂rtp，在该热塑性树脂中浸有纤维3(图1)。

根据该实施方式并且有利地，在将热塑性树脂rtp施加到部件1上之前加热热塑性树脂rtp。这实际上可使得带2流体化，并有利于其布置在部件1的各种形状上，由此利于该带2的铺覆。

优选地，还可以替代性地加热部件区域4，其应布置有带2。由此，带的树脂rtp和部件的热塑性材料mtp熔融，由此促进将带2保持在部件1上，这是因为树脂rtp和热塑性材料mtp相互混合，然后相互兼容地冷却，并形成单一结构。在该情况中，优选地使用其树脂rtp的熔融温度与部件的热塑性材料mtp的熔融温度大致相同的带2。

例如，可以使用基于聚丙烯的填充有短玻璃纤维的热塑性材料mtp来构成部件1，并使用也基于聚丙烯的热塑性树脂rtp来构成带2。

根据区域4的增强需求，即根据区域4所承受的应力，布置宽度和厚度可变的带2。

由此，增强需求越大，将使用越厚的带。此外，根据所述方法，可以将带2彼此重叠地布置，以增大由这些带2形成的增强件的厚度，由此增大对所选择的区域4的增强。

根据一个实施方式，在布置加热的热塑性树脂rtp的同时在区域4上布置干的、即不包含热塑性树脂的带2。所用的热塑性树脂rtp可以与用于浸渍带的热塑性树脂相同。

带2借助于工具自动地布置，该工具可将带铺覆在部件1的各种形状上。

该工具是自动化系统，例如机器人，其具有臂部，臂部设有带2的施加器，该施加器例如是圆柱形的，包括适于将带2铺覆在部件的待增强区域4上的形状，并能够在该区域上移动。带2可连续地展开，并根据所需长度切割。

该工具还具有辊，该辊能够施加压力以将带2夹在施加器和部件1的壁之间。根据一个实施方式，施加器本身能够施加所需的压力。

该工具还具有诸如刀片的用于切割带2的装置，以能够分段布置带2而不是一条连续的带。

最后，当带2包括树脂rtp时，该工具优选地具有加热带2的加热装置。该装置能够使得带2流体化，并借助于施加器和辊将其铺敷在部件1上。该装置可以直接被集成在施加器中。

优选地，该装置还可替代地加热待增强部件的区域4。

所述方法是自动化的，所述工具沿着预定路径移动，并能够在区域4中以一个或多个厚度来布置带2，然后在切割之后继续在另一待增强区域4中布置带。因此，带的布置过程是不连续的，即所述工具不是连续地布置带，而是相反地，在部件1的不同位置处布置带2的片段。

这样的工具能够原地将带2铺覆在部件1的复杂形状上，同时减少人工干预，由此改善生产效率。能够以缩短的周期时间大量地生产被增强的部件。

本发明还涉及根据本发明的方法获得的机动车辆部件1。由此，本发明涉及一种通过模制具有填料的热塑性材料实现的、包括至少一个增强元件的部件1。增强元件是不连续的浸渍于热塑性树脂rtp的单向连续纤维3的带2的集合，该集合被附接到部件1的表面处。

优选地，带的纤维3沿着对应于力集中区域的力的“主要”应力的优先方向取向。

根据实施方式，部件1是例如机动车辆开合件(诸如尾门、侧门或引擎罩)的半结构性部件。该部件也可以涉及这样的开合件的衬里(尾门、侧门或引擎罩的衬里)。

根据第一实施变型，将带2直接布置在模制部件1的模具中，然后闭合模具并注射用于制造部件1的热塑性材料mtp。由此，所述用于制造机动车辆部件1的方法包括以下步骤：

-在模具的壁上局部地布置至少一个包括单向连续纤维3的带2的增强元件，带2以不连续的方式布置在模具的至少一个区域中，该至少一个区域对应于将在所述模具中模制的部件1的力集中的区域4；

-闭合模具，然后注射具有填料的热塑性材料mtp，以制造部件1。

所述在模制的部件1的表面上布置带2的步骤因此是可选的。

根据第二实施变型，将带2布置在预成型件上以获得至少一个预成型的增强件。由此，所述用于制造机动车辆部件1的方法包括以下步骤：

-在预成型件的壁上局部地布置至少一个包括单向连续纤维3的带2的增强元件，带2以不连续的方式布置在预成型件上的至少一个区域，该至少一个区域对应于将在模具中模制的部件1的力集中的区域4；

-将如此获得的该或这些预成型件放置在模具中；

-闭合模具，然后注射具有填料的热塑性材料mtp，以制造部件1。

所述在模制的部件的表面上布置带2的步骤因此是可选的。