本发明通常涉及一种通过多重注塑方法形成的车辆挡板组件。更具体地，本发明涉及通过在同一个注塑模具中使用两次或三次注塑方法所形成的多层挡板。
背景技术：
为了减少车辆油耗，汽车行业一直专注于使用轻质材料，如铝和中空车架。这些轻质材料通常缺乏用于车辆的结构完整性和碰撞耐久性的足够的强度。中空车架还可导致强度降低和车内噪音与振动增加。汽车工业已经使用了嵌入件，如挡板，以提高车架强度、刚度，并提供了减少车内噪音、振动和声振粗糙度(nvh)的措施，同时仍然保持车架的轻质属性。这些挡板中的一些可以是多层挡板。
多重注塑方法提供了一种用于车辆部件简化定制的制造方法，而无需额外的制造步骤或工具。在形成多层部件时，注塑允许两层或更多层的不同材料在一个注塑模具中成型，而不需要在不同的模具里形成单独的层并包括连接装置与连接步骤的一个步骤。
美国专利us7841647，us7494179和us7503620公开了用于形成具有可膨胀材料的载体双重注塑方法。但是，用于形成第二载体层，声学层，附加特征，其它不同层或其组合的三重或四重注塑方法并没有被公开。另外，结合嵌入注塑的单次注塑方法或者结合两个或多个层的同时注塑的二次注塑方法未被公开。
因此希望形成一种多层挡板结构，其有助于降低噪声，振动和声振粗糙度(nvh)，并提高车内结构刚度，提高车辆结构碰撞耐久性，或其组合。希望形成一种多层挡板结构，其提供一载体层，一密封层，可提供第二载体层、第二密封层、紧固层、声学层、膨胀层、增强层、保护层或封装层的一附加层。一个或多个层可包含一种可膨胀(例如可激活的)材料。
技术实现要素：
本发明通过提供一种多层挡板结构克服了上述一种或多种需求，所述多层挡板结构具有第一载体层和选自可膨胀层、密封层、声学层、粘接层、增强层、紧固层、第二载体层、保护层、封装层、或其组合的第二层和第三层。所述挡板结构可以通过单次，两次，三次或甚至四次注塑方法形成。注塑方法可仅在一个模具中进行。所述注塑方法可包括嵌入注塑。所述注塑方法可通过二次制造过程实施或者随后进行二次制造过程，如挤出或拉挤成型。
本发明提供了一种装置，如一种多层挡板，包含：(a)具有预定形状的载体，包括具有纵轴的至少一个部分，并且具有一外表面，所述外表面具有第一端和第二端；(b)第一种可膨胀材料，能够被激活以在第一激活条件下膨胀，接触并粘附到限定一空腔的壁，以使得其至少部分地填充所述空腔；其中，与其初始状态相比，所述第一种可膨胀材料能够膨胀约25％至约400％；(c)注塑的第二种可膨胀材料，能够被激活以在第二激活条件下膨胀，接触并粘附到限定该空腔的壁，以使得其至少部分地填充所述空腔，于是所述第二种可膨胀材料处于紧密接触状态；与其初始状态相比，所述第二种可膨胀材料能够膨胀约200％至约5000％；其中，所述第一种可膨胀材料、所述第二种可膨胀材料或其组合，在激活后单独地或与所述载体结合一起膨胀以形成所述空腔的完全密封。
所述第一种可膨胀材料可以是结构层。所述第二种可膨胀材料可以是声学材料。所述第二种可膨胀材料可以是密封剂。所述装置可以没有用于将第一种可膨胀材料或第二种可膨胀材料连接到载体上或将第一种可膨胀材料和第二种可膨胀材料彼此连接的任何单独的紧固件或粘合剂。所述第一种可膨胀材料可被注塑成型。所述载体可包含金属材料，聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)，尼龙，或其组合。所述载体、所述第一种可膨胀材料和/或所述第二种可膨胀材料可包括一体成型的柱。所述载体、所述第一种可膨胀材料和/或所述第二种可膨胀材料可具有分型线和/或浇口痕迹。所述第一种可膨胀材料和/或所述第二种可膨胀材料各自可为单一的连续件。所述装置可适用于围绕边缘完全或部分封闭的空腔。所述载体可以是嵌入成型的。所述装置可包含第四种材料。所述载体可由第一载体层和第二载体层构成。所述第二载体层可为所述第四种材料。所述第四种材料可被嵌入成型。所述第四种材料可为纤维增强型材料。所述第二种可膨胀材料可位于所述载体的第一端或/和第二端上。所述第一种可膨胀材料和所述第二种可膨胀材料可以彼此不相接触。所述载体可包括膨胀引导特性。所述膨胀引导特性可防止所述第二种可膨胀材料干扰所述第一种可膨胀材料的接触面。
本发明还提供了一种形成装置的方法，包括：(a)将载体置于模具中；(b)在该模具中注塑第一种可膨胀材料；并且(c)在该模具中注塑第二种可膨胀材料。
本发明还提供了一种形成构件的方法，包括：注塑第一载体层；注塑第二层，所述第二层选自以下所组成的组：可膨胀层，密封层，声学层，粘接层，增强层，紧固层，第二载体层及其任意组合；并且注塑第三层，所述第三层选自以下所组成的组：可膨胀层，密封层，声学层，粘接层，增强层，紧固层，第二载体层及其任意组合；第一载体层、第二层和第三层在一个注塑模具里成型。所述方法可包括挤出或拉挤成型步骤。
具体实施方式
本发明包括一种多层挡板结构，其具有可以是载体层的第一层，第二层和第三层，所述第二层和第三层选自：可膨胀层，密封层，声学层，粘接层，增强层，紧固层，第二载体层，保护层，封装层，或其组合。所述结构可包括与所述第一层一起模制成型的第四层，以提供一载体，其包含多种载体材料。任何一层均可二次成型一紧固装置和/或加固件。所述紧固装置和/或加固件可包括一种或多种金属材料，聚合材料，纤维材料(其可为非织物或织物材料)，或其结合。本发明提供了一种多层挡板结构，其可适于在空腔中使用。例如当设置在空腔内的时候，所述多层挡板结构围绕边缘完全地或部分地封闭。任何一层可包括用于将构件连接到空腔的装置，如车辆空腔。
本申请要求于2014年11月14日提交的美国临时专利申请no.62079673和于2015年9月18日提交的美国临时专利申请no.62220288的优先权，出于所有目的，这些申请的内容通过引用并入本文。
所述第一层可包括聚合物材料。示例性材料包括热塑性塑料，橡胶，弹性体和热固性材料，包括聚酯，聚丙烯，聚酰胺，模塑料(例如，片或块状模塑料)，聚乙烯，聚氯乙烯，聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)，其组合或类似物。所述第一层可包含尼龙材料。所述第一层可包含金属材料。所述第四层也可包含聚合材料，包括上面列出的任何一种，尼龙材料和/或金属材料。所述第一层和所述第四层可被结合以形成一载体。相比所述第四层，所述第一层更不易延展和/或更刚硬。第四层的延展性可以使得其容易适应于接受用于将构件连接到车辆空腔的结构。所述第一层可为第一载体材料。所述第四层可为第二载体材料。
任何可膨胀层可包括基于环氧树脂的泡沫，激活后其可表现为热固性材料或热塑性材料。示例性的材料包括聚合物基材，如环氧树脂或乙烯类聚合物，当与适当的成分化合的时候(通常发泡剂和固化剂)，一旦施加热量或发生特定的环境条件，它们会以可靠的和可预测的方式膨胀并固化。可膨胀层可为一种室温固化材料，其可由于化学或物理刺激而活化。从化学角度来看，对于热活化材料，结构泡沫通常在固化之前最初被加工成可流动的热塑性材料。其可在固化时交联，这使得材料不能进一步流动。所述可膨胀层可具有比所述第一层的活化温度或熔融温度更高的活化温度或熔融温度。如果存在一个或多个可膨胀层，那么所述一个或多个可膨胀层可具有相同的活化温度或不同的活化温度。合适的可膨胀层的例子可在美国专利us7892396、us7313865、us7125461、us7199165，以及公开的美国专利申请us2004/0204551，2007/0090560，2007/0101679，2008/0060742和2009/0269547中找到；出于所有目的，这些申请各自通过引用的方式并入本文。其它合适的材料可以是市售的l-5520和l-2821，可从密歇根州的罗密欧村的l&lproducts有限公司获得。合适的可膨胀层也可认为是合适的结构层，密封层，声学层，粘接层，增强层，紧固层，第二载体层，保护层，或封装层。举个例子，一个层可提供一种密封性能，但也可为提供声控的可膨胀材料。可膨胀层可覆盖或保护环氧基材料。例如，所述可膨胀层可保护一种或多种环氧基材料免受潮湿。所述可膨胀层可封装环氧基材料。合适的密封层可包括环氧基材料。可在本文中使用的环氧树脂是指，含有至少一个环氧官能团的任何常规的二聚、低聚或聚合环氧材料。这种材料可为含环氧材料，具有可通过开环反应进行聚合的一个或多个环氧乙烷环。在优选的实施例中，密封材料包括多达约80％的环氧树脂。进一步优选地，密封剂包括约10wt％至50wt％的含环氧材料。合适的密封材料如美国专利us6350791，us6489023，us6720387，us6742258和us6747074；公开的美国专利申请2004/0033324和2004/0016564；以及wipo公开号wo02/086003，wo03/103921，wo03/072677，wo03/011954和wo2004/037509中所公开的那样，出于所有目的，所有这些都通过引用并入本文。如上所述，对于任何可膨胀层，合适的密封层也可以被认为是合适的可膨胀层，声学层，粘接层，增强层，紧固层，或第二载体层。
任何声学层可包括一种基于聚合物的声学泡沫，并且更具体地为一种乙烯基聚合物。任何声学层可包括布置为织物或非织物材料的纤维，其可被拱起和/或压缩并被模制成所需的形状。一种可发泡材料可基于乙烯共聚物或三元共聚物，其可含有c3～c8的α-烯烃共聚单体。特别优选的聚合物的例子包括乙烯乙酸乙烯酯共聚物，乙烯丙烯酸酯共聚物，epdm，或者它们的混合物。优选的市售的泡沫制剂的其它例子包括：基于聚合物的材料，可从密歇根州罗密欧村的l&lproducts有限公司商购，其名称为l-2105，l-2100，l-7005或l-2018。其它合适的材料被描述于美国专利us5266133，us5766719，us5755486，us5575526和us5932680中，出于所有目的，各自通过引用的方式并入本文。如上所述，对于任何可膨胀层，合适的声学层也可以被认为是合适的可膨胀层，密封层，粘接层，增强层，紧固层，或第二载体层。
任何粘接层或增强层可包括一种环氧基粘合剂。合适的粘合剂可包括一种或多种环氧组分，环氧/弹性体加合物，固化剂，促进剂，苯氧基树脂，核/壳聚合物，另外的聚合物/共聚物，发泡剂和填料。合适的粘合剂的例子被描述于美国专利us6846559和us7892396以及公开的美国专利申请us2008/0060742和2008/0308212，出于所有目的，这些内容通过引用并入本文。合适的粘合剂可为干燥接触或者可为粘性接触。这种粘合剂可为粉末粘合剂，其被喷涂到表面上或者被静电沉积至表面上。如上所述，对于任何可膨胀层，合适的粘接层和增强层也可以被认为是合适的可膨胀层，声学层，密封层，紧固层，或第二载体层。
合适的紧固层可被形成为包括位于其上的一种集成紧固件。所述紧固层可包括一种粘合剂组分。所述集成紧固件可为柔性的或刚性的。所述集成紧固件可由作为上述公开的载体层、粘接层、增强层、声学层、可膨胀层、或密封层的任何材料所形成。所述集成紧固件可为机械紧固件，例如螺丝紧固件，树形紧固件，推针紧固件等等。只要所述紧固件能将密封装置固定到空腔，所述紧固件也可以各种形状和各种构造而被提供，如柱状或片状。合适紧固件的一个例子在公开的美国专利申请us2010/0021267中被披露，出于所有目的，其通过引用并入本文。所述紧固件能够将多层或多种材料固定至一结构。合适紧固件的例子包括机械紧固件，夹子，垂片，压扣，卡扣，螺丝，挂钩，其组合等等。进一步地，可以预期的是，一个或多个紧固件可由单一材料和一层或多层材料一体形成。
所述载体可具有用于为空腔提供加固、密封、声阻尼等的任何合适的形状。安装于空腔内之前，所述载体可具有预定的形状。所述载体可具有至少一个具有纵轴的部分。所述载体包括一外表面。所述载体可包括第一端和第二端。所述载体可被注塑，如通过嵌入注塑。所述载体可由一层或多层构成。作为一个实施例，所述载体可由第一层和第四层构成。所述第一层可为第一载体材料。所述第四层可为第二载体材料。所述载体可包括一个或多个引导特性，其可在激活期间引导一层或多层。所述一个或多个引导特性可包括一个或多个膨胀引导特性，其可将一个或多个可膨胀层从初始状态引导至它们的膨胀状态。所述一个或多个引导特性可防止一个可膨胀层干扰另一个可膨胀层的接触面。所述载体可包括在载体的至少一部分上的一截流表面，优选地，所述截流表面垂直于纵轴。所述载体可以具有一个或多个表面，适于接受来自钢模的压力。所述载体可包括一个或多个肋条，用于提供额外的刚度或硬度。所述载体可包括一个或多个肋条，用于提供一种截流表面。所述一个或多个肋条的宽度为约0.1mm至约5mm，优选约0.5mm至约3mm，进一步优选约1mm至约2mm。所述一个或多个肋条可包含一上表面。所述上表面可与粘合剂基本上共面。在模制过程中，所述一个或多个肋条可提供载体的压缩，例如，如果载体是由尼龙制成的。例如，尼龙可被压缩，以使得密封材料在模制过程中不会从多层挡板泄漏。
所述第二层可包含可膨胀层。所述第二层可将结构加固提供给空腔和/或将结构支撑提供给载体。所述第二层可位于载体周围和/或设置于载体内。所述第二层可集中朝向载体的中心。所述第二层可以不设置于第一端，不设置于第二端，或者不设置于载体的两端。所述第二层可包含第一种可膨胀材料。所述第二层可被激活以在第一激活条件下膨胀。所述第二层可具有一初始状态和一膨胀状态。所述第二层可在第一激活条件下从所述初始状态膨胀至所述膨胀状态。所述第二层能够从其初始状态到其膨胀状态膨胀约25％至约400％。所述第二层可具有接触表面。在膨胀状态时，所述第二层可具有通过所述接触表面至少部分地接触空腔的壁的能力。在膨胀状态时，所述第二层可具有至少部分地粘附到空腔的壁的能力。在膨胀状态时，所述第二层可至少部分地填充空腔。所述第二层可以是结构性的。所述第二层可被注塑成型。所述第二层可连接至所述载体或/和所述第三层。所述第二层可以没有用于将所述第二层连接到载体或/和第三层的任何单独的紧固件或粘合剂。所述第二层在初始状态时可以不与第三层接触。所述第二层在膨胀之后可与第三层接触。
所述第三层可包含一可激活层，其可为可膨胀层。所述第三层可位于载体周围和/或设置于载体内。所述第三层可被设置于所述载体的第一端或/和第二端上。所述第三层可沿着所述载体的中心或中间布置。所述第三层可为声学层或/和密封层。所述第三层可为空腔提供声阻尼或/和密封。所述第三层可包括纤维部分。所述第三层可包含第二种可膨胀材料。所述第三层可被激活以在第二激活条件下膨胀或粘附。所述第二激活条件可与所述第一激活条件相同或不同。所述第三层可具有初始状态和激活状态。所述第三层可在第二激活条件下从所述初始状态膨胀到所述激活状态。所述第三层能够用于从其初始状态到其膨胀状态膨胀约200％至约5000％。在膨胀状态时，所述第三层可具有通过接触表面至少部分地接触空腔的壁的能力。所述第三层可与空腔的壁紧密接触。在膨胀状态时，所述第三层可具有至少部分地粘附到空腔的壁的能力。在膨胀状态时，所述第三层可至少部分地填充空腔。所述第三层可被注塑成型。第三层或/和第一层可在激活后单独地或与载体结合一起膨胀以形成所述空腔的完全密封。第三层可被连接至载体或/和第二层。第三层可被连接至或位于载体的第一端或/和第二端。所述第三层可以没有用于将所述第三层连接到载体或/和第二层的任何单独的紧固件或粘合剂。所述第三层可以防止干扰所述第二层的接触面，例如通过一引导特性，如载体的膨胀引导特性。所述第三层在初始状态时可以不与第二层接触。所述第三层在膨胀之后可与第二层接触。
第四层可以提供一增强层。所述第四层可以是所述载体的一部分。所述第四层可为第二载体材料。增强件可包含一种纤维材料，其可为纤维垫材料。第四层的延展性可高于第一层的延展性。所述第四层可以是金属材料的，聚合材料的，纤维材料的，或其组合。所述第四层可为可激活的材料。所述第四层可能被其它材料中的任一种二次注塑。
本发明还涉及一种形成多层挡板的方法，所述多层挡板可通过单次或多次注塑方法形成。所述多次注塑方法可以是两次注塑方法，三次注塑方法，或甚至四次注塑方法。所述注塑方法可在一个注塑模具中进行，从而消除了对额外的加工或制造步骤的需要。所述方法可在一个注塑模具中进行，所述注塑模具包含至少两个模具空腔。所述方法可包括：在第二层和/或第三层二次注塑之前，在第一模具空腔中注塑第一层和/或第四层。所述第一层和所述第四层使用阀浇口可基本上同时注塑，以控制所述第一层和所述第四层在所述第一模具空腔内的位置。所述注塑方法可包括：在一模具中提供载体，在该模具中注塑第一种可膨胀材料，在该模具中注塑第二种可膨胀材料。所述第一种可膨胀材料和所述第二种可膨胀材料可被同时注塑成型。所述第二层和所述第三层可被同时注塑成型。例如，所述第一种可膨胀材料和所述第二种可膨胀材料被同时注塑成型。同时模制所述第一种可膨胀材料和所述第二种可膨胀材料可提供一种两次注塑方法。所述方法可包括嵌入注塑所述第一层或/和所述第四层。所述注塑方法可允许一个或多个层形成为单个连续件。优选地，所述第二层或/和所述第三层均被形成为一单个连续件。所述注塑方法可包括嵌入注塑一个或多个层。例如，所述第一层或/和所述第四层可被嵌入注塑。嵌入注塑一个或多个层可提供一种单次注塑方法。所述注塑方法可导致第一层、第二层、第三层、第四层或其组合中的分型线或浇口痕迹。所述方法可包括挤出或拉挤成型的步骤，其中任何一种都可与任何注塑步骤一致。本文所述的任何一种材料都可通过挤出或拉挤成型工艺形成于本文所述的任何装置。
所述方法可进一步包括：将构件定位到空腔中，如车辆空腔。所述方法可包括激活一个或多个层以膨胀并粘附。例如，所述方法可包括激活第二层和/或第三层以使得多层挡板粘附到空腔。这种激活可能在暴露于热量时发生。可选地，作为本文所述的一种或多种材料之间的化学或物理相互作用的结果，激活可在室温下发生。
除非另有说明，本文列举的任何数值包括以一个单位递增的从下限值的到上限值的所有数值，条件是在任意下限值和任意上限值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果文中描述了组件的数量，属性，或者过程变量的值，如温度，压力，时间等，例如为1到90，优选20到80，进一步优选30到70，那么其意图表明中间范围值(如15-85，22-68，43-51，30-32等)在本说明书的教导范围内。同样地，各个中间值也在本发明的教导范围内。例如小于1的值，其一个单位被认为是0.0001，0.001，0.01或0.1，这样是合适的。这些仅是特定意图的例子，并且列举的下限值和上限值之间的所有可能数值的组合应被视为以类似的方式在本申请中进行了明确声明。可以看出，本文以“重量份”表示的数量也可被解释为在所表达的相同数量范围内以重量百分比计。因此，对“以所得聚合共混组合物计的‘x’重量份”这一范围的表述，也可被解释为在所表达的相同数量范围内的“以所得聚合共混组合物计的‘x’重量百分比”。
除非另有说明，全部范围包括两个端点和两个端点之间的所有数。“约”或“大约”与一范围的结合使用，适用于该范围的两端。因此，“约20到30”指的是涵盖“约20至约30”，并将至少指定的端点包括在内。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。