连接元件的方法
【专利说明】连接元件的方法
[0001]发明背景1.发明领域
[0002]本发明涉及一种连接树脂模制元件和不同元件的连接方法，所述树脂模制元件的至少一部分包括纤维增强材料。
[0003]2.相关技术描述
[0004]由树脂和包含在树脂中的增强纤维材料(纤维增强材料)形成的纤维增强的树脂元件(纤维增强塑料(FRP))因其轻重量和高强度而用于各种工业领域，如汽车工业、建筑工业和航空工业。例如，在汽车工业中，将上述纤维增强的树脂元件应用于车辆的框架结构元件，如前侧元件(front side members)、中心横向元件(center cross members)、柱、锁扣和车身地板，或应用于需要设计性质的非结构元件，如门外板和车蓬(hoods)。借助上述构造，已作出各种在确保车辆强度的同时降低车重以制造燃料效率提高的环保车辆的努力。
[0005]作为连接纤维增强的树脂元件的方法，常使用借助粘合剂的连接方法，或借助螺栓的连接方法，或这些方法的组合。同时，作为连接金属元件，如铝板和钢板的方法，常使用经由点焊、搅拌摩擦焊、机械铆接(mechanical clinching)、钎焊、螺丝接合、自冲铆接等的连接方法。例如在日本专利申请公开N0.2007-229980中公开了自冲铆接。关于纤维增强的树脂元件和金属元件之间的连接，即不同类型的元件之间的连接，使用上述方法之一或在一些情况中以两种或更多种上述方法的组合将元件互相连接。
[0006]在纤维增强的树脂元件之间或金属元件之间的连接，即所谓类似元件之间的连接中，和在纤维增强的树脂元件与金属元件之间的连接，即所谓不同元件之间的连接中，上述连接方法都具有各种问题。
[0007]例如，在使用粘合剂的情况下，花费一些时间粘合元件。在使用螺栓、螺丝接合、自冲铆接等的情况下，需要连接件，因此制造时间增加，或与连接件有关的制造成本提高。
[0008]特别地，在使用连接件，如螺栓将具有三维复杂形状的元件互相连接的情况下，不容易处理待连接元件之间的校准；因此可能需要更多装配程序才能用连接件将元件互相连接。在经粘合剂或焊接连接时，很难尽可能均匀地在要连接的三维复杂的整个部分(重叠部分)上施加粘合剂或施加热。
[0009]发明概述
[0010]本发明提供一种连接树脂模制元件和不同元件的连接方法，所述树脂模制元件的至少一部分包括纤维增强材料。
[0011]本发明的第一方面是一种连接元件的方法。所述方法包括:制备包括上模和下模的模具，由两者形成模腔，上模或下模的模腔表面具有凹槽，且所述模腔表面面向模腔；将由连续纤维增强材料或长纤维增强材料形成的纤维增强材料置于模腔中，用热塑性树脂填充所述模腔和所述凹槽，并固化所述热塑性树脂以产生包括纤维增强的树脂模制体和树脂模制体的树脂模制复合元件，所述纤维增强的树脂模制体由所述纤维增强材料和所述热塑性树脂形成，所述树脂模制体与所述纤维增强的树脂模制体合为一体，且所述树脂模制体不包括纤维增强材料；和将所述树脂模制体插过预定元件的通孔，并借助压力使所述树脂模制体变形以使预定元件被所述纤维增强的树脂模制体和所述树脂模制体夹紧并由此连接所述树脂模制复合元件和所述预定元件。
[0012]根据本发明的第一方面，由于待变形的树脂模制体不包括纤维增强材料，如连续纤维增强材料，加压变形(包括在树脂被加热并熔融的状态下的加压变形)变得更容易，由此利于元件之间的夹紧。在两个元件之间的连接中不需要连接件，如粘合剂、螺栓、螺丝和自冲铆钉，由此提高连接作业的效率以及实现制造成本的降低。基本上不必使用粘合剂和连接件，但这并不意味着完全消除这些部件的使用。例如，如果必要，为了增强连接强度，可以同时使用粘合剂和/或连接件。
[0013]“具有凹槽的上模或下模的模腔表面”是指上模和下模的至少一个包括至少一个凹槽。具体而言，根据待模制的树脂模制复合元件和预定元件(下文也称作不同元件)之间的连接位置或连接位置数，可以设定向上模和下模各自的模腔表面提供的凹槽的位置或数量。凹槽形状可以是任何形状，只要待模制的树脂模制体可以插过不同元件的通孔并可以借助压力变形以夹紧不同元件。例如，该凹槽可以是圆柱形凹槽或多边柱形凹槽。
[0014]“连续纤维增强材料”被定义为是集合成预定形状(例如与待模制的纤维增强的树脂模制材料的形状近似的三维形状)的如Japanese Industrial Standards (JIS)规定的纤维长度大于50毫米的纤维材料。“长纤维增强材料”被定义为是集合成预定形状的具有比连续纤维增强材料短的纤维长度，具体在小于50毫米至大于10毫米范围内的纤维长度的纤维材料。可以使用碳纤维、金属纤维和陶瓷纤维之一或它们的两种或更多种的混合物形成这些纤维增强材料。
[0015]由于连续纤维增强材料和长纤维增强材料具有长纤维长度并增强该元件的强度，不容易借助压力使包括这样的纤维增强材料的树脂元件变形。为了对抗这一点，在本发明的第一方面中，在上模或下模的模腔表面的预定位置设置预定尺寸和预定形状的凹槽。此夕卜，在本发明的第一方面中，在这种凹槽中不安置纤维增强材料的情况下用热塑性树脂填充模腔和凹槽。
[0016]通过本发明的第一方面制成的树脂模制复合元件包括:由纤维增强材料和热塑性树脂形成的纤维增强的树脂模制体；和与所述纤维增强的树脂模制体合为一体、不包括纤维增强材料因此容易借助压力变形的树脂模制体。
[0017]“用热塑性树脂填充”可通过热塑性树脂的注射成型法进行。或者，“用热塑性树脂填充”可包括将热塑性树脂等的散料置于模腔中，然后在合紧模具时借助压力模制热塑性树脂以使热塑性树脂遍布整个模腔和凹槽。
[0018]要施加的热塑性树脂可以是结晶塑料，如聚酰胺(PA)和聚丙烯(PP)，和无定形塑料，如聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)。
[0019]在本发明的第一方面中，例如，制成树脂模制复合元件，对其进行配置以使凸出的树脂模制体从平坦的纤维增强的树脂模制体上伸出。将不包括纤维增强材料的树脂模制体插过预定元件(不同元件)的通孔，然后借助压力变形。作为“预定元件”，可以使用各种元件，如纤维增强的树脂元件(其整体或局部包括与该树脂模制复合元件类似的纤维增强材料)，不包括纤维增强材料的树脂元件，由铝合金、铁等制成的金属元件或由RC、SRC等制成的混凝土元件。
[0020]在本发明的第一方面中，借助压力使树脂模制体变形的加工方法可以是通过压制使该树脂模制体变形的方法，或至少在该树脂模制体被加热并软化的状态下通过压制使该树脂模制体热变形的方法。就热变形法而言，在聚合热塑性树脂的熔点或更高的温度环境下对该树脂模制体施压，由此容易进行树脂模制体的加压变形。
[0021]本发明的第二方面是一种连接元件的方法。所述方法包括:制备包括上模和下模的模具，由两者形成模腔，上模或下模的模腔表面具有凹槽，且所述模腔表面面向模腔；将由连续纤维增强材料或长纤维增强材料形成的第一纤维增强材料置于模腔中，将由短纤维增强材料形成的第二纤维增强材料置于所述凹槽中，用热塑性树脂填充所述模腔和所述凹槽，并固化所述热塑性树脂以产生包括第一纤维增强的树脂模制体和第二纤维增强的树脂模制体的树脂模制复合元件，第一纤维增强的树脂模制体由第