基于发光纤维的车辆装饰部件和地板的制作方法

基于发光纤维的车辆装饰部件和地板
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年11月4日提交的美国临时申请序列号62/930,339的权益，其教导通过引用并入。
3.领域
4.本发明涉及将照明特征添加至车辆装饰部件和使用纤维型构造的车辆地板。
5.背景
6.车辆装饰部件和车辆地板通常限定了消费者看到的内部外观。随着先进照明功能的出现，已经努力在车辆内部更策略性地定位照明以提供改进的视觉体验。面对这样的目标的问题包括这样的照明在装饰部件或地板上或内部的适当放置，并且该放置可通过常规处理实现而不在制造过程中损坏照明电子设备。另外，当将这样的照明并入到照明还可能经受磨损的位置例如地毯或后备箱地板时仍存在问题。
7.概述
8.发光地毯，包含经配置为暴露的并与车辆乘员接触的第一地毯层；提供包括保护层内表面和保护层外表面的保护层的(半)透明(translucent)聚合物片层和经配置为接纳布置为产生光的多个发光二极管(led)的多个腔，多个led配置为对准并伸入所述腔中；和地毯背衬层。
9.发光装饰板，包含经配置为暴露的并与车辆乘员接触的第一层；提供包括保护层内表面和保护层外表面的保护层的半透明聚合物片层和经配置为接纳布置为产生光的多个发光二极管(led)的多个腔；和经配置为对准并伸入所述腔中的多个led。
10.附图
11.图1提供发光二极管(led)板整合在车辆地板中的横截面图。
12.图2提供如在图1中显示与半透明聚合物片组合的led板的放大图。
13.图3a是本文使用的测试仪器的照片。
14.图3b是在施加压缩力时测试仪器的照片。
15.图4是表1中数据的图形表示，以及恢复曲线。
16.图5是表2中数据的图形表示，以及恢复曲线。
17.图6是表3中数据的图形表示，以及恢复曲线。
18.详述
19.本公开内容涉及发光二极管(led)板整合在装饰部件或车辆地板中。关于车辆地板，本公开内容涉及led板整合在车辆的地毯中，其中地毯优选是植绒地毯并且其包括额外的层并还可用作车辆“声质量-弹簧系统”中的重“物质”层以控制声音传输。本文提及“物质”层可以理解为用于通过所述材料传输声能的声屏障物质。本文代表性物质层将包括含有无机填料如碳酸钙和/或硫酸钡的热塑性聚烯烃、加工助剂、稳定剂和颜色颜料，并具有厚度为0.4mm至5.0mm和密度为1.1g/cm3至2.6g/cm3。还可以利用泡沫作为在以上提及的物质层后的地毯中的层，其中泡沫优选具有密度为30kg/m3至200kg/m3，或具有基重为300g/m2至3000g/m2的毡材料层。毡材料是指通过将纤维铺垫、压缩和压制在一起来生产的织物材
料。
20.本发明的最初部件是led板，其可包括led灯的阵列。通过实例的方式，本文led板可以包括led灯的多个行和列。这样的led板可以包括例如20-30个在给定的列中延伸的led灯和20-30个在任何给定行中延伸的led灯。配置led灯使得它们优选布置在板上并然后将伸入半透明聚合物片层中存在的腔中。参见图2。发明本文不受限于板中led灯的数量或布置，并仅用于说明目的。应注意优选地，led灯从在下面的电子电路层突出0.5mm至2.0mm范围内的距离。
21.本发明这里优选依赖于聚合物材料片，所述聚合物材料片优选是半透明的，意味着它将自身将led的可见光传输至车辆乘员。片材还是优选地抵抗来自例如湿鞋或溅出的饮料的湿气传输的片材。提及片材形式是指不是织造或无纺型材料的特征，并且该片材优选通过聚合物材料从模头出现的熔融加工步骤形成(参见以下)。片材优选选自热塑性材料并由其形成，但可以使用任何可用于生产片材配置的聚合物树脂，包括热固性类型树脂。可以使用的优选的聚合物包括聚烯烃，包括聚乙烯和/或聚丙烯。在聚乙烯的情况下，这可以包括：(1)具有密度在至多约0.93g/cc的范围内、或更优选在0.91g/cc至0.93g/cc的范围内的低密度聚乙烯(ldpe)；(2)线性低密度聚乙烯(lldpe)，其主要具有受控量的短链支化和密度在0.91g/cc至0.94g/cc的范围内；(3)高密度聚乙烯(hdpe)，其具有相对的低的支化量(如果存在)和密度在0.94g/cc至0.96g/cc的范围内。还涵盖了可以利用其它片材形式的聚乙烯，例如交联的聚乙烯和超高分子量聚乙烯(uhmwpe)。另一特别优选的热塑性材料选择包括那些由基于金属茂的催化剂形成的聚乙烯树脂，或者被称作m-pe。另外，可包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂，被称为eva，其中乙酸乙烯酯的水平可以落入10％至40％的范围内，并更优选在15％至25％的范围内。其它涵盖的树脂包括聚碳酸酯、聚酯例如pet片材料和聚碳酸酯/abs共混物。
22.优选地，通过在热压机中加热和熔融热塑性材料的粒料来形成作为本文描述为聚合物片材的一种可能实例的热塑性树脂。还优选减小或消除任何在这样的压制过程中空气孔隙形成，否则该空气孔隙会干扰光传输。因此，本文的片材是优选避免具有尺寸大于0.25mm的空气孔隙形成的片材。另外，在模塑过程中，热塑性片材成型使得它将包括多个凹陷，这些凹陷然后可优选形成槽，如本文描述的，这些槽可接纳led灯。
23.优选地，凹陷为led灯提供剩余保护层厚度为1.0mm至10.0mm，使得led灯然后可将光传输通过保护层厚度(参见图2)被车辆乘员看到。更优选地，保护层厚度(t
pl
)可以为1.0mm至5.0mm、或更优选1.0mm至3.0mm、或甚至更优选1.0mm至2.0mm。如可以领会的，保护层厚度可以根据最终产品的磨损要求以及塑料层使用的塑料的机械性质例如模量和硬度值而变化。优选地，配置所选择塑料中的槽使得它们将与所选择的led照明图案的行和列对准。接下来，将以上描述的热塑性树脂片与地毯背衬层连接。这可以通过胶黏剂和/或通过使用热来完成，使得地毯背衬与热塑性树脂层合。优选地，地毯背衬将含有胶乳涂层，用于地毯纤维与额外的聚烯烃(例如聚乙烯)背衬结合，后者当加热时可依靠从而粘附到热塑性树脂片上。优选的胶黏剂包括压敏胶黏剂和聚合物粘合喷胶，并且胶乳涂层自身可以优选包含乙烯-乙酸乙烯酯、苯乙烯-丁二烯橡胶和/或丙烯酸类胶乳配制物，优选没有纤维以促进光传输。另外，可以使用热粘合地毯。
24.然后，以上指出的led板优选与热塑性树脂片连接，其中如指出的，配置led灯以对
准并伸入塑料片的凹陷或腔中。优选地，如本文讨论的，在led和聚合物片材之间的腔内存在气隙。然而，聚合物片材的未压缩部分与led板的接地板接合。
25.可优选通过放置位于在led灯的行/列之间的双侧胶带条来实现led板与在聚合物片的凹陷或腔中对准的led灯的连接。以这种方式，虽然选择聚合物片的厚度和led灯的突出使得只有led灯在气隙上方的指定的槽或腔中对准，但是当在最终的地毯产品中采用时，led灯阵列中的电子电路也保持由塑料片保护。
26.另外，在led板的背侧，也可以优选定位双侧胶带使得led板的背侧可以与所选择物质层连接并粘附，所述物质层如上文提及是被设计为用作传输声能的声屏障物质的材料层。物质层同样可以优选包含包括无机填料例如碳酸钙和/或硫酸钡的热塑性聚烯烃并具有厚度为0.4mm至5.0mm和密度为1.1g/cm3至2.6g/cm3。
27.图1提供发光二极管(led)板整合在车辆地板中的横截面图。如所示的，优选在植绒地毯构造中使用模塑的半透明聚合物层。半透明聚合物层本文应理解为允许向车辆乘员传输led的光。模塑的半透明聚合物层提供led板的各个led光的保护层。如说明的，车辆地板优选包括植绒地毯层(其被车辆乘员看到)，之后是压敏胶黏剂层或聚合物粘合喷胶。然而，在本发明的广义上下文中，地板可以从适合用于车辆地板中的任何暴露的地毯表面开始，并且使得其暴露于乘员并与使用者接触，通常是该乘员的脚或鞋。虽然植绒地毯因此优选用于车辆应用，但是本文涵盖了发光地毯也将同等适用于织造或无纺地毯构造以及针刺地毯(dilour carpet)或标准针刺毡。
28.另外，可以依靠聚合物粘合喷胶或聚乙烯背衬地毯与半透明聚合物层的热层合。如也在图1中显示，然后可以优选施用覆盖遮盖物，其优选可以由聚酯形成。如果目标部件用例如聚氨酯泡沫材料背面发泡以形成声质量弹簧系统，则聚酯遮盖物可以促进与泡沫粘附。
29.注意图2，其为图1的一部分的放大图，优选在提供所指定的保护层的凹陷之间的位置施加压敏胶黏剂，模塑的半透明聚合物层紧随其后。如可看到的，led灯从led板延伸至凹陷/腔或槽中并优选存在气隙。通过聚合物片的直立结构部分来形成半透明聚合物片层中的多个腔或凹陷。在led的表面和凹陷或腔的底部之间的距离“a”，或者可描述为从led至保护层内表面的距离，优选在0.25mm至3.00mm、更优选1.00mm至3.00mm、或甚至更优选大于1.1mm至3.00mm的范围内。在led和凹陷的侧壁之间的距离“b”优选在0.2mm至2.0mm的范围内。更优选地，距离“a”具有值为0.50mm至1.50mm和距离“b”具有值为0.4mm至0.8mm。如以上指出，保护层厚度可为1.0至10.0mm。还指出了led的厚度(t
led
)和保护层的厚度(t
pl
)。
30.另外，如图2中说明，聚合物片使得它具有直立部分，所述直立部分具有落入2.0mm至15.0mm范围内的全厚度或高度。例如，在保护层厚度在相对低的一侧上并且为约1.0mm至1.5mm的情况下，直立部分的全厚度或高度将优选落入3.5mm至4.0mm的范围内。另外，直立部分的宽度优选落入1.0mm至20.0mm、更优选1.0mm至10.0mm、和甚至更优选1.0mm至5.0mm的范围内。
31.进行测试以评价聚合物片防止对led板的led损坏的机械强度。对于这样的测试，将具有用于多个led的多个腔或槽的包含乙烯-乙酸乙烯酯(18％)，具有保护层厚度为约1.1mm至1.3mm和全厚度或高度为3.7-3.8mm的本文的聚合物片材料暴露于压缩力，通过使用具有50mm直径(d)的直径印模(stamp)，力为1000n、2000n、3000n和6000n。参见图3a，其为
测试仪器的照片，显示搁置在聚合物片上的环，和图3b，其处于施加压缩力结束时(并如可看到的，聚合物片经历几乎完全恢复)。以下表1中提供了结果，指定了在聚合物片材料中观察到的凹陷的深度。
32.表1
33.名称d(mm)全样品厚度或高度凹陷的深度(mm)力(n)测试1250.03.70.41003测试1350.03.70.52008测试1450.03.70.52005测试1550.03.70.63009测试1650.03.70.63001测试1750.03.70.96002测试1850.03.81.06008
34.如可从以上观察到，使用50mm直径印模，聚合物片材料表现在约1000n至6000n的力范围中仅0.4mm至1.0mm的凹陷深度。换句话说，50mm直径印模在聚合物片中的压痕仅为约0.4mm至1.0mm，由此确认聚合物片材对将以其它方式存在于其中的led提供非常好的保护。另外，可领会以上的力被认为超过含有聚合物片材料和led的地毯叠层(lay-up)将以其它方式经历的力，例如通常可以搁置在地毯上的人脚或腿的重量，或即使个人可能将他们的全部或部分重量置于地毯表面上。
35.如以上提及的，接下来注意作为表1中所指出内容的图像表示的图4，显示以牛顿[kraft[n]]为单位所施加的力和凹陷的深度，以及恢复曲线。如可看到的，本文的聚合物片材料不仅可在指定载荷下支持并防止对led损坏，而且聚合物片大体恢复至它的初始尺寸和由所施加力引起的凹陷深度(weg[mm])恢复至95％或更大水平。100％的恢复将意为聚合物片材料中没有任何凹陷的迹象。
[0036]
接下来参考以下表2。再一次，聚合物片材料(eva 18％)经受使用50mm直径(d)印模的压缩。聚合物片材料同样具有多个led的多个腔或槽，其中保护层厚度为约1.8mm至1.9mm，和全厚度或高度为3.9-4.0mm并且结果如下：
[0037]
表2
[0038]
名称d(mm)全样品厚度或高度凹陷的深度(mm)力(n)测试1950.04.00.51002测试2050.03.90.41002测试2150.03.90.41011测试2250.03.90.52005测试2350.03.90.52012测试2450.03.90.52004测试2550.03.90.63018测试2650.03.90.63006测试2750.03.90.63013测试2850.03.90.74016测试2950.03.90.74019
测试3050.03.90.74013测试3150.03.90.85006测试3250.03.90.85006测试3350.03.90.85011测试3450.03.90.96015测试3550.03.90.96011测试3650.03.90.86002
[0039]
与表2中的结果类似，聚合物片材料再次显示它保护led免于受压缩/压痕类型力影响的能力。对于50mm直径印模，具有用于led的多个腔/槽的聚合物片材料显示在约1000n至6000n的力范围中凹陷深度在0.4mm至0.9mm的范围内。
[0040]
接下来注意作为表2中所指出内容的图像表示的图5，显示以牛顿[n]为单位所施加力和凹陷的深度，以及恢复曲线。如可看到的，本文的聚合物片材料再次不仅可在指定载荷下支持并防止对led损坏，聚合物片大体恢复至它的初始尺寸和由所施加力引起的凹陷深度(weg[mm])恢复至95％或更大水平。
[0041]
接下来参考以下表3。再一次，聚合物片材料(eva 18％)经受压缩，但这次使用25mm直径(d)印模。聚合物片材料同样具有用于多个led的多个腔或槽，保护层厚度为约1.4mm至1.5mm，和全厚度或高度为3.5-3.6mm并且结果如下：
[0042]
表3
[0043]
[0044][0045]
再一次，聚合物片材料再次显示它保护led免于受到压缩/压痕类型力影响的能力。对于25.0mm直径印模，具有用于led的多个腔/槽的聚合物片材料显示在约500n至3000n的力范围中凹陷深度在0.4mm至1.1mm的范围内。
[0046]
接下来注意作为表3中所指出内容的图像表示的图5，显示以牛顿[kraft[n]]为单位所施加力和凹陷的深度，以及恢复曲线。如可看到的，本文的聚合物片材料再次不仅可在指定载荷下支持并防止对led损坏，而且聚合物片大体恢复至它的初始尺寸和由所施加力引起的凹陷深度(weg[mm])恢复至95％或更大水平。
[0047]
然后进行研究以确认图2中显示的值“a”以及全厚度或高度值的设计规则。为了对载荷的施加建模，并开发用于选择半透明聚合物片材的直立部分的厚度或高度的设计规则，使用了七(7)个独立的棒，其对应于图2中显示的半透明聚合物层的直立部分。然后使用具有直径为80mm的印模施加500n-3000n的各种载荷。参考以下表4：
[0048]
表4
[0049][0050][0051]
从以上，可确定通过以下等式提供然后可以施加至棒的压力(p)，其中f是载荷，l是棒长度和w是棒宽度：
[0052][0053]
在以上等式中，l和w的值以米为单位。然而，因为表4中的数据以mm为单位，所以等式变为：
[0054][0055]
使用等式计算表观杨氏模量
[0056]
ea＝p*t/δt
[0057]
用于直立部分的高度或厚度(t)的以下设计规则因此优选遵循以下设计准则，其中q是1.2或更大、或优选在1.2至2.0范围内的安全系数，t
led
是led的厚度和t
pl
是保护层的厚度，如在图2中显示(即led从led板延伸并进入腔中的厚度)，p是待施加的压力，和ea是具有形成用于led的多个腔的直立部分的所选择半透明聚合物片材料的表观杨氏模量：
[0058][0059]
a＝t-(t
led
+t
pl
)
[0060]
现在可以领会到本发明还适用于发光装饰板，其包含经配置为暴露的并与车辆乘员接触的第一层，以及在第一层后的本文描述的半透明聚合物片层，因此提供包括保护层内表面和保护层外表面的保护层的和经配置为接纳多个发光二极管(led)的多个腔。布置led以产生光并配置led为对准并伸入半透明聚合物片材腔中。led因此同样免受任何可能施加在装饰板第一层上的压缩力的影响。装饰板第一层可以例如包含针刺地毯材料和针刺毡。
[0061]
如可以领会的，以上构造允许技术人员将led照明阵列嵌入如指出的可以用作车辆地毯材料的多层材料。因此，现在可以在车辆内地毯中的任何位置例如在乘客舱和/或后备箱舱中提供背光效果。然而，在本公开内容的广泛背景下，可利用提供聚合物材料类型板的特征来制造其它车辆装饰部件，所述聚合物材料类型板具有多个腔，其允许led灯对准并部分插入，同时保护led和led照明电子电路免于遭受机械磨损。这样的装饰部件可以包括车辆侧板、地垫和车内顶。