粘合元件的方法和用该方法形成的物品的制作方法

专利名称：粘合元件的方法和用该方法形成的物品的制作方法
粘合元件的方法和用该方法形成的物品优先权要求
本申请要求于2005年2月28日提交的美国临时申请第 60/657,147号的权益，将该临时申请合并于此作为参考。技术领域
概括地说，本发明涉及粘合元件，更具体地说涉及将元件粘合 在一起以形成用在汽车里的物品。
背景技术：
历史上，用于物品加工的制造技术包括单独元件的制造以及使 用紧固机构来使元件结合。典型地，紧固机构包括机械紧固件(例如， 铆钉、螺钉、螺母和螺栓、扣合设备或类似装置)和粘合剂。然而， 这些紧固机构存在缺点。例如，很多传统粘合剂在将不同材料粘接在 一起(例如，将塑料粘接到金属或者粘接两种不同的塑料)时有困难， 或者需要几个步骤(例如，为元件涂底漆、粘合剂的复合应用、表面 的清洁、粘合剂复合物的混合或者溶剂的挥发)。粘合剂粘接的其它 局限性包括较长固化时间、较短保存期或者较短的打开时间。粘合剂 在粘接非平面或不连续表面时或者在粘接共用一个公共接合点的多个 元件时，可能还有困难。更进一步地，在元件被装配在一起时，多个 平面的粘接会导致粘合剂的拖尾现象(smearing)。
发明人认识到了这些问题中的一个或者多个问题的解决方案。发明内容
本发明包括将两个或者更多元件粘接起来形成整体物品的方 法。该方法包括将元件按其计划装配位置放置以产生接合空腔、用 粘合剂填充该空腔以及对粘合剂进行固化以使其能够在不使元件分离 的情况下被处理。本发明还涉及通过所揭示的方法所形成的物品。


以下将以附图为参考，仅通过实例来描述本发明的实施方案，
其中图la和lb以剖视图的方式显示本方法的一个实施方案，其中 两个元件相对彼此放置以形成空腔，接着用粘合剂填充该空腔；
图2a以分解立体图的方式显示本方法的另一个实施方案，其中 三个元件相对彼此放置。图2b以靠近的角度显示三个元件放置在一起 以形成一对接合空腔。图2c以剖视图的方式显示充满粘合剂的接合空 腔；图3a和3b分别显示根据本发明的汽车的前端装置的部件分解 图和紧密接合图。
具体实施例方式本发明包括将两个或更多元件粘合起来以形成粘接物品的方 法。该方法包括将两个或更多元件按其计划装配位置相对彼此放置以 产生接合空腔、用粘合剂填充该空腔以及至少对粘合剂进行部分固化。
以图la和lb为参考，所述方法包括将第一元件IO和第二元件 12相对彼此放置以形成接合空腔14。在放置步骤中或者一旦元件被放 置，元件可以相互接触或者也可以不相互接触。在粘合剂的注入和固 化过程中，可以通过使用夹子、铆钉、螺钉、扣合或其它机械紧固方 式，来限制元件的相对运动。可以在一个元件或者两个元件上使用间 隔开的肋条或突出物来保持接合厚度。然后用粘合剂16填充接合空腔 14。可以通过其中一个元件上的进入点，例如开口 18，或者通过空腔 的外露边缘，例如边缘20，来填充接合空腔。 一旦空腔至少被部分填 充，粘合剂至少被部分固化以形成粘接物品22。以图2a到2c为参考，显示了粘接三个元件的方法，这里第一 元件30、中间元件32以及第三元件34结合在一起。通过第一和中间 元件产生第一接合空腔36，通过中间和第三元件产生第二接合空腔38。 可以通过第一元件30上的单个进入点40用粘合剂填充接合空腔，粘 合剂通过中间元件上的一个或多个进入点42 (例如，开口)。另一种
情况，可以单独通过第一和第三元件上的进入点填充接合空腔，即是 说中间元件上没有开口。在另一个实施方案中，三个元件配合以形成 单个接合空腔。可以通过手动方式或者通过使用机器人来完成元件的放置。在 一个优选实施方案中，在填充步骤中，通过使用固定机构将元件保持 在合适的位置。任何保持或者有助于保持两个元件之间的接合空腔的 尺寸的机构都是合适的。在一个优选实施方案中，使用固定机构直到 固化步骤开始以后。更加优选的是，使用固定机构直到粘合剂充分固 化以至于能够在没有固定机构的情况下保持元件的位置和/或朝向。合 适的固定机构包括防止元件相对彼此移动的机构。例如，元件可以通 过一个或多个夹子保持在合适的位置。可选择地，固定机构可以是将确定元件相对彼此的位置的一种 或者多种形式，例如托盘/夹具。在另一个实施方案中，元件被机械手 夹持，并且通过机械手来确定其位置。此外，可以使用电磁能量来将 元件固定在合适的位置。例如，可以使用静电来将元件(例如，塑料 元件)固定于合适的平台，或者可以使用电流来磁化金属元件以将其 固定在合适的位置。固定机构的组合应用也是合适的。
此外，空腔被填充或者粘合剂被固化之前、之中或之后，可以 使用以机械紧固件为例的其它固定机构，如扣合紧固件或摩擦配合紧 固件，来将元件一起固定于它们的相对位置。 —个或多个元件可以包括一个或多个引导机构，以帮助确定元 件的位置。例如，可以使用榫卯或榫槽引导装置或来将元件保持在需 要的相对位置或朝向。而且，可以使用引导机构来保证在填充或固化 过程中所需要的接合空腔的体积能够得以保持。例如，可以使用止挡 块或间隔物来保证空腔不会变得太小。同样地，可以使用机械紧固件 来保证接合空腔不会变得太大。此外，可以使用引导机构来限制元件 上粘合剂与元件的接触面积，从而限制粘合剂的过分散布。
接合空腔形成之前、之中或之后，用粘合剂填充接合空腔。可 以通过空腔的任何进入点来填充空腔。例示性的进入点包括其中一个 元件上的一个或多个开口或通孔。其它进入点包括邻近接合空腔的一 个或多个元件的边缘附近。可以使用任何合适的填充技术。在一个实施方案中，可以将粘 合剂注入空腔内。注入技术没有限制地包括对粘合剂应用正压或负压； 从而强迫粘合剂通过进入点。可以使用注射器和活塞、螺钉和挤出机、 它们的组合装置或类似装置来实现这一点。在一个实施方案中，虽然不是必须的，但进入点在接合空腔被 充满之后是被覆盖或被关闭的。例如，可以通过塞子、铆钉、阻塞物、 盖子、螺钉、补片、它们的组合装置或类似装置来关闭开口。
固化步骤增加了元件之间粘接的强度。粘合剂仅需要被固化至 如下程度，即粘接具有足够使得能够对粘接物品进行处理的强度。
固化方法依赖于所选择的粘合剂的类型，而所选择的粘合剂的 类型依赖于构成元件的材料。虽然优选的粘合剂仅需要暴露在周围环 境中固化，但可以通过各种已知的机构在应用粘合剂之后完成固化， 已知的机构包括热固化、红外固化、紫外固化、化学固化、射频固化、 溶剂损失固化、潮湿固化、剪力应用固化。在另一个实施方案中，可 以推迟粘合剂的固化以形成按需求固化(cure-on-demand)的粘合剂， 该粘合剂需要单独的操作以使得粘合剂开始固化。在一个实施方案中， 这一点是通过使用封装起来并在装配过程中破裂出来的固化介质来实 现的。在另一个实施方案中，这一点是通过去除保护性外层并将粘合 剂暴露于周围环境的方式来实现的。本发明的方法可以适合于用来以两个或更多元件形成任何粘接 物品。例如，可以使用该方法来为运输工具(例如，汽车、轮船、火 车、拖拉机、摩托车或飞机)、建筑物、电子器件或其它工业产品制 造物品。在一个优选实施方案中，物品在汽车里或者对于汽车来说可 以是有用的。例如，前端托架装置、车辆贯穿梁装置、后挡板/尾门装 置、车门装置、引水装置、水箱端部水罐装置、油盘装置、发动机进 气总管装置、阀盖气缸盖装置、其它发动机元件、其它排气系统元件、 外部装饰、内部装饰(例如仪表面板)、机动车辆框架的结构支撑和 元件(例如保险杠)、它们的组合装置或类似装置都是可以根据本方 法制造出来的合适的物品。在以下申请中可以找到例示性元件序列 号10/051,417 ("粘性粘接阀盖气缸盖装置")、序列号09/922,030 ("粘 性粘接引水装置")、序列号09/921,636 ("粘性粘接油盘装置")和
序列号09/825,721 ("粘性粘接水箱装置")，将这些申请合并于此作 为参考。优选地，本方法用来将由不同材料制成的元件粘接起来(例如， 将金属粘接到塑料、将金属粘接到木料、将塑料粘接到陶瓷、将一种 塑料粘接到另一种不同的塑料、将金属粘接到玻璃、以上方式的组合 方式、或类似方式)。然而，本方法还可以用于粘接由类似材料制成 的元件。要粘接的合适的元件可以没有限制地包括各种结构(例如，平 面、中空、管状、实心、网状、以上方式的组合方式、或类似结构)。 可以按尺寸和外形来配置元件，以使其彼此配合，从而形成接合空腔 (例如，凸形元件和凹形元件；C形表面与U形表面配合；多个元件， 其中的每一个元件包括间隔开来的一对相配表面中的一个表面；以上
方式的组合方式，或类似方式)。作为非限制性的条件，元件可以由填充或未填充塑料(例如， 热塑性塑料、热固塑料、其组合形式、或类似材料)、金属(例如， 钢、铝、其组合形式、或类似材料)、木材、玻璃、陶瓷、其组合形 式、或类似材料制成。可以对元件进行表面处理、涂底漆、涂上涂层 或包含材料的额外涂层、其组合形式或类似处理方法。合适的表面处 理方式包括很多改变元件中聚合物分子状态的技术中的任意技术、将 具有符合需求的表面特征的材料粘接至元件的技术、或者以上技术的 组合方式。通过具体的例子，可以使用合适的电晕处理、火焰喷射处 理、或表面涂层处理等方式中的一种或它们的组合方式。合适的涂层 方式包括用于金属的固化电泳(cured e-coating)。合适的底漆可以基 于所选择的粘合剂来选择。在一个实施方案中，元件中至少一个进行 了表面处理以达到需要的表面能。在另一个实施方案中，元件中仅有 一个进行了表面处理。在另一个实施方案中，并不将粘性底漆使用在 由塑料制成的元件上。在另一个实施方案中，装配成的物品包括抛光 处理，例如上漆、上装饰性涂料、或类似方式。优选地，提供A级表 面抛光。优选地，第一元件包括聚合材料。在一个特别优选实施方案中， 元件中至少一个包括高强度热塑性塑料和/或热固树脂，该材料从以下
材料中选出苯乙烯、聚酰胺、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯酯、 以上材料的混合物或类似材料。更加特别优选地，材料从包含以下材 料的一组中选出丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚合物(ABS)、聚碳酸酯/ 丙烯腈/丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯、聚氧化二甲苯/聚苯乙烯，聚对苯二 甲酸丁二醇酯(PBT)、聚氧化二甲苯、聚苯醚、间规聚苯乙烯、乙烯a烯烃、聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯、聚酰胺(例如，尼龙)、 聚酯、聚亚安酯、片状模塑料(SMC)(例如，聚酯、聚乙烯酯)、 热固聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯(例如，高密度聚乙烯(HDPE))、聚 丙烯酸化物、以上材料的混合物或者类似材料。更加优选地，元件中 至少一个包含聚丙烯。
也可以预期的是，上述所有聚合材料可以采用纤维来加强或者 另外采用陶瓷、玻璃、聚合物、自然合成或其它纤维来加强。根据一 个优选实施方案，为了加强，聚合材料包括长度在大约0.1mm和大约 30.0mm之间的玻璃纤维。更加优选地，纤维长度在大约0.5mm和大约 20.0mm之间。最优选地，纤维长度在大约l.Omm和大约5.0mm之间。 还可以预期的是，聚合材料可以包括一个或多个填充物。
第二和第三元件可以包括与第一元件相同或者不同的材料。第 二和第三元件的材料可以从关于第一元件的上面讨论的材料中选出。 优选地，第二元件包括金属；更加优选地，第二元件包括钢；最优选 地，第二元件包括固化电泳。
在构成元件相对彼此放置时形成的接合空腔可以是任何体积和 形状。空腔可以向环境开放，或者空腔可以是大致封闭的，仅具有一 个口子，该口子为在其中一个元件上的开口。优选地，空腔被每一元 件的至少一个表面所限定。更加优选地，空腔被每一元件的至少两个 表面所限定。除了一个进入点的情况以外，空腔可以包括一个或多个 额外的进入点，可以通过进入点填充空腔，或者在空腔体积被粘合剂 填充的时候可以通过进入点排出空气。
进入点可以是任何形状或尺寸，从而能够使得粘合剂可以通过 以填充空腔。优选地，开口的尺寸和形状与喷嘴的尺寸和形状大致一 致，该喷嘴将粘合剂分撒到接合空腔内；然而，这一点并非是关键性 的。可选择地，本发明的粘合剂可以是单组分或者双组分粘合剂， 它能够在粘接物品所需要的制造环境中实现可流动状态。粘合剂在以下材料中可以是可溶解的低蒸气压溶剂(例如，酒精、乙醚、丙酮、 苯、甲垸、乙烷、其组合材料或类似材料)、流体(例如，热溶性流 体、室温流体、以及类似材料)、泡沫、其组合方式、或类似材料。优选地，粘合剂处于从大约-10'C到大约240。C之间的温度时是可流动 的；更优选地，在大约-5。C到大约16(TC之间；最优选地在大约5'C到 3(TC之间。热熔性可流动粘合剂应该具有大致低于待粘接元件失去结 构完整性的温度的熔化温度。
优选的粘合剂包括那些固化后能够承受汽车运行条件的粘合 剂。优选地，这样的粘合剂在高至大约3(TC的温度下不会分解或者分 层，更加优选地高至大约4(TC，进一步更加优选地高于60。C。尽管这 一点并不关键，在一个实施方案中，这里应用在一个接头上的粘合剂 具有至少70psi (大约500kPa)的最终拉伸强度，更加优选地，大约 145psi (大约lMPa)，进一步更加优选地，大约420psi (大约3MPa)。 在一些应用中，例如使用结构型粘合剂的场合，最终拉伸强度可以高 达大约5MPa，更加优选地至少大约10MPa，进一步更加优选地至少大 约24MPa。
此外，优选的粘合剂能够承受长时间暴露于粘接物品的周围运 行条件。例如，优选的粘合剂包括那些在环境条件下或者在上述温度 和压力下能够承受长时间暴露于碳氢化合物材料、氯化钠、氯化钙、 其它盐类、制动液、传动液、乙二醇冷却液、挡风玻璃清洗剂、清洁 剂以及类似材料的粘合剂。
粘合剂可以包括任意数量的成分；但优选地包括两种成分。尽 管也期望采用其它粘合剂系列(例如，氨基甲酸乙酯、硅垸、或者类 似材料)，优选的粘合剂包括一种或多种基于聚亚安酯的粘合剂、环 氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、高科技育成(hi-bred)聚酰亚胺/环氧 树脂粘合剂、丙烯酸树脂、或环氧酚醛/腈橡胶粘合剂。优选地，粘合 剂在室温下是可流动的，能够粘接低能衬底；更加优选地，粘合剂包 括基于聚亚安酯或丙烯酸的粘合剂；最优选地，粘合剂是用于低能衬 底的Betamate低能表面粘合剂(Betamate LESA)，例如美国专利编号US 6,710,145， 6,713,579， 6,713,578， 6,730,759， 6,949,603， 6,806,330 以及美国专利公布2005-0004332和2005-0137370所揭示的那些粘合 剂，这些文件合并作为参考。其它合适的粘合剂包括在美国专利编号 5,539,070， 6,630,555; 6,632,908以及6,706,831中所揭示的那些粘合 剂，这些文件合并作为参考。
在一个专利申请中揭示了可用的粘合剂的成分，该专利名称为 "胺有机硼化复合聚合引发剂和可聚合的成分(Amine Organoborane Complex Polymerization Initiators and Polymerizable Compositions )"， PCT公布号为WO 01/44311 Al，美国序列号为09/466,321 ，合并于此 作为参考。
虽然优选地粘合剂在没有底漆的情况下使用，粘合剂也可以被 使用在具有应用于一个或多个元件的底漆或其它粘合促进层的情况。
以图3a和3b为参考，显示了根据所揭示方法制造的粘接物品 的一个实施方案。车辆前端装置50由粘接至水平金属加强贯穿构件54 的塑料前端托架52构成。两个额外的竖直金属加强件56和58也被粘 接至前端托架和水平贯穿构件。
还可以认识到的是，即多个元件或步骤的功能或结构可以被合 并进入单个元件或步骤，或者一个步骤或元件的功能或结构可以在多 个步骤或元件中分配。本发明预见并包括所有这些组合方式。除非另 外说明，这里描述的各种结构的尺寸和几何形状并不用来作为本发明 的限制，其它尺寸或几何形状也是可能的。通过单个综合结构或步骤， 可以提供多个结构元件或步骤。或者，单个综合结构或步骤可能被分 解到分离的多个元件或步骤。此外，如果在本文中，本发明的一个特 征仅在所描述的各实施方案其中之一中被加以描述，该特征可以与在 任何给定的应用方式中的其它实施方案的一个或多个其它特征相组 合。从上文还可以认识到的是，这里揭示的独特结构的制造及其操作 步骤也构成了根据本发明的方法。
这里呈现的解释和描述用来使得本领域其它技术人员了解本发 明、本发明的原理以及本发明的实际应用。本领域技术人员可以在本 发明众多的形式中改变和应用本发明，使其可以最适合具体应用的需 求。因此，前面提出的本发明的具体实施方案并不是详尽无遗漏的，也不用来作为对本发明的或限制。因此，本发明的范围不应该参考上 述描述而确定，而应该参考所附权利要求以及该权利要求所表述的等 价形式的全部范围而确定。为了所有的目的，将包括各个专利申请和 公开文本在内的所有的文章和参考文件的揭示作为参考结合于此。
权利要求
1.一种制造运输工具装置的方法，包括保持步骤用固定机构至少使得一个塑料元件相对于一个元件保持位置，以形成接合空腔，其中至少一个进入点提供到接合空腔的入口填充步骤通过所述至少一个进入点用可流动粘合剂至少部分地填充接合空腔；以及固化步骤至少部分地固化粘合剂。
2. 如权利要求1所述的方法，其中进入点是各元件中的至少一个上的开口。
3. 如权利要求1所述的方法，进一步包括至少使得第三元件相对于其它元件保持位置。
4. 如权利要求1所述的方法，其中塑料元件包括热塑性塑料。
5. 如权利要求4所述的方法，其中塑料元件包括釆用玻璃纤维加 强的聚丙烯。
6. 如权利要求4所述的方法，其中金属元件包括电泳金属。
7. 如权利要求1所述的方法，其中固化步骤包括在环境条件下固化。
8. 如权利要求1所述的方法，其中粘合剂在环境条件下是可流动的。
9. 如权利要求1所述的方法，其中粘合剂包括丙烯酸或聚亚安酯 粘合剂。
10. 如权利要求1所述的方法，其中粘合剂在没有底漆的情况下至 少应用于塑料元件上。
11. 一种粘接的运输工具装置，包括位于第一塑料元件和第二金属元件之间的至少一个接合空腔，其 中各元件通过固定机构保持在一起；以及至少部分固化的粘合剂，该粘合剂在环境条件下通过进入点被注 入所述至少一个接合空腔。
12. 如权利要求11所述的装置，其中第一塑料元件包括填充纤维的聚丙烯。
13. 如权利要求12所述的装置，其中第二金属元件包括电泳金属。
14. 如权利要求13所述的装置，其中粘合剂在没有底漆的情况下 应用于塑料元件上。
15. 如权利要求14所述的装置，其中粘合剂粘接的元件包括前端 托架装置、车辆贯穿梁装置、后挡板/尾门装置、车门装置、引水装置、 水箱端部水罐装置、油盘装置、发动机进气总管装置、阀盖气缸盖装 置、排气系统元件、外部装饰、内部装饰、结构支撑或者它们的组合 方式。
16. 如权利要求15所述的装置，其中第一元件是前端托架装置， 而第二元件是水平加强贯穿构件，并进一步包括以竖直金属加强件为 形式的额外元件。
17. 如权利要求ll所述的装置，进一步包括第三元件。
18. 如权利要求11所述的装置，其中粘合剂在环境条件下是可流 动的。
19.如权利要求19所述的装置，其中粘合剂包括丙烯酸或聚亚安 酯粘合剂。
20. —种制造车辆前端装置的工艺，包括用固定机构使得一个充满的聚丙烯前端托架和至少一个水平钢贯 穿构件保持位置，以形成至少一个接合空腔，其中各元件其中之一上的至少一个开口提供到接合空腔的入口 ；通过开口将可流动粘合剂在环境条件下注入接合空腔内；以及 在环境条件下至少部分地固化粘合剂，直到粘合剂具有足够的可对其进行处理的湿强度。
全文摘要
本发明包括将两个或者更多元件粘接起来形成整体物品的方法。该方法包括将元件按其最终装配位置放置以产生接合空腔、用粘合剂填充该空腔以及对粘合剂进行固化以使其能够在不使元件分离的情况下被处理。本发明还涉及通过所揭示的方法所形成的物品。
文档编号B62D65/02GK101128355SQ200680006220
公开日2008年2月20日 申请日期2006年2月28日 优先权日2005年2月28日
发明者P·J·诺顿, T·里斯托斯基 申请人:陶氏环球技术公司