专利名称：覆盖有整体铸塑光稳定包覆材料的汽车内饰制件及其制造方法
技术领域：
本发明所属领域本发明涉及包括安装在汽车上构成车辆部分内饰的板状构件的汽车内饰制件，本发明尤其涉及诸如仪表板、车门板和杂物箱箱门等的汽车内饰制件。本发明还涉及制造上述汽车内饰制件的方法。
相关技术说明汽车内饰制件(如仪表板、车门板、扶手、头枕、地板托架、膝垫及杂物箱箱门)一般是通过在安装于车体内的刚性基体上覆盖柔软的装饰性包覆材料而制成的，装饰性包覆材料与刚性基体之间充填有微孔聚氨酯。装饰性包覆材料通常被赋予预定织构和颜色以便尽量模仿真皮外观和手感。
覆盖有铸塑聚合物包覆材料(如聚氯乙烯(“PVC”)包覆材料)的合成材料自承性汽车内饰制件的制造在技术上是已知的，并已公开在例如美国专利4562025、4621995、4623503、4923657和5484273中。
根据这些公开内容所述，热塑性固状PVC包覆材料是由糊料搪塑或滚铸PVC制造的，而糊料搪塑或滚塑PVC可通过将增塑溶胶导入金属模具中或使PVC干粉在金属模具中滚翻，直至物料沿温热的模具表面形成凝胶状态，然后经加热至熔融，再经冷却而成的。
然而，就工业生产环节而言，已经发现，根据上述公开内容中所述常规技术制造的PVC包覆材料中必须包含几种化学添加剂。之所以要添加这些化学添加剂至少有如下几个原因为了使产品具有在使用过程中均匀地老化均一的装饰性外观；为了防止包覆材料在制造过程中和使用期间经受过高温度时发生降解；为了防止挥发性成分和迁移性成分的分子分离在制造的熔融过程中和长期暴露在高温环境中(这在一般使用过程中是经常遇到的)发生挥发和迁移所引起的表面外观不均匀，而应使包覆材料中各成分充分结合。
虽然这些可能包括热稳定剂、紫外光稳定剂及增塑剂在内的添加剂可起到上述有益功能的作用，但添加剂也会有损于制得的包覆材料的外观。例如，在采用有关技术公开内容中介绍的滚铸法的生产过程中，这类化学添加剂中的某些添加剂在模具表面上出现聚集和沉积的现象并非少见。这种沉积物会使铸塑材料不能完全填入模具表面纹理的缝隙内，因而使包覆材料的外表面不能完整地复制模具表面的纹理构形，并且会在包覆材料表面产生局部光亮的斑点。因此，如果在生产过程中不经常清洗模具，就难以在一致的基础上得到颜色和光泽均匀一致的外观。然而，在包覆材料脱模后，对模具表面进行定期清洗需要额外时间，这就会带来生产率的下降。此外，经常清洗模具表面还会磨损纹理构形，从而缩短模具的使用寿命。
因此，需要提供一种制造包含以铸塑树脂层(如PVC层或热塑性聚氨酯层)作为装饰性包覆材料的板状构件的方法，按照这种方法制造板状构件时生产效率会更高，成本会更低廉，而且按照这种方法制得的板状构件会有高的质量，均匀的皮革状外观以及高的纹理清晰度和耐用性。
本发明概述通过提供一种制造适用于安装在汽车上构成车辆部分内饰的板状构件的方法可以克服先有技术的缺点。该板状构件包括界定该构件外表面的外层和界定该构件内表面的刚性基体。当该板状构件安装在汽车上时至少部分外层是显露在车厢中的，而刚性基体是隐蔽在车体内的。
根据本方法的一个实施方案，为了制造板状构件至少需要进行下列步骤第一步，将一种包括至少一种光稳定的含一个或多个侧羟基和/或羧基官能基团的脂族热塑性聚氨酯、所需的着色剂及热活化的反应性交联单体或交联剂的水分散组合物涂敷在热模具表面上以形成相应的外层形状。优选的热活化反应性交联单体是碳化二亚胺，加热光稳定的热塑性聚氨酯与热活化的反应性交联单体，最好采用预热模具表面的方法，从而使热塑性聚氨酯经反应性交联单体发生交联反应。第二步，使处在模具表面上的水分散组合物达到大体上干燥以成形为表面显露的外层，至少部分外层具有所需的触感、颜色及板状构件的形状。第三步，将包含至少一种(ⅰ)聚氯乙烯(“PVC”)树脂材料及至少一种适用增塑剂和(ⅱ)如主链上至少有一个烯属不饱和键的热塑性聚氨酯树脂材料及适宜添加剂的组合物沿处在模具表面上的外层内表面铸塑成形为内层。对增塑PVC来说，最好以凝胶态和熔融态进行铸塑，这种方式应可使增塑PVC中的增塑剂经外层中热活化的反应性交联单体中未反应的官能基团与外层聚氨酯发生交联。对热塑性聚氨酯树脂来说，最好也是以凝胶态和熔融态进行铸塑，此种方法应可使外层中热活化的反应性交联单体中未反应的官能基团与热塑性聚氨酯中烯键式不饱和键和/或羟基基团反应而使内层聚氨酯与外层聚氨酯发生交联。因此，在铸塑和随后的冷却步骤中，外层内表面与相邻的内层表面之间会形成界面化学键合。第四步，将与外层在界面上成化学键合的内层和刚性基体结合成整体以使刚性基体对外层起增强作用。根据需要，内层与刚性基体之间可形成一层柔软的微孔聚氨酯泡沫层。从而使该板状构件保留了显露部分的触感和颜色以及由内层与任选柔软的微孔泡沫中间层所赋予的压感。
本发明的另一个目的是提供由本发明方法制造的包括板状构件的汽车内饰制件，尤其是提供具有仿真皮外观和手感外表面的板状构件。
根据本发明原理，这一目的是通过提供包括适宜于安装在汽车上构成车辆部分内饰的板状构件的制件来实现的。当板状构件安装到汽车结构上时，其中有一个显露在车厢中的外表面和隐蔽在车体内的内表面。该板状构件包括刚性基体和层合复合结构，刚性基体有一个界定板状构件内表面的表面以及一个与层合复合结构相结合的另一面。层合复合结构包括外层和内层，外层界定了板状构件中至少部分显露的外表面，并具有所要求的触感、颜色和板状构件的形状，以及好的耐化学品性。外层是配制的水分散组合物经大体干燥后形成的光稳定的交联聚氨酯层，该水分散组合物包含至少一种所需的着色剂、至少一种光稳定的含一个或多个侧羟基和/或羧基官能基团的脂族热塑性聚氨酯以及一种热活化的反应性交联单体或交联剂。优选的热活化的反应性交联单体是碳化二亚胺。加热光稳定的脂族热塑性聚氨酯与热活化的反应性交联单体，从而使它们发生交联反应并在与外层有对应构型的热模具上模塑，然后在模具表面上干燥。较外层厚的内层包含至少一种(ⅰ)由含PVC树脂和至少一种增塑剂的组合物配制的增塑PVC与(ⅱ)如由主链上至少有一个烯属不饱和键和/或侧羟基基团的热塑性聚氨酯树脂材料配制的聚氨酯。对于增塑剂和PVC树脂来说，热活化的反应性交联单体能使增塑的PVC与外层光稳定的脂族聚氨酯发生交联。对于具有烯属不饱和键的热塑性聚氨酯材料来说，热活化的反应性交联单体能与内层热塑性聚氨酯树脂材料中的烯属不饱和键和/或羟基基团发生反应而使内层聚氨酯与外层光稳定的脂族聚氨酯发生交联。因此，内层有一个与外层内表面相邻的并在界面上形成化学键合的表面。该界面化学键合是通过适时地使内层贴在仍处在模具表面上的外层内表面凝胶化和熔融而形成的。刚性基体起增强外层的作用，而显露部分的触感和颜色以及由内层与任选填充的柔软的微孔聚氨酯泡沫体赋予外层的压感仍保持不变。
根据该实施方案提供的复合结构对外部影响具有优良的耐化学品性、耐磨损性和耐擦伤性能。而且，也可向复合结构的一层或两层中添加适当的添加剂以使该复合结构具有这类板状构件所要求的非反射性和低光泽的表面外观。此外，该复合结构的内层与外层的特点在于具有优异的延伸率，因此该复合结构在使用期间能经得起压痕和弯曲，在很宽的温度范围如-30℃-120℃外层不会产生龟裂。
本发明的上述原理适用于所有类型的板状构件，但对仪表板(也叫控制板)和车门板具有特别的适用性。此外，本发明原理也适用于各类车辆，包括客车、载重汽车、厢式送货车、多用途车辆以及其它车辆。
附图的简要说明以
本发明，这些附图是图1是根据本发明的完整的车门板的透视、部分断面和部分剖视图；图2是根据本发明的完整的车辆仪表板的透视图；图3是图2仪表板沿Ⅲ-Ⅲ线的断面图；图4是模具表面的断面图，图中显示了将水分散的聚氨酯组合物涂敷到模具表面、经加热形成交联的光稳定聚氨酯外层的步骤；图5是与图4相似的表示聚氨酯外层干燥步骤的断面图；图6是与图5相似的断面图，图中显示了凝胶化和熔融的第二种组合物沿着仍处在模具表面上的外层内表面形成内层的步骤；图7是适用于实施本发明凝胶化和熔融步骤的组件的简图；图8是图7组件的部分放大图；图9是与图6相似的表示内层与外层的复合结构从模具表面脱模步骤的断面图；图10是第二模具表面的断面图，图中显示了根据本发明方法的一个实施方案将反应混合物涂敷在置于第二模具表面上的内外层复合结的内层上，来制得相当刚性的聚氨酯微孔泡沫中间层的步骤；图11是表示将处在第二模具表面上的内、外层复合结构与处在第三模具表面上的预成形的相当刚性的基体结合成整体步骤的断面图。
优选实施方案的说明现参照附图对本发明作更具体的说明，图1是按照本发明原理的方法制造的包括车门板(以数字10表示)的板状构件。车门板10包括界定承梁支撑部分16的窗框上部12和扶手部分14。贴有与扶手14相接的包毯部分20的门裙包毯安装部分18位于扶手14的下方。
如图1所示的横断面，当板状构件10安装在汽车上时，板状构件10有一个显露在车厢中的外表面10a和一个隐蔽在车体内的内表面10b。板状构件10包括一个刚性基体22，该基体有一个界定板状构件10内表面10b的表面。板状构件10还包括一个层合复合结构(以数字24表示)，该复合结构包括界定板状构件10的至少部分显露的外表面10a的外层26和内层28，外层26至少有一部分是显露在车厢中的，而部分外层可能被装饰品或其它罩面物品所遮盖而看不到。例如在图1中，外层26的下部包毯门裙支撑部分18为包毯部分20所覆盖，因此它是不显露在车厢中的。
如图1所示，与外层26相比较厚的内层28有一个与外层26的内表面26b相邻的并与26b在界面上形成化学键合的外表面28a。图1还说明了当板状构件10安装在汽车上时，隐藏在车体内的刚性基体22起增强外层26和内层28的作用。最后，包含相当刚性(或半刚性)的聚氨酯微孔泡沫填料的中间层30是夹在内层28与刚性基体22之间的。
图4所示的是本发明方法利用的有第一模具表面34的第一模具部件32，该第一模具部件32最好是以电解沉积法将镍沉积在刚性的铸塑环氧树脂基体上，然后在沉积/电镀过程终了除去环氧树脂基体而制得的可在制模组件上安装和调节的自承性模具。将第一模具表面34成形为基本上对应于所需外层26构型所规定的构型，并使其具有与外层26所要求的织构基本成互补的织构和仿真皮的纹理。
图4说明了本发明的第一步，根据该步骤，外层26是通过将水分散组合物36涂敷(优选喷涂)在第一模具表面34上而制得的。该水分散组合物包含至少一种光稳定的含一个或多个侧羟基和/或羧基官能基团的脂族热塑性聚氨酯、至少一种所要求的着色剂以及至少一种热活化的反应性交联单体或交联剂。碳化二亚胺(H-N=C=N-H)(也称为氨基氰)优选作为热活化的反应性交联单体。其它适用的交联单体(如氮丙啶)也可采用。
当水分散组合物36涂敷在热的第一模具表面34上时会使光稳定热塑性聚氨酯中一个或多个侧羟基和/或羧基官能基团与热活化的反应性交联单体发生反应，从而得到交联的光稳定聚氨酯。该第一模具表面34应加热到足够高的温度以利于促使发生交联反应，但不能高到使组合物36从模具表面34脱层的程度。最好将第一模具表面34加热到约140°F(60℃)-约160°F(71.1℃)。在涂敷水分散组合物36前将第一模具表面34加热到这样高的温度，也足以熔化和分散施加在第一模具表面34上的半永久性脱模剂如微晶蜡脱模剂。热的模具表面会使蜡分散剂蒸发，从而在第一模具表面34上形成一薄层微晶蜡，但微晶蜡不会聚集在模具表面的纹理中。
将光稳定的脂族热塑性聚氨酯与热活化的反应性交联单体从各自的贮箱中以连续的、计量的物流抽出，并在与第一模具表面34接触前立即将它们混合可制成水分散组合物36。或者，将光稳定的脂族热塑性聚氨酯与碳化二亚胺组分稳定地预混合或“罐焖封装(hot potted)”，在使用前可在室温下保存至多约24小时。这一技术通称为“罐焖封装”，因为热塑性聚氨酯与碳化二亚胺在喷涂压力罐中于室温下相互反应是很缓慢的。如果混合物是罐焖封装的，在喷涂到第一模具表面34上前、在室温下超过24小时的话，则制得的交联的光稳定聚氨酯的耐溶剂性与耐磨性及延伸率就会下降并且不可能与内层28产生理想的结合。
当在第一模具表面34上形成交联的光稳定聚氨酯时，使其在第一模具表面34上达到大体干燥以制得外层26。如图5所示，该交联的光稳定聚氨酯受到热源40的加热作用而引起水分和溶剂蒸发，于是贴着第一模具表面34形成了有外表面26a的外层26。虽然在图5中未画出，但热源40与第一模具32结合成整体是优选的，并最好将第一模具表面34加热到约150°F(65.6℃)或更高的高温。至少部分外层26的外表面26a具有所要求的触感、颜色及板状构件10的纹理构形。
通常，外层26的厚度为约1.0密耳-约1.5密耳(即约0.001英寸-约0.0015英寸，或约0.0025厘米-约0.0038厘米)。所需外层26的厚度直接受所选具体着色剂的影响，较深的颜色如灰色和绿色，一般只需较薄的膜厚来掩盖内层28的颜色，而较浅的颜色如红色和黄色，一般需要较厚层以获得无光泽、不透明的能隐蔽内层28不被看见的外层26。
接着，由含至少一种(ⅰ)聚氯乙烯(“PVC”)树脂材料及至少一种适用的增塑剂及(ⅱ)主链上例如至少有一个烯属不饱和键的热塑性聚氨酯树脂材料及适用的添加剂的组合物42形成内层28。当外层26以基本干燥状态仍处在第一模具表面34上时，使组合物42沿该外层26的内表面26b凝胶化。然后使凝胶化组合物42熔融而形成沉积在外层26上并与外层26在界面上形成化学键合的内层28，如图6所示。根据需要，组合物42还可包含添加剂。
组合物42还可采用如图7中图解说明的组件(以数字70表示)进行铸塑。如图7所示，该说明性组件70包括一个热空气供给系统72和一个冷空气供给系统74，每一系统都装备有鼓风机(未画出)。热空气与冷空气供给系统72与74各经空气进气管78和空气出口管80连接到模件单元76。用阀门(未画出)分别控制由热空气和冷空气供给系统72和74供给模件单元76的热空气和冷空气量。适用的阀门系统在技术上是已知的，这类阀门系统的实例在美国专利4623503中已有说明。
模件单元76支承在固定式基座82上，可沿Ⅰ-Ⅰ轴旋转。旋转模件单元76的适用驱动装置(未画出)已公开在美国专利4217325中。
更详细的说明如图8所示，可旋转的模件单元76包括用来覆盖和密封至少部分仍留有外层26的第一模具表面34的粉料箱84。在将粉料箱84与第一模具组件32密闭接合构成密封体系前，粉料箱84内装有一次用量的组合物42。
空气进气管78连接到进气充气室88，该系统本身又是与一个或多个空气冲击喷嘴90相连接。这些冲击喷嘴90配置在第一模具组件32背面38的附近。每一喷嘴90在端部有一个开口通道。空气冲击喷嘴90的设计和排列是为了能有效地接受和分配经空气进气管78导入进气充气室88的空气并在第一模具组件32的模具背面38的指定部分排出空气。空气出口充气室92是供收集由空气冲击喷嘴90排放的空气(空气冲击模具背面38后)并将空气输送至空气出口导管80用的。
对于操作方式来说，旋转铸塑的方式如充填、涂敷及翻卸方法都可采用。按照这一铸塑技术，该操作涉及使包括粉料箱84在内的模件单元76沿Ⅰ-Ⅰ轴旋转。当模件单元76被转到如图8所示的倒置位置时，组合物42借助重力从粉料箱84转移到仍处在第一模具表面34上的外层26上面。如上所述，部分组合物42会沿预先经加热干燥的外层26而凝胶化。组合物42优选在足以使部分组合物42与外层26接触而发生胶凝的温度下，沿外层26的内表面26a凝胶化。例如，凝胶化温度可为约160°F(71℃)-约200°F(93℃)。然后将粉料箱84转到其起始位置，以使未粘附到外层26上的PVC组合物42借助重力落在粉料箱84的承料盘86中。重复这一步骤，直到所要求厚度的组合物42已经沿外层26的内表面26a被凝胶化为止，于是在外层26上逐渐形成了厚度大体均匀的凝胶化组合物42的涂层，当涂层达到所要求的厚度后，使粉料箱84脱离第一模具32，以便将粉料箱84能从模件单元76取下。
此后，可根据已知的实施方法使凝胶组合物42熔融，例如，通过将第一模具32加热到约400°F(204.4℃)或更高温度来实施熔融步骤，然后冷却该熔融组合物42可得到包含增塑的柔软热塑性PVC和/或聚氨酯的内层28。
凝胶化和熔融步骤所需的热能是由热空气供给系统72提供的，并经空气进气管78导入模件单元76中。热空气被强制通过进气充气室88、注入喷嘴90，并冲击第一模具组件32的模具背面38，从而将热量经第一模具组件32而对置于模具组件32的第一模面34上的外层26进行加热。空气经出口充气室92和空气出口管80从模件单元76抽出，其后循环送至热空气供给系统72中供再加热使用。
在凝胶化和熔融步骤后，启动阀门系统断开热空气供给系统72并接通冷空气供给系统74。然后，冷空气被输送至模件单元76并冲击模具背面38以冷却外层26与内层28。
可通过调节空气流速、空气温度、喷嘴直径及其间隔、喷嘴与模具背面38之间的距离以及类似过程变量中的每一变量来达到所希望的加热与冷却变换的效果。调整这些变量的适用方法在技术上是已知的，并已公开在如美国专利4621995中。
虽然本发明不希望受任何理论所限制，但内层26与外层28之间的界面化学键合是可按如下方法获得的对于用于制备内层28含PVC树脂材料的组合物42来说，组合物42还包含至少一种适用的增塑剂。组合物42中的增塑剂除与内层28中PVC成分有反应性外，还可含一个或多个与外层26中尚未与外层26聚氨酯中官能侧基反应的碳化二亚胺中未反应官能基团有高度反应性的官能侧基(如羟基和/或羧基官能基团)。碳化二亚胺中未反应官能基团在铸塑时会渗入内层28中并与增塑剂中的官能侧基反应。因此，碳化二亚胺会使外层26的聚氨酯与PVC组合物42中的增塑剂交联，从而在外层26的内表面26b与其相邻的内层28的外表面28a之间形成了界面化学键合。于是制得了层合复合结构24。
对用于制备内层28含热塑性聚氨酯的组合物42来说，内层28的热塑性聚氨酯在主链上可含一个或多个与外层26中尚未与外层26的聚氨酯中的官能侧基反应的碳化二亚胺中未反应官能基团有高度反应活性的烯属不饱和键。碳化二亚胺中未反应官能基团会渗入内层28中并与组合物42中的烯属不饱和键反应。此外(或以另一种方式)，也可向形成外层26的聚氨酯中添加过量的多元醇。以使渗入的碳化二亚胺与多元醇中羟基基团反应。因此，碳化二亚胺使外层26的交联聚氨酯与第二组合物42的热塑性聚氨酯交联，从而在外层26的内表面26b与其相邻的内层28的外表面28a之间形成界面化学键合。于是制得了层合复合结构24。
如果该交联反应是在最佳交联条件下实施的话，则层合复合结构24的外层26与内层28之间的界线是目视模糊的，因而在两层的界面上出现一个过渡相。本文中提到的界面化学键是指(但不受此限制)使外层26与内层28之间的界面变成目视模糊的，而且外层26与内层28是不可分离的这种交联反应。
一般来说，应该保证使外层26的内表面26b与其邻近的内层28的外表面28a之间达到足够的界面化学健合。例如，一旦碳化二亚胺由加热活化时，碳化二亚胺与外层26中热塑性聚氨酯的侧羟基和/或羧基反应性基团之间的交联反应是在几分钟内完成的，在碳化二亚胺中基本上不含会使外层26中聚氨酯与组合物42的活性基团发生交联的残留反应活性点。因此，组合物42一般应在完成将水分散组合物36涂敷到第一模具表面34上的步骤后6分钟，优选2-4分钟内凝胶化和熔融。组合物42铸塑过程明显滞后还会引起外层26的收缩，甚至从第一模具表面34上脱层。由于脱层，则该外层26不会有对应于第一模具表面34构型的形状，因而不得不将整个复合结构24作为碎片处理。
通常，内层28的厚度为约40密耳-约60密耳(即约0.040英寸-约0.060英寸，或约0.10厘米-约0.15厘米)。
图9说明了本发明的下一步骤。如图9所示，将层合复合结构24从第一模具表面34上脱膜(即取出)。这种脱模操作可在模具温度为例如约140°F(约60℃)下进行。脱模操作常常是一项劳动强度较大、单调乏味而耗时的工作。在脱模期间，层合复合结构24受到的撕裂或过度拉伸作用可对其形成不可逆的损坏，因而只得将层合复合结构24作为碎片处理。这类脱模问题及无效率问题可通过实施本发明而在很大程度上得以克服，因为本发明的外层26与内层28之间的界面化学键合增强了层合复合结构24，在脱模过程就不会发生外层26与内层28分离现象了。
为了进一步提高第一模具表面34的脱模性，可用脱模剂对模具表面34进行预处理。脱模剂的实例包括(不受此限制)高分子量微晶蜡脱模剂如Chem-Trend PRC7140，(由Chem-Trend,Inc.Howell,Michigan提供)或PRC2006(也由Chem-Trend提供)。这类脱模剂在热模具中能在约5-约10秒钟内迅速干燥，从而在有纹理的模面34与外层26之间形成脱模阻隔层。应小心，不要使脱模剂在第一模具表面34上积聚或使脱模剂中含过多的固含量，因为这种积聚或过多固含量往往会填入有装饰性纹理的模具表面34中，从而使板状构件10的外表面不能呈现出模具表面34的那种复杂的、发丝状纹理构造的外观。此外，使用过量的脱模剂还会使脱模剂在复合结构24脱模期间从第一模具表面34转移到层合复合结构24上，这样在脱模后就需要额外地进行清洗脱模剂和干燥的步骤，因此生产率会随之下降。
层合复合结构24(包括外层26与内层28的复合结构)从第一模具表面34脱模后，将其放置在透明基体(未画出)上，用光源(未画出)检验该层合复合结构24的缺陷。这类缺陷属于经常出现在外层26的装饰性瑕疵，其中可包括在经历脱模或进一步加工步骤(特别是结合步骤)受到应力作用时，因厚度不足而引起的撕裂和可能断裂部分。如果缺陷属于小的和个别的瑕疵，则这种局部缺陷可通过在内层28的背面28b上后涂敷额外的水分散组合物36加以弥补。此外，对于小的撕裂或较薄区域，可在层合复合结构24的背面28b上用热塑性的、可热成形的聚氨酯带来修补。这样做法的优点是不必废弃整个层合复合结构24。然而，值得指出的是，一般是不希望用后喷涂法修补表面26a的，因为后喷涂法修补会抵消外层26的外表面26a呈现出的从第一模具表面34复制的有纹理的皮革状外观，因此应尽可能少采用该法来修正局部缺陷。
如下面所详细讨论的，在形成层合复合结构24后不需立即将其从第一模具表面34脱模并对其进行检验的各步骤。例如，根据需要，该层合复合结构24可继续处在第一模具表面34上直到板状构件10的制成。
层合复合结构24从第一模具表面34脱模并经检验后，将该层合复合结构24放置在第二模具部件50的模具表面52上。如图10所示，第二模具表面52也被加工成具有与外层26相应的构型。当复合结构24配置在第二模具表面52上后，将形成半刚性微孔泡沫体(如聚氨酯半刚性微孔泡沫体)的反应性混合物44涂敷在内层28的内表面28b上形成中间层30。例如，可采用高冲击混合和混合头喷嘴来涂敷反应性混合物44。在涂敷反应性混合物44时，第二模具部件50一般是被加热到约35℃-约45℃，更优选加热到约35℃-约40℃。反应混合物44(通常是较粘的)在被涂敷到第二模具部件50上时，处于反应的过渡状态，于涂敷后数秒钟内开始发泡。
虽然所要求的中间层厚度部分地决定于板状结构10的预期用途，但中间层的一般厚度为约5毫米-约12毫米。
当反应性混合物44已被涂敷到位于第二模具表面52上的层合复合结构24上时，将一个带有预成形刚性基体22的第三配合模具部件60移入与其适配的第二模具部件50中，如图11所示。第三模具部件60有一个加工成型为界定板状构件10的内表面10b的第三模具表面62(如图10)。其后，使反应混合物44在优选加热到约110°F(43.3℃)和自产生模腔压力约0.8大气压力下发泡并固化形成中间层30。该半刚性聚氨酯微孔泡沫体的作用是使层合复合结构24与配置在第三模具表面62上的预成形刚性基体22结合成整体。然后，可将包括层合复合结构24、刚性基体22和中间层30相组合的板状构件从模具部件50和60中取出。在板状构件上还可装有其它部件如包毯部分20。
就本发明最广泛的方面来说，在不偏离本发明范围的前提下，可对上述内容进行若干变更和修改，例如，在制得的板状构件10(图1所示)中隐蔽的包毯门裙安装部分18(或当板状构件安装在汽车上时，隐蔽在车饰内的其它部分)可不设层合复合结构24和/或中间层30，因此，包毯门裙安装部分18的特征是刚性基体22直接与包毯部分20相邻接。
根据本发明的另一个变更的实施方案，选用非发泡的粘合剂用于层合复合结构24与刚性基体22的结合。
根据本发明还有一个变更的实施方案，可分别将含不同着色剂的多种水分散组合物分别涂敷到板状构件的不同部位，以产生不连续的罩面颜色。对于打算改变所选的着色剂颜色的情况来说，在实施中已发现所需的最少停机时间约为0.5小时。
根据再有一个变更的实施方案，外层26可显示出双色调或多色调的外观。例如将部分模具的模塑表面进行磨蚀处理，磨蚀量越大，外层26的外观越无光泽。对于仪表板来说，为了减少反射光和杂散光，仪表板的上部一般应有较低的光泽，因此特别希望呈双色调的外观。
在不偏离本发明范围的前提下，也可对上述方法作若干改变和改进。例如，如上所述，对于实施整体结合步骤来说，可采用将层合复合结构24保留在第一模具部件32上的方法，而不采用脱模或将其转移到第二模具部件50上的方法。根据本发明另一个变更的实施方案，层合复合结构24也可在经检验和处理后再返回到第一模具部件32中。
根据本发明的另一种变体，可采用第二个或另一热源来活化光稳定的脂族热塑性聚氨酯与热活化的反应性交联单体间的反应。例如，在水分散组合物36涂敷到第一模具表面34前可先对其进行预热，这样就不必再为引发热活化的反应性交联单体与光稳定的脂族热塑性聚氨酯之间的反应而加热第一模具表面34。
根据本发明还有一个变更的实施方案，采用除干粉材料铸塑外的其它技术在外层26上涂敷并熔融组合物42以形成内层28。例如，可用粒料或其它适用的材料形态代替干粉材料。此外，对于含PVC树脂材料的组合物42来说，该组合物42可呈增塑溶胶形态，因而可采用糊料搪塑法如逆向浸渍槽法、充填和翻卸法或技术上已知的其它方法。
本发明上述说明性实施方案的变体可以是将成形聚氨酯半刚性微孔泡沫体30的反应性混合物44涂敷在刚性基体22的表面上而不是涂敷在层合复合结构24上。或者，可以第二模具部件50与第三模具部件60的相互啮合来界定内层28的内表面28b与基体22的外表面之间的模腔，其后将反应混合物44注入刚性基体22与复合结构24之间。
为了进一步阐明本发明的汽车内饰制件及其制造方法，下面将详细讨论制造本发明制件和实施本发明方法的适用及优选的组成和条件。
用于制备外层26的水分散组合物36包含至少一种光稳定的脂族热塑性聚氨酯、至少一种所希望的着色剂和至少一种反应性交联单体。光稳定的脂族热塑性聚氨酯最好是由含与碳化二亚胺有化学反应性的羟基和/或羧基官能侧基的高分子量脂族热塑性聚氨酯制备的。该热塑性聚氨酯的平均分子量范围为约5000-约7000，更优选为约6000。例证性热塑性聚氨酯和碳化二亚胺可以从C.F.Jameson&Company,Inc.(Bradford,Mass.)商购(商标名为JAMESON WVF SERIES FLEXCOATIMC.)。本具体组合物中的热塑性聚氨酯与碳化二亚胺的理想重量比是约8比1(体积)(当量比为1.44热塑性聚氨酯比1.08碳化二亚胺，以干燥为基准计算)。
水分散组合物36可通过先制成热塑性聚氨酯在溶剂(如N-甲基吡咯烷酮)中的胶态溶液，然后向其添加水、着色剂以及常规添加剂(根据需要)分散该溶液而制得。应添加足够的水以使水分散组合物36中溶剂浓度为约13.9％(重量)，干燥后为约35％(重量)。
水分散组合物36中任选的添加剂包括(但不受此限制)下列添加剂的混合物热与紫外光稳定剂、为保持分散体为碱性的pH稳定剂、增塑剂、抗氧化剂、消光剂、表面活性剂、为使颗粒保持悬浮状态的胶体保护剂、炭黑、触变剂(如羟甲基纤维素)、以及填料如粘土颗粒。
水分散组合物36可包含例如约20％-约30％(重量)固体，更优选约24％(重量)固体，约10％-约80％(重量)水，更优选约50％(重量)水，以及约9％-15％(重量)的溶剂，随所要求的颜色及添加剂而定。组合物36中水量不足会对组合物36的粘度有不利的影响，因而不利于水分散组合物36在模具表面34上的涂敷。另一方面，组合物36中含过量的水会明显改变水分散组合物36的喷雾性和涂敷效率而延长干燥外层26所需的时间。
水分散组合物36可通过将可包含例如以乙二醇醚乙酸酯和/或二甲苯为溶剂的碳化二亚胺溶液添加到热塑性聚氨酯溶液中而制得。当经混合并以加热活化时，反应性交联单体优选与热塑性聚氨酯中羟基和/或羧基基团反应而使热塑性聚氨酯与其本身或与组合物42中的活化剂发生交联。
下面将详细讨论用于制备组合物42的PVC和热塑性聚氨酯材料及添加剂的具体形成方式。
PVC组合物在上述的一个实施方案中，PVC组合物42包含PVC聚合物和至少一种能在凝胶化和熔融期间与碳化二亚胺反应性交联单体起化学反应的增塑剂。在优选的实施方案中，所选用于本发明的增塑剂也能与外层26中的碳化二亚胺起反应，因此碳化二亚胺能成功地使外层26中的聚氨酯与增塑溶胶组合物42中的增塑剂交联。例证性增塑剂包括(但不受此限制)具有一个或多个侧羟基或羧基官能基团的增塑剂。这些增塑剂作为内润滑剂进入了主聚合物主链的周围。
优选的组合物42包含低分子量增塑剂和中等分子量增塑剂两种。选用低分子量增塑剂是为获得低温柔软性，因此在低温如-30℃下，内层28的性能不会受影响。例证性的低分子量增塑剂是邻苯二甲酸二-2-乙基己基酯(称作DUP)。另一方面，选用中等分子量增塑剂是为了使内层28具有高温稳定性。例证性的中等分子量增塑剂是苯三甲酸三辛酯(TOTM)。
低分子量增塑剂的用量应保持相当低的水平以便减少挥发量，从而减少车窗上雾翳的形成。例如，组合物42中低分子量增塑剂与主要树脂的重量比为约0.25∶100至约1∶100，而中等分子量增塑剂与主要树脂的重量比为约10∶100至约40∶100，更优选为约20∶100至约40∶100。如果中等分子量增塑剂的用量不足，则内层28可能缺乏足够的耐高温老化性能，因而在高温环境下会导致内层28过早硬化。另一方面，如果使用过量的中等分子量增塑剂，则在高温下制件表面可能出现光泽、产生不允许的表面反射。
组合物42中的PVC可通过任何一种适用技术来制备，其中包括由悬浮聚合或本体聚合，随后经干燥而制得白色的、平均颗粒大小约350微米易流动的粉状PVC。制得的PVC粉料与增塑剂以任何适用技术(如高能配混)经充分混合而成PVC组合物42。配混过程中增塑剂被PVC所吸收后会引起PVC溶胀。例如配混操作可在约150°F(约60℃)-约190℃(约88℃)温度内进行。
所选增塑剂应赋予PVC粉料热稳定性并使制件在使用期内有持久的柔软性。通常，PVC粉料由离散的微粒集合体构成，当经受极高温度时会在熔融前发生分解。这种分解作用会释放氯化氢，而氯化氢又会使PVC自催化降解。因为PVC是在凝胶化和熔融步骤(图6)中熔融的，为了抑制PVC的热降解并使内层28具有柔软、可弯曲的压感，适用的内增塑剂应在铸塑前与PVC粉料混合并被PVC粉料所吸收。
优选的增塑剂具有足够的结合能结合在PVC基质中而构成聚合物基质的永久性部分，从而使制成的融合制件在高于和低于使用环境条件下具有良好的弯曲性和耐候性。
该PVC组合物42可包含适用的添加剂，其中包括(作为实例但不受此限制)下列添加剂的任何混合物热与紫外光稳定剂如氢醌、内润滑剂如硬脂酸、抗氧化剂、消光剂、炭黑及填料如白土和/或硅藻土。为了防止铸塑PVC氧化和失稳定性，也可在内层28中加入其它添加剂，这种添加剂包括钡、钙及锌热稳定剂如壬基酚钡、羧酸钙及硬脂酸锌。这些和其它一些添加剂都能通过采用(作为实例但不受此限制)高强度干粉混和器(如Henschel混合器)掺入树脂中而形成干树脂材料。
此外，该PVC组合物42可包含一种或多种PVC与其它聚合物(如一种或多种聚氨酯)的共聚物合金或共混物。这类共聚物合金及共混物可通过本领域技术熟练人员熟知的技术(如配混)来制备。
热塑性聚氨酯在上述另一个实施方案中，组合物42包含在主链上有至少一个烯属不饱和键和/或含羟基基团的热塑性聚氨酯。该热塑性聚氨酯可以为非芳族或芳族的。在优选实施方案中，热塑性聚氨酯中的烯属不饱和键和/或羟基是能与外层26中的碳化二亚胺起反应的，因此该碳化二亚胺能成功地将外层26中的聚氨酯与组合物42中的聚氨酯交联。例证性热塑性聚氨酯包括(但不受此限制)ESTANE(由B.F.Goodrich,Akron,Ohio提供)及PELLETHANE油Dow Chemical Company,Midland,Michigan提供)。
组合物42中的热塑性聚氨酯是通过例如预聚合技术、然后经干燥、配混、切断及研磨制备而得到的易流动粉状热塑性聚氨酸。在制备组合物42的热塑性聚氨酯时可添加过量的多元醇。如上所述，过量多元醇中羟基基团能促进外层26与内层28间的交联及化学键合。制得的热塑性聚氨酯粉料一般呈带褐色的外观，并具有如425目粒度。根据预期用途的要求，粉料可含添加剂以便可采用任何适用的技术(如在预聚合期间导入添加剂)来形成组合物42。添加剂总量与主要树脂的重量比随预期用途及所含添加剂而不同，其范围可为例如约3∶100-约7∶100。
组合物42可包含适用的添加剂，其中包括(作为实例但不受此限制)下列添加剂的任何混合物热稳定剂、软化剂如低分子量聚氨酯(例如在配混或类似步骤中进入主链)、抗氧化剂、消光剂、炭黑、填料如粘土微粒以及易流动添加剂。为防止焦烧，在内层28也可以加入其它一些添加剂。这些和其它一些添加剂都能通过采用(作为实例但不受此限制)高能挤塑机/切断机掺入树脂中而形成干树脂材料。
具有适宜回弹性能的聚醚多元醇与多异氰酸酯的各种共混物都可用来形成作为中间层30的半刚性聚氨酯微孔泡沫体。例如，这类多异氰酸酯共混合物可包括亚甲基二异氰酸酯。半刚性聚氨酯微孔泡沫体也可包含适用的添加剂，其中包括(作为实例但不受此限制)下列添加剂的任何混合物表面活性剂、抗氧化剂、填料、稳定剂、催化剂如锡催化剂(如二月桂酸二丁锡)及伯胺与仲胺(如二乙醇胺)以及少量发泡剂如水。有一点要指出的是，多元醇和催化剂都含有少量的水，同时在配方中也是常常包括少量水的，水与多异氰酸酯反应会产生二氧化碳，从而使中间层30形成微孔结构。因此，为形成半刚性聚氨酯微孔泡沫体，多异氰酸酯用量需稍微超过化学计量。
刚性基体22可选自能满足增强和固定外层26、内层28及中间层30所需强度的任何材料。适用的材料包括具有足以使复合结构固定在车辆基体结构上的刚性的任何材料，其中包括(作为实例)注塑热塑性塑料如(不受此限制)苯乙烯马来酸酐(SMA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、ABS-PC合金、增强的反应性注塑聚氨酯(RRIM)，金属，金属合金，木纤维复合材料或它们的任何复合物。
虽然在上面已经就车门板的制造方面对本发明方法作了具体说明，但本方法同样也适用于其它板状构件的制造，其中包括如仪表板、扶手、头枕、地板托架、膝垫、杂物箱箱门，这是不言而喻的。根据本发明方法制造的仪表板已分别在图2和图3的透视图和断面图中(以数字100表示)作了说明。图3断面图所示的仪表板100包括刚性基体122、外层126和内层128(通常用数字124表示层合复合结构)以及中间层130。
上面对本发明的优选实施方案所作的详细说明只是为了说明本发明，而不是全面的也不是将本发明限于公开的严谨的实施方案。显然，对于技术熟练的操作者来说，要进行各种改进和变更是明显的。所选的实施方案及对它们所作的说明是为了最好地说明本发明的原理及其实际用途，以便使其它技术熟练人员了解到本发明的各种实施方案以及适用于所涉具体用途的各种改进。本发明范围是由下面权利要求书和它们的等效条款所规定的。
权利要求
1．一种制造可固定在汽车上构成车辆部分内饰的板状构件的方法，该板状构件包括界定该构件外表面的外层和刚性基体，当该板状构件固定在汽车上时，至少部分外层是显露在车厢中的，而刚性基体是隐蔽在车体内的，所述方法包括下列步骤将一种包括至少一种光稳定的、含至少一种选自羟基和羧基的官能侧基的脂族热塑性聚氨酯、至少一种所需的着色剂及至少一种热活化的反应性交联剂的水分散组合物涂敷在具有与外层互补形状的第一模具表面上；加热光稳定的脂族热塑性聚氨酯与热活化的反应性交联剂从而使它们交联；使处在第一模具表面上的水分散组合物大体上干燥以形成具有外表面的外层，其中至少部分外层具有所要求的触感、色泽和板状构件的构造；将包括在主链上含至少一种烯属不饱和键、至少一种侧羟基基团的热塑性聚氨酯树脂材料或其混合物的组合物铸塑在处于第一模具表面上的外层内表面上以形成包含能经热活化的反应性交联剂中未反应基团与外层中光稳定的脂族聚氨酯交联，从而使外层内表面与其相邻的内层表面形成界面化学键合的热塑性聚氨酯树脂材料的内层；将与外层在界面上成化学键合的内层与刚性基体结合成整体，以使刚性基体对外层起增强作用，而显露部分仍保持原有的触感和色泽。
2．根据权利要求1的方法，其中热活化的反应性交联剂是碳化二亚胺。
3．根据权利要求2的方法，该方法还包括下列步骤将与外层在界面上成化学键合的内层从第一模具表面转移到第二模具表面上；和将刚性基体加在与板状构件内表面成互补形状表面的第三模具表面上；其中所述结合步骤包括将反应性混合物涂敷在处于第二模具表面上的、与外层在界面上成化学键合的内层上或涂敷在置于第三模具表面上的刚性基体上，排列第二模具表面与第三模具表面，以使与外层在界面上成化学键合的内层和刚性基体共同界定容纳反应混合物的模腔，使反应混合物发泡形成粘合刚性基体和与外层在界面上成化学键合的内层的相当刚性的聚氨酯微孔泡沫体，及其中外层具有的压感是由该相当刚性的聚氨酯泡沫体和内层赋予的。
4．根据权利要求2的方法，该方法还包括下列步骤将与外层在界面上成化学键合的内层从第一模具表面转移到承物平台的透明表面上；检验与外层在界面上成化学键合的内层，并对其可能断裂部分进行补强以防止其在所述结合步骤中出现断裂；将与外层在界面上成化学键合的内层从透明表面上转移到第二模具表面上，和将刚性基体加在与板状构件内表面成互补形状的第三模具表面上，其中所述结合步骤包括将反应性混合物涂敷在处于第二模具表面上的、与外层在界面上成化学键合的内层上或涂敷在置于第三模具表面上的刚性基体上，排列第二模具表面与第三模具表面，以使与外层在界面上化学键合的内层与刚性基体共同界定容纳反应混合物的模腔，使反应混合物发泡形成粘合刚性基体和与外层在界面上成化学键合的内层的相当刚性的聚氨酯微孔泡沫体，及其中外层所具有的压感是由该相当刚性的聚氨酯泡沫体和内层赋予的。
5．根据权利要求2的方法，其中所述干燥步骤是通过蒸发水分散组合物中的水分来完成的。
6．根据权利要求2的方法，其中外层厚度为约1.0密耳-约1.5密耳。
7．根据权利要求2的方法，其中内层厚度为约40密耳-约60密耳。
8．根据权利要求2的方法，该方法还包括用微晶蜡脱模剂预涂第一模具表面。
9．根据权利要求2的方法，其中光稳定的脂族热塑性聚氨酯与热活化的反应性交联剂可以预先混合，并在所述涂敷步骤前可在室温下稳定地贮存至少达24小时。
10．根据权利要求2的方法，其中第一模具表面在所述涂敷步骤期间加热。
11．根据权利要求2的方法，其中第一模具表面具有与车门板外表面成互补的形状。
12．根据权利要求2的方法，其中第一模具表面具有与仪表板外表面成互补的形状。
13．一种制造可固定在汽车上构成车辆部分内饰的板状构件的方法，该板状构件包括界定构件外表面的外层和刚性基体，当该板状构件固定在汽车上时，至少部分外层是显露在车厢中的，而刚性基体是隐蔽在车体内的，所述方法包括下列步骤将微晶蜡脱模剂涂在第一模具表面上，加热第一模具表面至第一高温以熔化和分散微晶蜡脱模剂；将包含至少一种光稳定的、含至少一种选自羟基和羧基官能基团的官能侧基的脂族热塑性聚氨酯、至少一种所需的着色剂及至少一种热活化的反应性交联剂的水分散组合物涂敷在含有在其上分散的微晶蜡脱模剂的第一模具表面上，该第一模具表面具有与外层成互补的形状并被加热至第二高温；通过加热第一模具表面至第三高温使处在第一模具表面上的水分散组合物大体上干燥以形成具有外表面的外层，其中至少部分外层具有所要求的触感、色泽和板状构件的构造；将包括在主链上含至少一种烯属不饱和键、至少一种侧羟基基团的热塑性聚氨酯树脂材料或其混合物的第二种组合物铸塑在处于第一模具表面上的外层内表面上以形成包含能经热活化的反应性交联剂中未反应基团与外层中光稳定的脂族热塑性聚氨酯交联，从而使外层内表面与其相邻的内层表面形成界面化学键合的聚氨酯的内层；和将与外层在界面上成化学键合的内层与刚性基体结合成整体，以使刚性基体对外层起增强作用，而显露部分仍保持原有的触感及色泽。
14．根据权利要求13的方法，其中热活化的反应性交联剂是碳化二亚胺。
15．根据权利要求14的方法，其中第一高温、第二高温与第三高温都是相同的，为约140°F-160°F。
16．一种包括可固定在汽车上构成车辆部分内饰的板状构件的制件，该板状构件包括外表面和内表面，当该板状构件固定在汽车上时，至少部分外表面是显露在车厢中的，而内表面是隐蔽在车体内的，所述板状构件包括刚性基体；层合复合结构，该层合复合结构包括界定板状构件中至少部分所述外表面的外层和内层，将所述层合复合结构与所述刚性基体的表面结合成整体，以使所述刚性基体起增强所述外层的作用，而显露部分仍保持原有的触感和色泽；所述外层具有所要求的触感、色泽和板状构件的构造，该外层是配制的水分散第一组合物经至少大体干燥后形成的光稳定的交联聚氨酯，该水分散组合物包含至少一种所需的着色剂、至少一种光稳定的含至少一种选自羟基和羧基官能基团的官能侧基的脂族热塑性聚氨酯以及至少一种热活化的反应性交联剂，所述光稳定的脂族热塑性聚氨酯与热活化的反应性交联剂在与所述外层构造成互补形状的模具表面经模塑并发生交联，光稳定的脂族热塑性聚氨酯也是在该模具表面上被干燥的；所述内层较所述外层厚，并直接在外层上成形，因此所述内层有一个与所述外层的内表面相邻的并在界面上与其成界面化学键合的表面，所述内层与所述界面化学键合是通过将包括在主链上含至少一种烯属不饱和键、至少一种侧羟基基团的热塑性聚氨酯树脂材料或其混合物的组合物铸塑在处于所述模具表面上的所述外层内表面上形成的。
17．根据权利要求16的制件，其中热活化的反应性交联剂是碳化二亚胺。
18．根据权利要求17的制件，该制件还包括夹在所述层合复合结构与所述刚性基体之间的、粘合所述层合复合结构与所述刚性基体的相当刚性的聚氨酯微孔泡沫体，其中所述外层具有的压感是由所述相当刚性的聚氨酯微孔泡沫体和所述内层赋予的。
19．根据权利要求18的制件，其中所述外层厚度为约1.0密耳-约1.5密耳。
20．根据权利要求18的制件，其中所述内层厚度为约40密耳-约60密耳。
21．根据权利要求18的制件，其中所述至少一种光稳定的脂族热塑性聚氨酯与所述热活化的反应性交联剂可预先混合，在室温下可稳定地贮存至少达24小时。
22．根据权利要求18的制件，其中所述板状构件是车门板。
23．根据权利要求18的制件，其中所述板状构件是仪表板。
全文摘要
公开了一种包括可固定在汽车上构成车辆部分内饰的板状构件(10,100)的制件及其制造方法。根据该方法,通过将含热塑性聚氨酯和热活化的交联剂的水分散组合物(36)涂敷在模具表面(34)上,然后使组合物(42)干燥来形成界定至少有部分显露的构件外表面的外层(26,126),接着,使包含(ⅰ)聚氯乙烯树脂和至少一种增塑剂和/或(ⅱ)热塑性聚氨酯材料的组合物在仍处于模具表面的外层内表面(266)上凝胶化,然后将凝胶化的组合物熔融而形成与外层在界面上成化学键合的内层(28),将与外层成化学键合的内层和刚性基体(22,122)结合成整体,以使刚性基体起增强外层的作用,板状构件显露的外表面具有仿真皮的外观和手感,显露部分的压感是由内层和任选填充的半刚性聚氨酯微孔泡沫体中间层(30,130)赋予的。
文档编号B29C41/22GK1312192SQ0111208
公开日2001年9月12日 申请日期2001年3月30日 优先权日1997年4月18日
发明者J·A·加德纳 申请人:阿托马国际有限公司