本发明涉及可以用作为车辆中的结构化和/或声学插入件的复合插入件的制造方法，以及包括复合插入件以及承载件的复合部件的制造方法，以及由所述方法所制造的插入件、部件以及预包装的插入件和部件。
背景技术：
传统的结构化和声学插入件由固体反应合成物在高温和高压下经由注射成型或挤出成型条件制成。这些现有技术的条件要求制造过程中的很多的时间与过程控制监测，从而维持最佳的设备操作状况以及产品品质。例如，因为高温条件被采用，所以设备以及合成物的高温必须被紧密地监控以将反应合成物保持在其固化温度以下。由于使得现有技术的固体合成物能够模制成型或者能够挤出成型所需的高热输入，所以模制成型的或挤出成型的插入件必须在成形之后给予很长的时间段来冷却，以减少从模具或其它处理装置取出的时候插入件的损坏和/或变形；这导致了增加的周期时间。注射压力通常是高的，平均在400巴最高至1000巴的范围内。因为使用了高压，所以用于在这些条件下注射成型或挤出成型所需的模(成型模)、冲模(挤出模)或其它设备是昂贵的。在模制成型过程中所采用的承载件也必须设计成经受这些高压。在成形之后，高压注射成型好的部件必须被脱模，而挤出成型的带通常被切成插入件。现有技术的插入件和部件然后经历各个包装的附加步骤，此后，它们被装运、解包装并最后在最终组装位置被放置在车内。
因为挤出成型的部件以挤出成型材料的带作为开始并且必须被切割尺寸，所以挤出成型的部件的另一个缺陷是受到限制的几何尺寸可用。由于通过使得材料经过冲模来产生带的挤出成型工艺的特性，所以最终的部件在x、y平面中具有可用的几何形状，但是在带被长度划分以形成各部件的z平面中具有非常受限的几何形状。
技术实现要素：
本发明提供了复合插入件的制造方法、以及包括复合插入件以及承载的复合部件的制造方法，其中所述制造是在低压以及低温注射成型或分配的条件下实现的，其中将复合插入件合成物注射或分配到具有玻璃转变温度的聚合物模中，所述玻璃转变温度高于复合插入件合成物注射成型或分配的最高温度、期望地高于所述温度5℃。
在制造复合部件的一个实施例中，该方法包括由具有40至250℃、期望地70至160℃的玻璃转变温度的聚合物形成用于复合插入件的聚合物模，所述聚合物模和承载件形成在它们之间设置的容腔，可选地聚合物模装配在承载件周围。
在每个实施例中，所述方法通过以下方式执行，将复合插入件合成物在15至100℃的低温以及零至10巴的低压条件下分配到容腔内，并然后允许合成物变得尺寸稳定。如果复合部件被制造，则合成物被允许在承载件周围变得尺寸稳定，从而产生复合插入件，其中所述复合插入件的至少一部分在聚合物模与承载件之间设置。如果仅仅复合插入件被制造，则合成物被允许在聚合物模内变得尺寸稳定，从而产生在聚合物模的容腔内设置的复合插入件。
在该方法的一个实施例中，复合插入件合成物是一种液体双组分合成物，其包括由异氰酸酯环氧混合物组成的第一组分以及由乙醇环氧混合物组成的第二组分，并且在低压注射之后，液体合成物形成了聚氨酯网络，其期望地具有一些交联键，提供了位于聚合物模内或附着至承载件的固态尺寸稳定的复合插入件。
复合插入件是尺寸稳定的，但是在制造之后并非充分硬化。第二硬化阶段(通常在利用复合插入件或部件制造车辆或其它物品的制造步骤例如涂漆或其它烘烤循环中)使得复合插入件合成物充分硬化。期望地，充分硬化可以源自于环氧反应等。最终的硬化导致了附着至任何可选的承载件以及利用复合插入件或部件制造车辆或其它物品的表面的硬化的复合区段。
本发明制造复合插入件的方法显著降低了包括分批制造成本、机械加工成本以及模制成型成本的总加工成本以及制造部件所需的开发时间。另外，通过将复合插入件包覆成型到承载件上而制造复合部件，在最终组装部位消除了例如将插入件固定至承载件的手工处理。此外，聚合物模可以提供包装以及运输优势，这是因为聚合物模直至恰好在最终组装之前可以仍位于复合插入件上，从而形成了预包装的复合插入件或复合部件。在本发明的说明书和权利要求书中，当数字范围被提供时，该范围将包括所有在所提到范围中找出的子范围。
附图说明
本发明的其它优点将容易理解，这是因为它们将通过参照以下详细说明同时考虑结合附图而更好理解，其中：
图1是用于本发明的方法的一个实施例的三个聚合物模以及一个承载件的立体图；
图2是用于形成根据本发明的聚合物模的聚合物片材的立体图；
图3是在本发明的一个实施例中使用以将聚合物片材成形为聚合物模的阳模(在这种情况下金属覆盖的)形式；
图4是在本发明的一个实施例中使用以将聚合物片材成形为聚合物模的阴模(在这种情况下金属覆盖的)形式；
图5是在聚合物模上支承的且进一步由模具支承的承载件的立体图；
图6是图5的一部分的放大立体图；
图7a是图5的模具、承载件以及聚合物模的剖视图，示出了承载件与聚合物模之间的容腔；
图7b是与图7a类似的本发明的另一实施例的剖视图，其中，可选的模具在将合成物分配到聚合物模的过程中并未使用；
图8是根据本发明的尺寸稳定的合成部件的一部分的立体图，其包括合成插入件以及承载件，所述插入件置于聚合物模与承载件之间，并且插入件的一部分以及聚合物模被切开以显示插入件的位置；
图9是图8的合成部件的绕其纵向轴线旋转180度后的立体图，示出了复合插入件周围的聚合物模以及承载件。
具体实施方式
参见附图，其中在多个视图中相同的附图标记代表对应的部件，复合插入件的制造方法以及包括连接在一起的复合插入件以及承载件的复合插入件的制造方法首先包括获取、成形或成形好(此后统称为“成形”)制造复合插入件中所用的聚合物模20。大体上在图1中示出了可以导致这种成形步骤的聚合物模20的一个实例。如图1所示实施例的聚合物模20包括用于接收作为可流动或低压可注射的材料被分配的复合插入件合成物的容腔30。容腔30在凸缘表面23处终止，其中所述凸缘表面围绕所述容腔并自其向外延伸。在该实施例中，聚合物模20具有外壁28并且是自支承的。
如图1所示的聚合物模20仅仅是根据本发明的聚合物模的通常实施例，并且只是出于说明本发明方法的目的被采用。另外，尽管聚合物模20被示出为在一端开口的单个模，但是聚合物模20还可以包括两个或多个聚合物模部分，所述聚合物模部分连接或连接到一起以形成聚合物模20，可选地形成封闭的或可以封闭的模。在聚合物模20是开放模的情况下，通过将复合插入件合成物分配到容腔30内并且允许合成物尺寸稳定可以形成复合插入件。聚合物模20的最终的设计和形状将取决于复合插入件的期望的形状以及复合插入件将一起采用的承载件的形状。另外，聚合物模20的设计和形状将考虑到复合插入件将要求具有的在制造或附接至承载件之后的任何性能特性或者在使用中所要求的那些性能特性例如结构加强和/或振动或声音抑制。
适于在本发明中使用的承载件非限制性地包括适于在车辆的结构部件中例如a柱、a柱加强件、b柱、b柱加强件、c柱、c柱加强件、摇臂、摇臂加强件、顶梁、顶梁加强件等中使用的承载件。在这些实例中，承载件经常由钢或铝制成，并且复合插入件的性能特性包括改进的结构化和/或声学性能针对结构化部件的贡献。制造复合插入件的方法并不限于那些机动车的结构化部件或者甚至承载件的以上提到的两种材料。实际上，该方法可以用于制造具有各种形状和设计的承载件一起使用的复合插入件，并且所述承载件还可以由各种其它材料例如碳纤维、纤维玻璃、塑料、其它金属、陶瓷、诸如木材或纤维加强的复合体、纸板等的各向异性材料制成。
如图2所示，聚合物模20可以由聚合物片材22形成，其中所述聚合物片材由具有这样的玻璃转变温度的有机或无机聚合物制成，所述玻璃转变温度高于复合插入件合成物的最大注射成型或分配温度，期望地至少高于所述温度5、10、15、20、25或30℃。构成聚合物片材22的聚合物可以选择成聚合物tg与最大注射成型或分配温度之差大于上述提到的温度差，如果为了将聚合物片材22形成为聚合物模20所需要的更高的温度或压力不会不恰当地干涉本发明的目的的话。
期望地，聚合物模20可以由具有至少40、45、50、55、60、65、70、75、80、85℃且独立地不超过250、200、150、100、95、90℃的增加优先级别的玻璃转变温度的有机聚合物。在一个实施例中，该方法包括由具有70与100℃之间的玻璃转变温度的聚合物形成具有容腔的聚合物模。有机聚合物将包括均聚物以及共聚物、无规、嵌段以及接枝。聚合物片材22的一个实施例包括诸如
如图3和4所示，在一个实施例中，聚合物模20可以通过在具有金属表面的两个模板24之间热压聚合物片材22以使得聚合物片材22达到其玻璃转变温度tg而被形成。模板24的表面241为聚合物模20提供了几何形状，所述几何形状反过来至少部分地为由聚合物模20制成的复合插入件提供形状。形成模板24的材料并不是特别限制的，前提是所述材料无法与聚合物片材22起反应并且足够耐用以承受将聚合物片材22改变成聚合物模20的期望形状的成形温度和压力。可选地，模板被加热至聚合物片材22的tg。聚合物模20还可以通过诸如真空成形、吹塑成形、热成形、蛤壳式成型(clamshellmolding)等的各种不同的其它合适方法被形成。
如图5所示，在复合部件被制造的实施例中，该方法通过以下措施来实现，即提供复合插入件将要附着在其上的承载件26、并且将聚合物模20与承载件26连接起来因而在它们之间形成容腔30。可选地，聚合物模20包围承载件26。正如更详细所讨论的，在复合插入件仅仅期望地附着至或附接至承载件26的一部分的特定实施例中，聚合物模20将仅仅包围承载件26的由复合插入件所期望的那部分。同样，与如上所讨论的聚合物模20类似，如图所示的承载件26仅仅是一种常见的实施例，并且示出了常见的u形承载件，其对应于如上所述聚合物模20的常见实施例的形状。最终将用于本发明方法的承载件26是其上期望附着复合插入件的承载件26。如图5和7a所示，承载件26至少部分地安坐在可以进一步由冲模40支承的聚合物模20中。可选的冲模40是有利的，这是因为冲模40可以在方法的随后步骤的过程中支承模20以及承载件26并且因而减小聚合物模20上的压力，促使更薄的聚合物片材和模的使用，并且避免了最终制造的复合插入件中的变形。然而，冲模40是可选的且不是执行本发明的方法所必须的。本发明的优点在于由于处理的更低的压力和温度，所以在该实施例中有用的冲模无需满足针对高压和/或高温注射成型的规定。在本发明中有用的冲模仅仅需要厚到足以在冲模没有变形的情况下经受所述方法的分配压力和温度。合适的冲模材料可以包括刚性聚合物、木材、复合物以及诸如钢或铝的金属。冲模也可以是模块化结构。低压注射成型的另一个优势在于低压允许在选择的位置处将加强或其它坚硬材料引入到容腔中，然后产生复合插入件，其中所述复合插入件在插入件的选择的部位处包括所述坚硬材料，显著改进插入件的整体性能。高压注射成型大体上由于被施加以充满模的压力而将任何固体或纤维排出位置。在申请人的发明中，压力可以被选择成在分配布置之前或之时，可以执行将与承载件和/或复合插入件合成物不同的插入件加强材料定位在容腔内以后或多个所选的容腔位置的操作，从而所述插入件加强材料在插入位置被结合到所述插入件中，其中所述插入位置是在所述插入件中与所述一个或多个所选的容腔位置对应的部位。
如图7b所示，在复合部件被制造的一个实施例中，聚合物模20以及承载件26连接起来以使得聚合物模20在其与承载件26之间形成容腔30。在该实施例中，凸缘表面23包括用于与承载件26上的对应承载凸缘表面27接触的干涉表面25。该方法可以包括利用以下措施将聚合物模20紧固至承载件26，所述措施包括例如借助于紧固件、凸片、夹具、销、焊片等的非限制实施例的附连部32；以及在聚合物模20和/或承载件26的结构中设置的独立特征例如脊部、位于模和承载件的凸缘所在表面之外的匹配表面例如棘爪。附连32可以仅仅包括聚合物模20与承载件26之间的表面干涉配合。在所有这些实施例中，附连部32被用于产生聚合物模20与承载件26之间的容腔30的液密性密封。尽管可以提供在将复合插入件合成物分配或注射到容腔30内的后续步骤过程中允许空气从容腔30跑出的液密性密封件，但是期望的是空气仅仅在所选的部位从模被抽出，在增加的优先级别方面模20中不超过10、8、6、4、2、1个抽气部位。
另外，在复合插入件仅仅期望粘附或附接至承载件26的一部分的情况中，密封限定了复合插入件的界限或边界。例如，聚合物模20可以包围承载件26的一部分，其中复合插入件期望将位于该部分上，并且在后续分配或注射步骤中，复合插入件合成物将仅仅流动并且形成插入件本体直至密封。因此，通过使用聚合物模20以及附连部32，该方法可以提供在承载件26的仅仅一部分上形成复合插入件。
如前所述，在该方法的一个实施例中，仅仅复合插入件被制造并且因而无需使用承载件26。实际上，在该实施例中，聚合物模20可以被形成以创造开放容腔，其中复合插入件合成物以低压被分配或注射到所述开放容腔内。替代性地，聚合物模20可以被形成为容腔30由聚合物模20包围，因而限定封闭容腔。容腔30可以通过将两个对立的聚合物模20连接在一起而被形成，或者聚合物模20以及因而容腔30可以通过各种不同的其它合适方法例如真空成形、吹塑成形、热成形、蛤壳式成型等被形成。
无论产生复合插入件或是复合部件，该方法通过以下方式执行，即将复合插入件合成物分配或注射到容腔30内，优选地在0至10巴之间的低压条件下以及15至100℃、优选25至80℃之间的低温条件下进行所述分配或注射。在该方法的一个实施例中，在分配或注射复合插入件合成物之前，容腔30可以利用诸如冷或热空气的预护理媒介、水或其它温控环境条件被预处理，然而该步骤对于执行本发明而言并不是必须的。在优选的实施例中，复合插入件合成物是环境温度的液体，期望的是处于大约10、15、20、25或30℃的温度，并且能够以环境温度被分配。一些复合插入件合成物在被引入到容腔30之前可选地可以被加温至在此所述的分配温度条件，然而分配温度低于复合插入件合成物的充分固化温度。
大体上，无论处于室温的液体或固体，复合插入件合成物可以没有与固体复合插入件合成物的现有技术注射成型过程相关的高温和高岩条件的情况下被分配。
在一个优选实施例中，复合插入件合成物是一种双组分液体合成物，并且因而该方法包括在将复合插入件合成物分配或注射到容腔30中之前利用静态或动态混合元件将两种组分预混合，其中所述两种组分在图7a和7b中被示意性示为“成分a”和“成分b”。合适的双组分复合插入件合成物的一个实例包括由异氰酸酯环氧混合物组成的第一组分以及由乙醇环氧混合物组成的第二组分。在优选的实施例中，液体双组分合成物包括25％的环氧树脂。另外，在市场上可用大量各种改性液体环氧树脂可以在本发明中采用，例如增韧环氧树脂、橡胶改性、丙烯酸改性、液体环氧改性剂等。其它合适的单组分或双组分合成物可以被使用，如果所述合成物可以用于在此所描述的聚合物模和成型方法的话。
分配或注射复合插入件合成物的步骤包括在聚合物模20中生成注射孔34以提供容腔30的进出口并且通过注射孔34将复合插入件合成物注射或分配到容腔30内。在可选的冲模40被使用的情况中，合成物可以经由冲模通道42被引入到注射孔34中。如前所述，在复合插入件合成物注射到容腔30中的过程中，尽管附连部32在聚合物模20与承载件26之间产生了液密性密封，但是空气被允许在合成物被引入时经由抽气部位从容腔30排出。在承载件26未被使用的实施例中，注射或分配复合插入件合成物的步骤还包括在聚合物模20中生成至少一个通气孔35，以便允许空气从容腔30排出，例如在合成物被引入时上升，除非聚合物模20是在此所述的开放腔模。尽管注射孔34可以沿着聚合物模20位于任何位置，但是注射孔期望位于聚合物模20的底部。相应地，通气孔35期望地与注射孔34位置相对，从而允许空气高效地上升并且从聚合物模20的容腔30排出。在一个实施例中，也可以采取主动抽气步骤以将空气从容腔排出，但是该步骤对于执行本发明的方法而言并不是必须的。
在将合成物注射或分配到容腔30中之后，在聚合物模20中所使用的注射孔34以及可选地通气孔35可以利用合适的方法和装置被密封以将容腔30内的复合插入件合成物隔离，并因而将合成物限制在聚合物模20中或聚合物模20与承载件26之间。隔离容腔30内的复合插入件合成物的合适的方法和装置包括但不限于胶带、密封件、插塞、焊接、超声波能量、粘合物等。该方法通过以下方式来执行，即允许复合插入件合成物变得尺寸稳定。在复合部件被制造的实施例中，复合插入件合成物粘附至承载件26并且产生在聚合物模20与承载件26之间设置的固体复合插入件36，如图8所示，因而形成了复合部件38，其中所述复合部件包括固体复合插入件36以及承载件26。替代性地，如果仅仅复合插入件被制造的话，则合成物被允许在聚合物模20中变得尺寸稳定，从而产生在聚合物模20的容腔30内设置的复合插入件36。
当复合插入件合成物在这里所述的低温条件下被注射时，允许复合插入件合成物变得尺寸稳定的步骤包括将注射后的合成物冷却0至600秒之间的预定驻留时间，期望地，冷却时间至少是1、5、10、20、30或45秒并且独立地不超过600、550、500、450、400、350、300、240、200、180、150、120、100、90或60秒。当双组分液体合成物在低温条件下被注射时，允许复合插入件合成物变得尺寸稳定的步骤包括允许第一和第二组分起反应，并可选地使得注射后的合成物冷却如上所述的预定的驻留时间。例如，在采用聚氨酯化学制剂的一个实施例中，第一组分的异氰酸酯与第二组分的乙醇起反应，以生成交联聚氨酯网络，其产生了固态、尺寸稳定的复合插入件。在注射或分配之后的短驻留时间为复合插入件合成物提供了足够的时间以固化和形成固态复合体。
固体复合插入件是尺寸稳定的，但是并非在制造之后完全硬化的。第二硬化步骤使得复合插入件合成物充分硬化，其中所述第二硬化步骤通常是在利用复合插入件或部件制造车辆或其它物体的制造步骤中，例如涂漆或其它烘烤循环。期望地，充分硬化可以源自于环氧树脂反应等。充分硬化导致了粘附至任何可选的承载件以及利用复合插入件或部件制造的车辆或其它物体的表面的硬化的复合区段。
在复合插入件36被制造之后，聚合物模20可以被取出，并且可选地被再次使用或被循环使用；或者可以仍位于复合插入件36上，如图9所示，因而形成预包装的复合插入件或复合部件。在预包装的复合插入件或复合部件中，聚合物模20仍覆盖复合插入件的至少一部分并且在随后存储或运输的过程中用作为用于复合插入件36的外保护罩。预包装的益处包括聚合物模20可以防止碎屑或其它材料在制造之后粘附至复合插入件的表面，允许容易地搬运这些插入件，以及促进改进的运输布置结构例如部件的堆叠等。另外，聚合物模20与复合插入件30之间的相互作用使得聚合物模20可以恰在成形之后或正好在组装承载件26之前被手动地取走。在任一情况中，聚合物模20的取走最终呈现了包括已经粘附至承载件26的复合插入件36的复合部件。另外，在聚合物模20期望恰在成形复合插入件36之后就被取走的情况中，为了用其它承载件26成形随后的复合插入件36可以再次使用聚合物模20。
显然，本发明的多种改型和变型在以上启示的前提下是可行的，并且在所附权利要求书的范围内能够以与已经具体描述不同的其它方式被实现。那些已经描述的内容应理解涵盖本发明新颖地体现其实用性的任何组合。在参照之前的装置权利要求中术语“所述”的采用是一种肯定性的表述，意味着被包含在权利要求书的覆盖范围内，而单词之前的术语“这”并不意味着被包含在权利要求书的覆盖范围内。另外，权利要求书中的附图标记仅仅是为了方便的目的且并不以任何限制性的方式被理解。