机动车部件的生产方法以及相应的部件的制作方法
【专利摘要】本方法包括在加热步骤之前，将第一多孔材料片材(22A)设置在基层的第一面(18)上，将第二多孔材料片材(22B)设置在该基层的第二面(20)上。每一多孔材料片材(22A,22B)厚度均小于成型层(16)的厚度。熔融聚合物材料被限制在多孔材料片材(22A,22B)之间，该熔融聚合物材料来自加热步骤中的热熔性聚合物纤维。在制成成型层(16)后，多孔材料片材(22A,22B)与成型层(16)结合以形成第一复合体(12A)。
【专利说明】机动车部件的生产方法以及相应的部件
[0001]本发明涉及一种机动车部件的生产方法，包括以下步骤:
[0002]-准备基层，其包括陶瓷纤维和热熔性聚合物纤维；
[0003]-加热并压缩该基层到至少一个支撑壁上，使上述热熔性聚合物纤维熔融并使得熔融聚合物粘附到上述陶瓷纤维上，以获得预制层；
[0004]-将该预制层置于加压模具中以制成成型层，该成型层中的聚合物优选为至少部分结晶的聚合物；
[0005]本部件用于形成机动车中的结构部件,例如:置物架或活动地板。
[0006]已知本部件包括一复合体，该复合体包括一层陶瓷纤维，例如玻璃纤维，该陶瓷纤维被嵌入热塑性聚合物基体，例如聚丙烯。
[0007]此类材料的商业名称为Sommold。
[0008]为了容易制得本部件，已知上述类型的通常方法，在该方法中，在制成所需部件之前，切割出一种包含玻璃纤维和聚丙烯纤维混合物的基垫。
[0009]然后，将上述基垫设置于两加热板之间，加热板通过热传导以及残留在基垫中的空气热对流来传输热量，这使快速、容易的加热基垫成为可能，进而使聚丙烯纤维熔融。接着，将上述使用熔融聚合物形成的层转移至冷作模具中，该冷作模具闭合并将上述层压缩至所需厚度。聚丙烯经过玻璃纤维流动并在冷却后成型为复合体中的聚合物基体，该聚合物基体具有所需厚度及所需形状。上述层导入模具之前的加热步骤简化了模具操作，无需对模具进行热调节且降低了周期时间，预热步骤可以在模塑成型操作本身期间的掩膜时间进行。
[0010]如此生产出的复合体可这样使用:组装成相同性质的复合体并组成“双壳”部件或者进一步组装在蜂窝状间隔体上以产生一个夹芯三明治型复合部件。这些部件在大多数情况下会被覆盖上通常为毯型的包覆层，例如簇绒地毯或针刺地毯型的包覆层。
[0011]通常，玻璃纤维和聚丙烯纤维在基垫中所占质量比大约各为50%。
[0012]该方法获得的部件并非总是令人完全满意，在某些应用中，该部件所需片材尤其要求具备在高温下，尤其是在高于85°C时，的耐高温性，表现为负荷下非常低的流动变型量。例如，长期暴露于阳光下的承受如此高温度的机动车后置物架就属于这种情形。
[0013]Sommold部件另一个缺点在于制造基垫的技术引起一定数目的玻璃纤维取向垂直于该基垫平面。这些不良走向的玻璃纤维甚至在模塑成型后的成品部件中再次被发现并可能刺穿包覆层从而引起操作者甚至可能是最终用户的不适。
[0014]为了克服上述基于陶瓷纤维的复合材料高温特性问题，使用可交联的热固性聚合物而非聚烯烃纤维以产生高分子链间的三维桥梁是已知的。热固性聚合物通常具有高的弹性模量和良好的高温性能，具有低蠕变性。但是其仍难以回收，并且热固性聚合物基体构象复杂，难以在工业上应用，其本质原因是交联的持续时间导致很长的周期时间。
[0015]热固性聚合物家族常与陶瓷纤维和不饱和聚酯家族相关联。因此术语GRP (玻璃纤维增强塑料)多数指的是基于玻璃纤维强化的热固性不饱和聚酯树脂的复合材料。GRP长期用于如FR2 580 991所述的三明治结构的表层。
[0016]EP0628406提出了使用不同类型的热固性树脂生产三明治型结构部件表层，此外，还提出其与间隔体的粘合通过树脂实现，该树脂膨胀为泡沫状以部分渗透入间隔体，从而使后者增强，并且确保后者与表层粘附良好。
[0017]或者，EP2311629记载了一种机动车结构部件，该部件包括一中央间隔片和与该中央间隔片任一侧相连的两聚合体。每一聚合体的获得基于聚对苯二甲酸乙二醇酯中的双组份纤维。在此，基体和增强纤维均由热塑性饱和聚酯形成，而蜂窝状间隔体也是基于热塑性聚酯。由于间隔体和表层具有相同的化学性质，他们之间的粘附力强，从而提高了弯曲性能。本产品基于单一类型的聚合物，易回收。
[0018]然而，使用这些部件，本方法还需经过涂层步骤，该步骤要求特殊设备并要求挤出双组份纤维，因而使用本方法仍然昂贵。此外，用作加强的对苯二甲酸聚酯纤维的弹性模量仍旧相当地少于玻璃纤维的弹性模量，从而导致复合材料性能较低。
[0019]本发明的目的之一是获得一种机动车结构部件的生产方法，该方法提高了结构部件的机械性能，使用简便，成本低。本发明另一目的是获得一种可回收部件且其表面完全没有令人不适的纤维。
[0020]尤其是，当上述结构部件是通过将两复合体设置于一间隔体的两侧而制得时，这些复合体本身具有的良好特性及该复合体/间隔体界面具有的性质，使得这些性能得以提闻。
[0021 ] 为此目的，本发明提供了一种上述类型的方法，其特征在于本方法包括在加热步骤之前，将第一多孔材料片材设置在上述基层的第一面上，将第二多孔材料片材设置在上述基层的第二面上，每一所述多孔材料片材厚度均小于成型层的厚度，熔融聚合物材料被限制在所述多孔材料片材之间，该熔融聚合物材料来自加热步骤中的热熔性聚合物纤维，在制成成型层后，上述多孔材料片材与成型层结合以形成第一复合体。
[0022]根据本发明的方法可以包括以下技术特征中的一个或多个，这些技术特征单独地或根据任何技术上可能的组合来予以考虑:
[0023]-上述热熔性聚合物260°C时的熔体流动指数超过20g/10min，尤其是在30g/10min 至 60g/10min 之间；
[0024]-每一上述多孔材料片材的表面质量小于100g/m2,优选小于85g/m2,尤其是小于60g/m2；
[0025]-第一多孔材料片材和第二多孔材料片材由纸或者通过机械结合或树脂粘合而形成的平面纤维网制成；
[0026]-上述第一片材的表面张力和/或第二片材的表面张力小于60达因/厘米，尤其是在40达因/厘米至60达因/厘米之间；
[0027]-根据IS0535标准确定的C0BB60指数的测定，上述第一片材和/或第二片材的润湿度在其片材表面质量的50%至100%之间，优选地在其片材表面质量的80%至100%之间；
[0028]-上述第一片材和/或上述第二片材的气凌力大于25N.s/m3,尤其在25N.s/m3至 100N.s/m3 之间；
[0029]-上述第一片材基于纸制成，上述第二片材基于通过机械结合或树脂粘合而形成的平面纤维网制成，优选地为陶瓷材料的网；
[0030]-上述热熔性聚合物纤维优选地为包含聚酯的纤维，尤其是包含聚对苯二甲酸乙二醇酯的纤维；
[0031]-加热步骤后，熔融聚合物在每一上述多孔材料片材中的最大渗透厚度小于每一上述多孔材料片材厚度的90%，优选地在每一上述多孔材料片材厚度的50%至90%之间；
[0032]-还包括制造第二复合体，优选地，采用与制造第一复合体所使用的步骤相同的步骤，
[0033]上述方法还包括将上述第一复合体和上述第二复合体设置在中间间隔体的相对的面上，优选地上述中间间隔体为由纤维材料制得的中间间隔体；
[0034]-加热步骤中，上述基层加热温度高于140°C，尤其是高于200°C；
[0035]-加热步骤后，还包括使该形成于模具的层产生位移，优选地该模具调节至恒温，该构型步骤在模具中进行；
[0036]-压缩上述基层的操作是在相对设置的两支撑壁之间进行的，该两支撑壁之间形成中部空间；
[0037]-本部件包括第一复合体
[0038]-本部件由第一复合体制得；
[0039]本发明还提供了一种机动车的部件，其特征在于:包括至少一个复合体，上述复合体包括由聚合物材料基体将陶瓷纤维彼此相粘附而形成的层，上述聚合物材料基体由热熔性聚合物纤维获得且优选为至少部分地结晶，上述复合体包含设置在成型层第一面上的第一多孔材料片材和设置在成型层第二面上的第二多孔材料片材，每一上述多孔材料片材厚度均小于上述成型层厚度，上述聚合物材料基体被限制在上述多孔材料片材之间，每一上述多孔材料片材与上述成型层结合。
[0040]根据本发明的方法可以包括以下技术特征的中一个或多个，这些技术特征单独地或根据任何技术上可能的组合来予以考虑:
[0041]-每一上述多孔材料片材的表面质量小于100g/m2,优选小于85g/m2,尤其是小于60g/m2；
[0042]-每一上述多孔材料片材选自纸材或者通过机械结合或树脂粘合而形成的平面纤维网；
[0043]-上述热熔性聚合物260°C时的熔体流动指数超过20g/10min，优选地在30g/10min 至 60g/10min 之间；
[0044]-上述基体由包含聚酯尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯的热熔性聚合物纤维制成；
[0045]-包括第一复合体和第二复合体，每一上述复合体包括成型层，上述成型层由聚合物材料基体将陶瓷纤维粘附在一起而形成，上述聚合物材料基体由热熔性聚合物纤维获得且优选为至少部分地结晶，每一上述复合体包含连接在成型层第一面上的第一多孔材料片材和连接在成型层第二面上的第二多孔材料片材，每一上述多孔材料片材厚度均小于上述成型层厚度，上述聚合物材料基体被限制在上述多孔材料片材之间，每一上述多孔材料片材与上述成型层结合，
[0046]上述第一复合体和上述第二复合体连接在间隔体上，上述间隔体尤其是由纤维材料制得的间隔体，例如纸板间隔件；
[0047]-上述第一片材的表面张力和/或上述第二片材的表面张力小于60达因/厘米，尤其是在40达因/厘米至60达因/厘米之间；
[0048]-根据IS0535标准确定的C0BB60指数的测定，上述第一片材和/或第二片材的润湿度在其片材表面质量的50%至100%之间，优选地在其片材表面质量的80%至100%之间；
[0049]-上述第一片材和/或上述第二片材的气凌力大于25N.s/m3,尤其在25N.s/m3至 100N.s/m3 之间；
[0050]-上述第一片材基于纸制成，上述第二片材基于通过机械结合或树脂粘合而形成的平面纤维网制成，优选地为陶瓷材料的网；
[0051]-上述热熔性聚合物纤维优选地为包含聚酯的纤维，尤其是包含聚对苯二甲酸乙二醇酯的纤维；
[0052]-聚合物基体在每一上述多孔材料片材中的最大渗透厚度小于每一上述多孔材料片材厚度的90%，优选地在每一上述多孔材料片材厚度的50%至90%之间。
[0053]通过阅读以下说明可以更好的理解本发明，以下说明仅仅是参考附图作出的示例性说明，其中:
[0054]图1是根据本发明的第一方法生产的机动车设备的第一部件的俯视图；
[0055]图2是图1所示部件的局部剖视图；
[0056]图3是用于生产图1所示部件的装置的加热单元图；
[0057]图4是与图3类似的生产装置的模塑单元图；
[0058]图5-9所示为根据本发明的部件的生产方法的不同的连续步骤；
[0059]图10所示为根据本发明的方法制造的第二部件；
[0060]图11所示为一标准Sommold部件与在本发明范围内生产的部件在85°C下的弯曲性能对比图。
[0061]根据本发明的方法生产的机动车的设备第一部件10如图1所示。
[0062]部件10优选地为置物架等机动车结构部件，如行李箱中的后置物架，车厢、行李箱或下方引擎的活动地板。
[0063]参考图2，部件10包括根据本发明的方法获得的复合体12A和12B的至少其中之
O
[0064]如图1和图2的实施例所示，部件10包括第一复合体12A和第二复合体12B和中间间隔体14。复合体12A和12B连接在中间间隔体14的相对的面上。
[0065]如图2所示，每一复合体12A和12B包括一复合体中心层16，该中心层16具有第一面18和第二面20。
[0066]如图2实施例所示，复合体12A和12B包括连接在所述中心层16的第一面18上的第一多孔材料片材22A和连接在所述中心层16的第二面20上的第二多孔材料片材22B。
[0067]每一复合体12A或12B的厚度小于间隔体14的厚度，更普遍地，每一复合体12A或12B的厚度小于3mm,尤其是在0.6mm至2mm之间。
[0068]每一复合体12A或12B的表面质量小于3000g/m2，尤其是在600g/m2至1800g/m2之间；
[0069]每一复合体12A或12B的比重小于1900kg/m3,尤其是在500kg/m3至1500kg/m3之间。
[0070]正如下面可见，中心层16包括多个陶瓷纤维24以及用来将陶瓷纤维24粘附在一起的聚合物基体26。
[0071]陶瓷纤维24可选玻璃纤维。
[0072]他们的纤维细度优选地在I分特至20分特之间。陶瓷纤维平均长度小于150_，直径小于50微米。
[0073]聚合物基体由热熔融聚合物制得。
[0074]根据ISOl 1357-2标准，差示扫描量热法(DSC)测定的热熔性聚合物的玻璃化温度优选大于60°C，尤其是在75°C至85°C之间。它的熔融温度尤其是在200°C以上，例如在240°C至 260°C之间。
[0075]热熔性聚合物优选为半结晶态。该热熔性聚合物结晶度超过20%，尤其是在30%至50%之间。根据IS011357-1标准测定，该热熔性聚合物结晶温度优选高于100°C，尤其是 140 0C M 160°C之间。
[0076]聚合物基体26优选地基于热塑性饱和聚酯获得，该热塑性饱和聚酯与热塑性不饱和聚酯不同。在一个实施例中，饱和聚酯为对苯二甲酸和乙二醇缩聚得到的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。例如，乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。或者，聚酯为对苯二甲酸和丁烯_2，3- 二醇缩聚形成的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
[0077]因此，根据ISOl 133:2005方法A标准测定，当温度为260°C，额定载荷0.325kg时，形成基体的聚合物的熔融流动指数(熔融流动指数或简称MFI)大于20g/10min，尤其是在20g/10min 至 60g/10min 之间，优选地在 30g/10min 至 60g/10min 之间。
[0078]优选地，中心层16由一基层获得，该基层包含陶瓷纤维和热熔性聚合物纤维的混合物，上述陶瓷纤维分散于热熔性聚合物纤维之间。
[0079]层16中热熔性聚合物所占质量比在30%至70%之间，层16中陶瓷纤维24所占质量比在70%至30%之间，上述百分比基于陶瓷纤维24和热熔性聚合物基体26的总质量而计算。
[0080]最初，聚合物纤维的纤维细度大于I分特例如在3.3分特至6.7分特之间。聚合物纤维平均长度优选为小于150mm，尤其是在40mm至90mm之间。聚合物纤维平均直径例如在30至60微米之间。
[0081]基层优选地采用置气(airlay)型方法或者将空气分散于其中的方法来生产，具有对任意类型的纤维混合物的处理简便，并且通过针刺得以加固的优点。
[0082]每一上述多孔材料片材22A和22B的厚度小于中心层16的厚度,优选地,每一上述多孔材料片材22A和22B的厚度比中心层16的厚度小的多，例如小于中心层16的最大厚度的5%。
[0083]每一上述多孔材料片材22A和22B的表面质量小于100g/m2,尤其是小于80g/m2,优选为小于60g/m2。
[0084]每一片材22A，22B是多孔的，因而具有决定毛细作用润湿度的多个开孔。每一片材22A，22B的润湿度取决于用来形成该片材的纤维的临界表面张力，取决于纤维间开孔的平均尺寸，以及取决于每一复合体12A，12B预成型过程中施加在加热板间的压力。通过依据熔融流动指数(MFI)和熔融聚合物的表面张力来调节上述三个参数，在可调的压力下聚合物在上述片材22A，22B组成材料中的渗透得以控制。
[0085]根据本发明的复合体12A，12B中，形成基体的聚合物尽可能远地渗透入上述片材22A, 22B中，至少渗透至片材厚度的一半，但没有完全穿透片材。
[0086]这样就确保了上述片材22A，22B与复合体12A，12B的基体具有连续性，并具有相似的机械性质。它们没有形成脆化的界面，脆化的界面会使将包含复合体12A，12B的结构的性能恶化。
[0087]在第一实施例中，上述片材22A, 22B至少其中之一由纸材构成。该纸材表面质量小于80g/m2。例如由植物纤维，矿物纤维，动物纤维或已制成的合成纤维或这些纤维的混合物通过沉淀并将其在合适的成型装置上进行压缩而制得。
[0088]就纸来说，其润湿度优选地由所使用纤维的类型确定的表面张力来控制。该表面张力优选小于60达因/厘米，尤其是在40达因/厘米至60达因/厘米之间。
[0089]根据IS0535标准，纸张润湿度使用目前应用于造纸工业的一项试验来表征，该试验包括测定由C0BB60指数给出的每单位表面的纸吸收的水的质量。
[0090]根据IS0535标准确定的由C0BB60指数法测定的第一片材和/或第二片材的润湿度优选地在该片材表面质量的50%至100%之间，尤其是80%至100%之间。
[0091 ] 适于本发明并由纤维素纤维制成的一种类型的纸张以品牌Al1s?由GascognePaper销售，此类型纸张所采用的表面质量范围在28g/m2至70g/m2之间。
[0092]另一实施例中，上述片材22A，22B至少其中之一基于机械结合或连接料粘合的纤维形成的网制成，上述片材22A, 22B至少其中之一基于如玻璃纤维这样的陶瓷纤维网制成。
[0093]上述网表面质量为100g/m2,尤其是在70g/m2至90g/m2之间。
[0094]例如，上述网由切断的或连续的陶瓷纤维粗纱制成，显著提高了三明治结构的机械性能的增益(通过各向同性效应)。当长丝被切断时，它们的长度在50mm至250mm之间。
[0095]上述长丝由树脂粘合在一起，例如丙烯酸树脂或氨基塑料树脂，尤其是喷涂使用。可选的，上述长丝可由机械方法如缝制或编织结合在一起。
[0096]上述网中树脂的质量百分比通常小于30%，尤其是在5%至30%之间，基于树脂和长丝的总质量，所有长丝位于同一平面内以使该网也可与基垫中存在的纤维一起来增强复合体。
[0097]上述网具有多个通孔，从而使其具有孔隙率。但是，该网能够保持住源于热熔性纤维的熔融而产生的熔融聚合物。构成上述网的长丝直径小于30微米，尤其是在10微米至15微米之间。
[0098]上述网厚度小于1mm，尤其是在0.5mm至0.8mm之间。
[0099]在此类网是玻璃纤维网的情形下，润湿度优选地由孔隙率控制。该孔隙率由其气凌力(AFR)测定。因此，这些网由根据IS09053标准测定的气凌力AFR来表征，其气凌力大于 25N.s/m3，尤其是在 25N.s/m3 至 100N.s/m3 之间。
[0100]一种可使用的网的实例由JOHNS MANVILLE以注册商标FORTEX?及产品编号SH80/1 销售。
[0101]在另一实施例中，使用纺粘型、熔喷型甚至干针刺型的无纺布，构成无纺布的纤维的熔融温度大于用于构成基垫16的聚合物的熔融温度。作为一个例子，适于本发明的防粘型无纺布基于纤维细度3.3分特的纤维制成，表面质量为150g/m2，气凌力AFR超过200N -s/m3。
[0102]每一片材22A，22B分别连接在上述层的表面18和20上，优选地，通过聚合物基体26的热熔性聚合物在上述片材22A，22B中的局部渗透而连接。
[0103]为了达到上述目的，上述基体26渗透进入上述片材22A，22B中的渗透厚度优选为大于上述每一片材22A, 22B厚度的50%,尤其是同时小于上述每一片材22A, 22B厚度的80%。
[0104]但是，由于上述片材22A，22B的存在，中心层16被限定在该片材22A，22B之间。
[0105]优选地，上述片材22A，22B覆盖中心层16的表面18，20的全部，尤其是超过该每一表面18，20范围的95%。
[0106]当上述片材22A或22B为玻璃纤维网时，由于形成基体的聚合物在该玻璃纤维网中渗透，而且进一步由于玻璃纤维更长，该玻璃纤维网形成了复合体中的增强体。甚至可以调节最初存在于基垫中的热塑性纤维和陶瓷纤维的比率，从而利用附加提供的增强纤维，以调节复合体的最终机械性能。因此，可以使用更低重量的基垫，通过利用上述片材22A, 22B的增强作用，来获得同样的性能。
[0107]第二复合体12B与第一复合体12A相似，在此将不再详细说明。
[0108]间隔体14设置于复合体12A，12B之间，其比重例如在10kg/m3至500kg/m3之间，尤其是在20kg/m3至50kg/m3之间。
[0109]优选地，间隔体14基于蜂巢或者蜂窝结构制成。
[0110]从而，间隔体14具有实质上垂直于部件10平均平面的多个壁30，该壁30与形成蜂巢的闭合轮廓界定出中心空间32。从而，每一中心空间32或蜂巢状空间分别朝向复合体12A, 12B的相应片材22B开口。
[0111]在实施例中，蜂巢限定出多边形尤其是六边形的网格。
[0112]上述多边形网格的平行于上述部件的平均平面P最大横向尺寸大于5mm，例如在5mm至20_之间，通常在8_至10_之间。
[0113]可选地，网格为波纹状。在此，该波纹的波幅在5至15mm之间，节距(两个波峰之间的距离)在5至20mm之间，优选地,在8至16mm之间。
[0114]间隔体14优选地由轻质材料制成，例如纸或者硬纸板。
[0115]间隔体14表面质量小，尤其小于2000g/m2，优选地在50g/m2至1500g/m2之间。
[0116]优选地，间隔体14表面质量小于1500g/m2，大体上在400g/m2至1200g/m2之间。
[0117]从而，由于间隔体14的低密度，部件10具有充分的轻盈度。
[0118]间隔体14的厚度优选大于2mm,例如在2mm至10mm之间，尤其是在5mm至30mm之间。
[0119]上述壁30的边缘限定出间隔体14的相对的面31A，31B，第一复合体12A和第二复合体12B分别装配在这两个相对的面31A，31B上。
[0120]如图2所述的部件10，连接料33用于将第一复合体12A连接到面31A上，以及将第二复合体12B连接到第二面31B上。该连接料例如是与复合体12A，12B和间隔体14的组分相容的粘合剂、薄膜或其它粘合材料。
[0121]尤其是在图1的实施例中，连接料33是一层大体上覆盖复合体12A，12B内侧表面的薄膜。
[0122]该连接料可选自环氧树脂、腈纶、甲基丙烯酸酯、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯家族和木材胶粘剂类型中的丙烯酸粘合剂家族，诸如淀粉粘合剂或者基于纤维素酯的粘合剂。
[0123]可选的，间隔体14由泡沫体构成，例如聚氨酯、聚烯烃、聚酯或聚苯乙烯泡沫或者基于泡沫废弃物的泡沫体，又或者由诸如发泡聚苯乙烯或软木或轻木的材料构成，从而提供了小于第一复合体12A及第二复合体12B表面质量的间隔体14表面质量。
[0124]此外，间隔体14可保留蜂窝状结构但材料性质与硬纸板不同，例如，在聚烯烃或聚酯这样的聚合物材料中嵌入铝材。
[0125]上述片材22A或22B，尤其是若该片材为纸，形成与间隔体14之间连接的界面，当该间隔体14为由基于纤维素纤维的硬纸板制成时，使用木材胶黏剂类型的粘合剂时界面连接效果最佳。
[0126]当间隔体14由另一材料制成时，纤维素被证明是可与大量不同类型的粘合剂相容，包括亲水性类型和疏水性类型。
[0127]当被层16中存在的聚合物适当润湿时，该纸制片材22A，22B作为三明治类型的结构中的多用途界面出现。
[0128]图3和图4示出了应用于根据本发明的第一方法中的装置50，该装置用来生产部件10。
[0129]上述装置50包含加热单元52和用于将复合体12A，12B模塑成型的单元54，模塑成型单元54优选地能够完成将复合体12A，12B装配到间隔体14上的操作，当后者存在时。
[0130]加热单兀52包括用于支撑基层56的至少一个壁54A, 54B以及用于加热基层56的元件58。
[0131]如图3所示的实施例中，上述单元52包括至少两组彼此相对设置的壁54A，54B，用于分别预成型第一复合体12A和第二复合体12B。
[0132]每组彼此相对设置的壁54A，54B限定出中部空间60。优选地加热元件58设置于每一壁54A，54B中，并通过与层56接触直接将层56加热。
[0133]此外，这些加热元件58安装在能施加10公吨力的小功率动力压力机上，以挤压复合体12A，12B并且润湿片材22A，22B。
[0134]模塑成型单元54由模具70组成，该模具70包括第一中空半模70A和第二中空半模70B及两者限定形成的模腔72。
[0135]上述单元54进一步包括用于调节半模70A，70B温度的元件。
[0136]根据本发明的部件10第一生产方法现说明如下。
[0137]本生产方法包括预制成型每一复合体12A，12B的阶段，并优选地包括将每一复合体12A，12B安装在间隔体14上的阶段。
[0138]上述预制成型阶段包括准备基层56的步骤，该基层56由陶瓷纤维和热熔性聚合物材料纤维的混合物构成，然后还包括加热和挤压基层56以使得聚合物材料纤维熔融并使得熔融聚合物粘附到陶瓷纤维上的步骤。
[0139]上述施加的压力一方面使热量被传递，另一方面使复合体12A，12B被压缩至所需山/又ο
[0140]在准备步骤中，提供了由陶瓷纤维和热熔性聚合物形成的基层56，将该基层56切害I]，使其具有对应于上述复合体12A，12B尺寸的外轮廓。
[0141]生产基层56优选地采用置气(airlay)法或空气分散法，使简便地处理任何种类的纤维混合物成为可能。也可通过标准的干燥途径(梳理后涂覆)生产。制造完成后，该层常常通过针刺加固，使之更易处理。
[0142]如上所述，在基层56中，热熔性聚合物的质量百分比优选地在30%至70%之间，陶瓷纤维的质量百分比在70%至30%之间。
[0143]基层56具有特定的机械强度。该层的比重例如在80kg/m3至150kg/m3之间。
[0144]基层56的厚度大于5mm,例如在7mm至12mm之间。
[0145]其次，每一基层56覆盖有至少一个上述的多孔材料片材22A，22B。优选地，基层56设置于两片材22A，22B之间。
[0146]如上所述的多孔材料片材22A，22B例如是基于纸或基于纤维网制成的，第一多孔材料片材22A设置于基层56的第一面上,第二多孔材料片材22B设置于基层56的第二面上。
[0147]再次，在加热步骤中，将相对的面上设置有片材22A，22B的每一基层56置入加热单兀52,使其背靠一壁54A, 54B。
[0148]然后，将每一基层56加热至一温度，该温度高于形成聚合物纤维的聚合物的熔融温度。加热的持续时间超过10秒，尤其是在30至45秒之间。上述温度例如高于200°C，尤其是在250°C至270°C之间。
[0149]每一基层56也被压缩至所需密度，即在500kg/m3至1500kg/m3之间。从而，当复合体12A，12B在加热单元52中制成时，为减小基层56的厚度，两壁54A，54B之间的基层56被压缩。上述厚度的减小比率大约为5，优选地比率为10。从而，基层56最初的厚度在12mm至7mm之间，之后，加热单兀中两壁54A, 54B之间的基层56厚度在2mm至0.5mm之间，该厚度近似地对应于上述复合体的最终所需密度。
[0150]上述施加的压力相对较低，大约为6巴，该压力可由10公吨力的压力机产生，与模具相连的压力机具有大约100-200公吨力的明显更大的压力施加能力。
[0151]加热单元52的上述加热持续时间使得将热熔性纤维加热至高于熔融温度成为可能。上述纤维熔融后的聚合物至少部分地为液态，并且渗入陶瓷纤维之间。上述片材22A, 22B避免了低粘度的聚合物粘附到壁54A，54B上。
[0152]在层16的“预制成型”的步骤4中或者复合体12A，12B的“预制成型”的步骤4中，将其称为预制的层16或预制的复合体12A，12B。实际上，上述这样的复合体并未真正成型，因为严格来讲，聚合物仍旧是熔融的，并未形成复合体的基体。
[0153]这样的中间产品仍可被处理，恰恰由于上述片材22A，22B的存在，该中间产品易从加热单元中取出。
[0154]需要注意的是，因为陶瓷纤维的回弹性以及基体尚未成型，一旦从加热单元中移出上述中间产品，预制的层16可能会恢复一些厚度。因而预制的复合体12A，12B的密度接近复合体12A，12B的最终密度。预制的复合体12A，12B和最终的复合体12A，12B间的密度差在50%至100%之间。
[0155]熔融聚合物的表面张力例如在20达因/厘米至40达因/厘米之间以确保有效润湿陶瓷纤维24。
[0156]意想不到地，上述片材22A，22B将液态聚合物和陶瓷纤维24保持住并且使熔融聚合物或陶瓷纤维不与模具的壁54A，54B接触。
[0157]当上述片材22A，22B是基于纤维素纤维的纸时，考虑到相对较短的加热持续时间(少于50s)和其被限制在壁54A，54B之间，纸中的木纤维得以保持其完整性。不会有氧气来引发用于制成片材22A，22B的纸燃烧。
[0158]熔融聚合物部分地渗入上述片材22A，22B,使该片材22A，22B在冷却后与基体16结合，从而确保应力的连续性。
[0159]与加热步骤同时，将连接料涂覆到预先被切割至所需尺寸的间隔体14的两个面上,例如通过辊涂机来涂覆。
[0160]如图3所示的实施例中，将每一预制成的复合体12A，12B置入两半模70A，70B之间的模腔72中，同时，将间隔体14置于预制成的两复合体12A，12B之间。两壁70A，70B优选地维持在所需设定的恒定温度，该温度优选地对应于层56中存在的聚合物的结晶温度。
[0161]然后，使得上述壁70A，70B彼此靠近以同时压缩预制成的复合体12A，12B并确保复合体12A，12B和间隔体14之间的压力。维持预制成的复合体与壁70A，70B接触的持续时间超过10s，尤其是在30s至45s之间，以确保聚合物适度地结晶。然后，存在于两壁70A和70B之间的模腔72厚度对应于最终部件的指定厚度。特别地，压缩预制成的复合体形成最终的具有所需指定密度的复合体12A，12B，该复合体12A，12B的基体由重结晶并固化的聚合物形成。
[0162]因为加热步骤中先前的压缩完成了复合体12A，12B的预成型，上述壁70A，70B施加的压力可以相对较低，从而保护了间隔体14。
[0163]间隔体和预制的层16间片材22A，22B的存在将压力从间隔体转移到预制的层16，尤其是当间隔体为蜂窝状结构时，从而防止蜂巢状结构的壁穿刺入预制的层16中。
[0164]因此，根据本发明的部件10不会遭受“下垂”，“下垂”会引起复合体12A，12B的密度变化，并导致整个三明治结构性能下降。
[0165]通过热传导传递至模具的全部部分的两壁70A，70B的温度可用来加速间隔体14和片材22A，22B间的粘合剂的固化。
[0166]接着，如图7所示，当模具70部分地闭合，间隔体14插入两预制的层16之间时，每一容纳于两片材22A，22B之间的预制的层16的形状与容纳它的腔体的形状互补。
[0167]通过硬化聚合物而形成成型层16的基体。优选地，聚合物出现至少部分的再结晶，以产生更好的机械性能。从而每一复合体12A，12B得以形成。
[0168]施加在上述片材22A，22B上的压力强化了粘合剂的粘合及每一复合体12A，12B与间隔体14的连接。尤其是在上述片材22A，22B由纤维素纤维的纸制成以及间隔体14由硬纸板制成的情况下。在这样的情况下，适于粘合纤维素纤维的单一木材粘合剂可来形成上述连接。
[0169]可以选择所使用的粘合剂的粘度和表面张力，以使粘合剂通过毛细作用渗入上述片材22A或22B中未被上述聚合物所渗透的那部分厚度。从而，在与间隔体14的接触部位，上述片材22A或22B被聚合物或粘合剂完全渗透。这确保了复合体12A，12B与间隔体14之间的连续性，从而不会产生脆化区。
[0170]接着，将成型的部件10从模具70中取出。
[0171]因而，相比标准方法制造的部件，根据本发明的方法使得获得尤其轻质的部件10以及具有优良的机械性能成为可能。
[0172]值得注意的是预制形成复合体12A，12B的步骤和将粘合剂浸溃到间隔体14表面上的步骤大体上具有相同的持续时间，并且都在模塑成型步骤期间完成。因而一个周期的持续时间绝不会受影响，从而确定了持续约45s的特别有利的周期时间。
[0173]进一步的，由于本方法只要求调节模具的恒定温度，其应用简便，制成的部件10使用简便。通过将陶瓷纤维24和聚合物基体26完全限制在两片材22A，22B之间，降低了本方法的使用者和操作者受伤害的风险。
[0174]优选地，选择具有高的熔体流动指数的PET聚合物导致了非常有利的机械性能。
[0175]在进行弯曲性能测试时的高于85°C的温度下，热塑性聚合物例如PET的温度仅比其玻璃化温度高出约10°C，且此温度仍低于其结晶温度。
[0176]它的特征，尤其是弹性模量，相比其在室温时变化极小，这不同于用来制备用于Sommold的纤维的等规聚丙烯。等规聚丙烯实际上的玻璃化温度约为_10°C，结晶温度约为60。。。
[0177]当聚合物纤维来源于具有高熔体流动指数(MFI)的聚合物时，这一意想不到的效果是特别显著的。已知聚合物弹性模量对应于平均分子量M，该平均分子量M表征了构成聚合物的高分子链的平均长度。上述平均分子量越高，聚合物的弹性模量就越高。该平均分子量M也决定了熔体流动指数。该平均分子量M越低，熔体流动指数就越高(热粘度就越低)。
[0178]意想不到地，即使熔体流动指数在30g/10min至60g/10min之间(本身所对应的弹性模量的值约为3000至5000MPa)，仍提高了复合体12A，12B的机械性能。
[0179]图11的曲线示出了根据本发明的复合体12A，12B在给定的挠曲力F的作用下的伸长率A的变化(曲线200)，与之相比的是具有相同重量和相同比重的基于Sommold制成的复合体(曲线202)。
[0180]不受任何理论的约束，本发明人相信，诸如12A，12B的复合体成型过程中，熔融聚合物对玻璃纤维的蠕变和润湿效应具有绝对优势，尤其是聚合物为PET的情形。采用在固态下机械性能弱、而在加工过程中的高温条件下具备很低粘度(高的熔体流动指数)的聚合物来对玻璃纤维进行润湿和大量涂覆，相比较于采用具有高模量、但熔体流动指数低的聚合物来形成部分固化的涂层，前者提高了机械性能。玻璃和聚合物之间化学亲和力低从而需要好的涂覆质量，这更突显了上述有益效果。
[0181]当熔体流动指数增加，聚合物表面张力减小。玻璃纤维具有的表面张力高，使其易被任意类型的聚合物润湿。但是，在垫层由纺织品通过置气(airlay)法制备的方法中，存在于聚合物纤维上的胶料被转移到玻璃纤维上，从而玻璃纤维获得了低很多的表面张力。熔融聚合物的熔体流动指数高，导致其表面能低，这因而被证明是一个额外的优势。
[0182]另一个参数是根据本发明的复合体的密度，该密度在模塑成型后可获得。例如由50%的玻璃纤维(密度约为2.5即2500kg/m3)和50%的PET纤维(密度约为1.35即1350kg/m3)构成的复合材料的最大密度理论值约为1.9。采用本发明的方法，通过使用具有高熔体流动指数的聚酯，在由加热板施加的低压下(甚至在约为6.15Pa的低压下)就可以达到上述值。
[0183]然而，在采用具有很低的热粘度和低的表面张力的Sommold型材料的方法中，使用上述熔融流动指数范围的聚合物，其效果并不完全令人满意。聚合物润湿(wet) 了所有表面并且牢固地粘附于其上，甚至对于表面能很低的表面(如硅树脂表面)也是如此，因而接触加热方法无法被使用。
[0184]上述片材22A，22B的存在通过允许接触加热弥补了关于熔体流动指数的这一负面效果，并且有助于加强复合体12A，12B的精细结构的机械性能，并且还没有显著增加重量。
[0185]可选地，如图2虚线所示，包覆层90可同时加装于两个或加装于任意一个复合体12A, 12B 上。
[0186]在此，粘合剂如聚乙烯粘合剂可作为粉末沉积于包覆层90和/或片材22A，22B上。然后就可以将包覆层90粘附于上述片材22A，22B上。
[0187].可选有利地，在将覆盖有片材22A，22B的每一复合层置入模具70之前，将包覆层90设置于模具70内。在部件10于模具70内成型期间，将每一复合体12A，12B装配在包覆层90之间，模具的120°C左右的温度使得聚乙烯粉末熔融。
[0188]另一可选的，一个聚乙烯/聚酰胺/聚乙烯三层结构的薄膜(图中未示出)加装于模具70中，该三层结构的薄膜设置在织物包覆层90和片材22A，22B之间。上述薄膜与聚乙烯粉末作用相同，即为通过聚合物组分的熔融来确保包覆层的粘合。但是，这里的聚酰胺膜层保留了其完整性且能够对水密封。使用此薄膜可以允许在潮湿环境下使用纸制的片材。
[0189]另一可选的，片材22A，22B由纸构成，该纸具有特定的纹理和选定的外观，例如具有美学效果的光泽纸。
[0190]如FR2925910所述，这里所使用的纸可以经过各种处理，以使其一个面具有疏水性。
[0191]另一可选地，用于组成同一复合体例如12A的片材22A和22B可以是不同的类型。例如，用于粘附到间隔体14上的片材22A可由纸构成，而用于接触包覆层和/或因而构成功能性界面的片材22B可以是玻璃网，从而避免了涉及可能存在的水的问题。
[0192]在后一种情况下，特别好理解，上述片材22A，22B不仅具有帮助通过接触加热制成复合体12A，12B的辅助操作的作用，而且具有增强部件10的机械性能的作用，该增强作用是通过优化与间隔体14之间粘合效果的界面连接作用以及对于复合体12A，12B的内部加强作用来实现的。
[0193]通常，存在于上述三明治材料结构的部件10中的4个片材22A，22B可以是不同的种类和/或不同的表面质量，以便更好的满足目标部件结构、功能或美学的要求。
[0194]上述片材22A，22B可在使用任意类型热塑性聚合物生产复合材料的情况下推广使用。
[0195]特别地，基体16可以由聚烯烃聚酯或热塑性聚酯组成，该聚酯的性能较低，如生物源的聚酯(例如聚乳酸:PLA)。由于片材22A，22B的存在，其界面的性能使得室温下生产具有良好性能(尤其是弯曲性能)的三明治结构型复合体成为可能。
[0196]进一步地，根据本发明的具有硬纸板制的间隔体的复合材料制的部件10可回收利用。事实上，碾磨后，硬纸板中的纤维素组分易于分离，例如通过离心分离。对应于片材22A, 22B的部分与热塑性聚合物组分不易分离，但其在可回收利用的材料中所占质量百分比很低(约2-5%)，类以于填料。
[0197]这种类型的可回收利用材料尤其可使用在同类型的复合部件中，该可回收利用材料根据所需性能不同，所占比率亦不同。
[0198]如图10所示的根据本发明的第二部件110，如图10所示的部件110例如用于制成机动车设备生产中的一个中间部件。该中间部件10由单一的复合体12A构成，该复合体12A包含一如上所述的复合中心层16，该复合中心层的第一面18和第二面20上分别装配有第一片材22A和第二片材22B。基体26的聚合物将中心层16的陶瓷纤维24粘附在一起，并且部分地渗入每一片材22A, 22B中而被限制在两片材22A, 22B之间，提高了复合体12A的机械性能，强化了片材22A，22B与层16的结合。
[0199]进一步地，基体部分地渗入片材22A, 22B，从而片材22A, 22B保留了多孔性部分，该多孔性部分形成了连接其它层例如包覆层的优先位点，这些多孔性部分可以被连接料例如粘合剂浸溃进入。
[0200]为了制得上述部件110，所采用的方法与获得三明治结构的部件10的方法大体相同，区别在于，上述模具仅配置有对应于单一复合体12厚度的模腔72，以及无需准备间隔体14。
【权利要求】
1.一种机动车部件(10)的生产方法，包括以下步骤: -准备基层(56)，其包括陶瓷纤维和热熔性聚合物纤维； -加热并压缩所述基层(56)到至少一个支撑壁(54A)上，使所述热熔性聚合物纤维熔融并使得熔融聚合物粘附到所述陶瓷纤维上，以获得预制层； -将所述预制层置于加压模具中以制成成型层(16)，所述成型层中的聚合物优选为至少部分结晶的聚合物； 其特征在于，所述方法包括:在加热步骤之前，将第一多孔材料片材(22A)设置在所述基层(56)的第一面(18)上，将第二多孔材料片材(22B)设置在所述基层(56)的第二面(20)上，每一所述多孔材料片材(22A，22B)厚度均小于成型层(16)的厚度，熔融聚合物材料被限制在所述多孔材料片材(22A，22B)之间，所述熔融聚合物材料来自加热步骤中的热熔性聚合物纤维，在制成成型层(16)后，所述多孔材料片材(22A，22B)与成型层(16)结合以形成第一复合体(12A)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每一所述多孔材料片材(22A，22B)的表面质量小于100g/m2,优选小于85g/m2,尤其是小于60g/m2。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一多孔材料片材(22A)和第二多孔材料片材(22B)的至少其中之一由纸制成或由通过机械结合或树脂粘合而形成的平面纤维网制成。
4.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一片材(22A)的表面张力和/或所述第二片材(22B)的表面张力小于60达因/厘米，尤其是在40达因/厘米至60达因/厘米之间。
5.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一片材(22A)和/或所述第二片材(22B)的气凌力大于25N.s/m3，尤其在25N.s/m3至100N.s/m3之间。
6.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一片材(22A)基于纸制成，所述第二片材(22B)基于通过机械结合或树脂粘合而形成的平面纤维网制成，优选地为陶瓷材料的网。
7.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述热熔性聚合物纤维是包含聚酯的纤维，尤其是包含聚对苯二甲酸乙二醇酯的纤维。
8.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，加热步骤后，熔融聚合物在每一所述多孔材料片材(22A，22B)中的最大渗透厚度小于每一所述多孔材料片材(22A，22B)厚度的90%，优选地在每一所述多孔材料片材厚度的50%至90%之间。
9.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，还包括制造第二复合体(12B)，优选地，采用与制造第一复合体(12A)所使用的步骤相同的步骤， 所述方法还包括将所述第一复合体(12A)和所述第二复合体(12B)设置在中间间隔体(14)的相对的面上，优选地所述中间间隔体(14)为由纤维材料制得的中间间隔体。
10.一种机动车部件(10、110)，其特征在于，包括至少一个复合体(12A，12B)，所述复合体包括由聚合物材料基体(26)将陶瓷纤维(24)粘附在一起而形成的层(16)，所述聚合物材料基体(26)由热熔性聚合物纤维获得且优选为至少部分地结晶，所述复合体(12A、12B)包含设置在成型层(16)第一面上的第一多孔材料片材(22A)和设置在成型层(16)第二面上的第二多孔材料片材(22B)，每一所述多孔材料片材(22A，22B)厚度均小于所述成型层(16)厚度，所述聚合物材料基体(26)被限制在所述多孔材料片材(22A，22B)之间，每一所述多孔材料片材(22A，22B)与所述成型层(16)结合。
11.根据权利要求10所述的部件(10、110)，其特征在于，每一所述多孔材料片材(22A, 22B)的表面质量小于100g/m2，优选小于85g/m2，尤其是小于60g/m2。
12.根据权利要求10或11所述的部件(10、110)，其特征在于，每一所述多孔材料片材(22A, 22B)选自纸材或者通过机械结合或树脂粘合而形成的平面纤维网。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的部件(10、110)，其特征在于，所述热熔性聚合物260°C时的熔体流动指数超过20g/10min,优选地在30g/10min至60g/10min之间。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的部件(10、110)，其特征在于，所述基体(26)由包含聚酯尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯的热熔性聚合物纤维制成。
15.根据权利要求10-14中任一项所述的部件(10、110)，其特征在于，包括第一复合体(12A)和第二复合体(12B)，每一所述复合体(12A、12B)包括成型层(16)，所述成型层(16)由聚合物材料基体(26)将陶瓷纤维(24)粘附在一起而形成，所述聚合物材料基体(26)由热熔性聚合物纤维获得且优选为至少部分地结晶，每一所述复合体(12A、12B)包含连接在成型层(16)第一面上的第一多孔材料片材(22A)和连接在成型层(16)第二面上的第二多孔材料片材(22B)，每一所述多孔材料片材(22A，22B)厚度均小于所述成型层(16)厚度，所述聚合物材料基体(26)被限制在所述多孔材料片材(22A，22B)之间，每一所述多孔材料片材{22k, 22B)与所述成型层(16)结合， 所述第一复合体(12A)和所述第二复合体(12B)连接在间隔体(14)上，所述间隔体(14)尤其是由纤维材料制得的间隔体，例如纸板间隔件。
【文档编号】B29C43/18GK104159720SQ201380013327
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年3月5日 优先权日:2012年3月9日
【发明者】史蒂夫·热内斯, 瓦勒黑·马塞尔 申请人:佛吉亚汽车工业公司