专利名称：热塑性颠簸缓冲器的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车悬架系统领域，更具体地涉及颠簸缓冲器。
背景技术：
颠簸缓冲器(还称为缓冲块、回跳缓冲器、行程末端缓冲器、强力缓冲器、悬架缓冲器、或压缩缓冲器)是通常放置在汽车悬架顶部上的吸振装置。用于机动车悬架系统中的颠簸缓冲器早已被用于缓冲两个悬架系统组件之间的撞击，例如轮轴和机架的一部分之间的撞击，以及减少噪音和振动以增加乘客的乘坐舒适度。由于汽车底盘的位移引起支柱的位移，因此支柱随汽车底盘的位移而承受周期性的压缩和拉伸。必须制定保护支柱总成和车身的规定，以免在路面严重不平整导致悬架位移过大时受到与此有关的颠簸力导致的损坏。为此，将颠簸缓冲器连接到在吸振器未能吸收恶劣行车状况产生的力时悬挂系统中可能出现撞击的部位。尤其是在支柱的颠簸运动过程中，吸振器“触底反弹”，同时颠簸缓冲器与颠簸缓冲器板接触并压缩以释放能量，从而缓冲冲击力，降低噪音，减轻乘客的冲击感，并且减小对汽车悬架系统的可能损坏。颠簸缓冲器为具有或不具有盘旋面的细长构件，一般为圆柱形或圆锥形，其由围绕活塞杆延伸的可压缩弹性体材料制成。如美国专利4，681，304中所提出，盘旋状缓冲器通过盘旋面的渐进堆积而起作用，从而提供对颠簸力的抗性。适于本专利申请的材料必须是有回弹力的，即能够承受撞击而没有过度的永久性变形或破裂，并且必须具有优异的挠曲寿命。常规的颠簸缓冲器由泡沫聚氨酯和硫化橡胶形成。例如，颠簸缓冲器常常由微孔聚氨酯(MCU)形成。微孔聚氨酯颠簸缓冲器通过在颠簸缓冲器模具内浇铸聚氨酯前体制成。由二异氰酸的二元醇酯与发泡剂或水反应生成用来发泡的二氧化碳气体，从而获得微孔泡沫。由于二氧化碳释放缓慢，在模具内发泡需要较长时间，因此这种技术耗费时间。虽然由泡沫聚氨酯制成的颠簸缓冲器具有良好的乘坐特性，但其生产昂贵，因为其由于交联而要求耗能耗时的技术。为了改善形成颠簸缓冲器的材料的耐久性、对机动车流体的惰性和抗撕裂传播性能，美国专利5，192，057公开了细长的中空主体，该主体由弹性体形成，优选由共聚醚酯聚合物形成。如在其中公开的，此类构件通过吹塑技术制造，包括具有波纹状部分并且具有恒定厚度剖面的颠簸缓冲器。形成颠簸缓冲器的可选的方法即波形挤出描述在美国公布的专利申请 2008/0272529 中。在制造中空塑性制品的典型吹塑操作中，将通过挤塑或注塑制备并且处于热可模塑条件下的塑性材料型坯置于打开的吹模的两个半块之间，吹模具有形状适合于要制造的制品所需外形的模具腔体。型坯在重力的作用下逐渐移动和伸展。当型坯达到合适的长度时，使围绕它的模具半块合拢，同时将高压空气或其它压缩气体引入型坯的内部，以使其膨胀成模具的形状或使其膨胀至紧贴模具腔体的内壁。冷却一段时间之后，打开模具并且弹出最终制品。在挤压吹塑法中，由挤出机制备型坯。挤压吹塑法的成本比发泡/浇铸法的成本低，但产品的尺寸精度较差并且对部件的壁厚有限制。颠簸缓冲器的刚度与其厚度直接相关。因此，微小的厚度变化(沿由一次注入制成的颠簸缓冲器的纵向轴线在制品与制品之间的厚度变化，或者沿单个颠簸缓冲器内制成的颠簸缓冲器盘旋面径向的厚度变化)，例如
O.2_，均将显著地改变颠簸缓冲器的刚度及其能量吸收能力和缓冲性能。注坯吹塑法的尺寸精度高于挤压吹塑法。在该技术中，通过注塑形成型坯，去除模具的内芯，并且如同挤压吹塑法一样，使型坯在包封在两个模具半块之间的同时迅速膨胀。型坯可注塑成具有厚度不恒定的横截面，从而得到比挤压吹塑法更好的成品部件的壁厚均匀性。与挤压吹塑法相比，注坯吹塑法可形成更加精细的最终吹塑结构但成本更高。一般来讲，期望使颠簸缓冲器中的能量吸收最大化。颠簸缓冲器的能量吸收性能可例如通过测量对施加的力的变形来测量。通常将变形绘制在X-轴上(单位_)，并将施加的负荷(力)绘制在Y-轴上(单位N)。根据下式，曲线下的面积表示由颠簸缓冲器吸收的能量位移X力=能量。由上述技术中任一种制成的热塑性颠簸缓冲器可根据设计表现出不同的响应，所述设计包括具体的构型细节以及制造材料。仍然存在改善热塑性颠簸缓冲器的设计的需要，以便改善力-位移性能，从而提高能量吸收。
发明内容
在第一方面，本发明提供由弹性体热塑性材料制成的颠簸缓冲器，其包含具有壁的中空细长管形体，所述管形体具有至少两个波纹管，每个波纹管由峰和谷限定，所述峰具有圆角半径rs，所述谷具有圆角半径rc，并且谷的最大壁厚在谷内某一点处且表示为Tmax ;其中rc大于rs,并且其中在谷中的最大壁厚Tmax与介于峰和谷之间的中间点处的壁厚Tm的比率大于或等于1. 2，并且其中所述谷由具有端点Tm的壁弧限定。在第二方面，本发明提供由弹性体热塑性材料制成的颠簸缓冲器，其包含具有壁的中空细长管形体，所述管形体具有至少两个波纹管，每个波纹管由峰和谷限定，所述峰具有圆角半径rs,所述谷具有圆角半径rc以及在所述谷处的壁厚为Tc (Tc为在Tmax基本上落在谷的中间的情况下的Tmax);其中rc大于rs,并且其中在谷处的壁厚Tc (Tmax)与介于峰和谷之间的中间点处的壁厚Tm的比率大于或等于1. 2。在第三方面，本发明提供制造颠簸缓冲器的方法，包括以下步骤使弹性体热塑性材料成型为具有壁的中空细长管形体，所述管形体具有至少两个波纹管，每个波纹管由峰和谷限定，所述峰具有圆角半径rs，所述谷具有圆角半径rc，并且谷的最大壁厚在谷内部位处且表示为Tmax ;其中rc大于rs,并且其中在谷中的最大壁厚Tmax与介于峰和谷之间的中间点处的壁厚Tm的比率大于或等于1. 2，并且其中所述谷由具有端点Tm的壁弧限定。在第四方面，本发明提供制造颠簸缓冲器的方法，包括以下步骤使弹性体热塑性材料成型为具有壁的中空细长管形体，所述管形体具有至少两个波纹管，每个波纹管由峰和谷限定，峰具有圆角半径rs,谷具有圆角半径rc以及在谷处的壁厚为Tc (Tc为在Tmax基本上落入谷的中间的情况下的Tmax);其中rc大于rs,并且其中在谷处的壁厚Tc (Tmax)与介于峰和谷之间的中间点处的壁厚Tm的比率大于或等于1. 2。在第五方面，本发明提供吸收汽车悬架中的冲击的方法，包括使用颠簸缓冲器以吸收来自所述悬架位移的能量，其中所述颠簸缓冲器由弹性体热塑性材料制成并且包含具有壁的中空细长管形体，管形体具有至少两个波纹管，每个波纹管由峰和谷限定，峰具有圆角半径rs，谷具有圆角半径rc并且谷的最大壁厚在谷内部位处且表示为Tmax ;其中rc大于rs，并且其中在谷中的最大壁厚Tmax与介于峰和谷之间的中间点处的壁厚Tm的比率大于或等于1. 2，并且其中所述谷由具有端点Tm的壁弧限定。在第六方面，本发明提供吸收汽车悬架中的冲击的方法，包括使用颠簸缓冲器以吸收来自所述悬架位移的能量，其中所述颠簸缓冲器由弹性体热塑性材料制成并且包含具有壁的中空细长管形体，所述管形体具有至少两个波纹管，每个波纹管由峰和谷限定，所述峰具有圆角半径rs，所述谷具有圆角半径rc以及在谷处的壁厚为Tc (Tc为在Tmax基本上落入谷的中间的情况下的Tmax);其中rc大于rs,并且其中在谷处的壁厚Tc (Tmax)与介于峰和谷之间的中间点处的壁厚Tm的比率大于或等于1. 2。
图1为“向内”颠簸缓冲器的截断示意图，其中Re表示在峰处的外半径，Ri表示在谷处的外半径，并且P表示峰与峰之间的距离(节距(Pitch))。图2A为图1的截面放大示意图，其中虚线表示颠簸缓冲器的纵向轴线，rs表示向外盘旋面的圆角半径，并且rc表示向内盘旋面的圆角半径，Tc (以及Tmax)表示在最大壁厚Tmax出现在谷的中间的情况下在谷(向内盘旋面)处的壁厚，并且Tm表示在具有半径rc的圆和具有半径rs的圆之间的切点处的中间壁厚。所述谷由具有端点Tm的壁弧限定。图2B为颠簸缓冲器的截面放大示意图，其示出半径rs和rc的圆不相切的情况。虚线表示颠簸缓冲器的纵向轴线，rs表示向外盘旋面的圆角半径，并且rc表示向内盘旋面的圆角半径，Tc (Tmax)表示在最大壁厚Tmax出现在谷的中间的情况下在谷(向内盘旋面)处的壁厚，并且Tm表示在与具有半径rc的圆和具有半径rs的圆两者相切绘制的线的中点处的中间壁厚。图3图示说明根据本发明的颠簸缓冲器，即El和E2，以及比较颠簸缓冲器，即Cl在X-轴上的变形(挠曲)百分比(％)对Y-轴上的施加力(N)。所述变形百分比定义为实际变形(单位为mm)与颠簸缓冲器的初始高度(单位为mm)的比率(在2_4次预调理压缩后)。El的曲线用三角形表示，E2的曲线用圆形表示，并且Cl的曲线用菱形表示。图4示出安装在汽车悬架中时，颠簸缓冲器的一个实例的部分切除视图。
具体实施例方式本文提及的所有文档均以引用方式并入本文。本发明人已发现，在由弹性体热塑性材料制成的颠簸缓冲器中，当谷中的最大壁厚(Tmax)与介于峰和谷之间的中间点处的壁厚Tm的比率(Tmax/Tm)大于或等于1. 2时获得优异的能量吸收，例如，通过变形对施加的力来测量。在一个优选的实施方案中，谷中的最大壁厚基本上出现在谷的中间，在这种情况下将Tmax表示为Tc。本发明人已发现，在由弹性体热塑性材料制成的颠簸缓冲器中，当在谷处的壁厚(Tc)与介于峰和谷之间的中间点处的壁厚(Tm)的比率(Tc/Tm)大于或等于1. 2时获得优异的能量吸收，例如，通过变形对施加的力来测量。如本文所用，术语“优异的能量吸收”是指沿位移较高的力，即对于50%相对变形为至少550N，并且同时当力非常高时的高水平变形，即在IOKN下至少65%的相对变形。能量吸收的水平可通过在50%和/或60%相对变形下的力水平以及在IOKN下的相对变形来估计。由于盘旋面与盘旋面之间的微小变化，常常测量颠簸缓冲器中所有盘旋面的Tc (Tmax)和Tm，并且将平均值作为Tc (Tmax)和Tm。本发明涉及“向内”颠簸缓冲器，“向内”颠簸缓冲器为其中峰圆角半径rs小于谷圆角半径rc的那些(即rc > rs)，如例示在图2A和2B中。通过观察图1、2A和2B能够更好地理解本发明的原理。图1示出典型的“向内”颠簸缓冲器。其为中空管状制 品，具有向外和向内的盘旋面。几何形状可由作为从一个峰到下一个峰的距离的节距(P)、在峰处的外半径(Re)、以及在谷处的内半径(Ri)限定。Re和Ri两者都从颠簸缓冲器的纵向轴线(即在纵向上穿过颠簸缓冲器中心的假想线)测量。将向外盘旋面上最外面的点称为峰，并将最向内尖端的点(不考虑盘旋面的厚度)称为谷。图2A示出由向外盘旋面和向内盘旋面组成的波形管的放大部分。向外盘旋面(顶部)由半径rs限定，并且向内盘旋面(底部)由半径rc限定。“向内”颠簸缓冲器可以是其中rc大于rs的任何颠簸缓冲器。如果绘制具有半径rs和rc的圆，则这两个圆的切点为介于峰和谷之间的颠簸缓冲器中间壁上的点。在该点处的颠簸缓冲器的壁具有厚度Tm。如图2B中所示，在其中圆rs和rc之间不存在切点的情况下，将Tm限定在与圆rs和圆rc相切的片段的中间。谷由具有端点Tm的壁弧限定。将所述谷中的最大壁厚表示为Tmax。在其中Tmax基本上出现在谷的中间的情况下，将Tmax表示为Tc。本发明人已发现，当谷中的最大壁厚(Tmax)与介于峰和谷之间的中间点处的壁厚(Tm)的比率(Tmax/Tm)大于或等于1.2时，获得示出优异的能量吸收的颠簸缓冲器。在优选的实施方案中，Tmax/Tm大于1.3，更优选大于1.5，例如1.62或2.03。Tmax/Tm的上限值没有特别限制，但实际上Tmax/Tm很少大于10。在其中Tmax基本上出现在谷的中间的所有情况下，都将Tmax表示为Tc。根据本发明的颠簸缓冲器使能量吸收最大化，如通过位移(或变形)对施加的力所测量。在一个优选的实施方案中，所述颠簸缓冲器还使给定施加力所获得的位移最大化，并且使最大力下(即当颠簸缓冲器完全压缩时)的位移最大化。最大力(完全压缩)下的位移常常在十千牛顿(IOkN)的力下测量，并且对于在十千牛顿的施加力下的相对变形X，将其称为X10KN。为使能量吸收最大化并使XlOKN最大化，本发明人发现不仅Tmax/Tm大于或等于1.2，而且谷中的最大壁厚Tmax与中间点处的壁厚Tm大于特定值是所期望的，该特定值取决于节距P、在谷处的最大壁厚Tmax、以及在谷处的外半径Ri。这可通过以下特征的组合来表达:Tmax/Tm ^1.2 ;并且(Tmax/Tm) > (Tmax/Tm)!其中(Tmax/Tm)! = 3.43-0.05P-0.222SQRT(95-4.19P+0.05P2-0.23Ri)。其中:Tmax为在谷处的最大壁厚；Tm为在半径rc的圆和半径rs的圆之间的切点处的壁厚,或者在rs和rc不相切的情况下，Tm为在与圆rs和rc相切绘制的线的中点处的壁厚；
SQRT为平方根；P为节距；并且Ri为在谷处的外半径。作为另外一种选择，在其中Tmax基本上出现在谷的中间的情况下，其可表达为:Tc/Tm ≥1.2;并且(Tc/Tm) > (Tc/Tm)!其中(Tc/Tm)! = 3.43-0.05P-0.222SQRT (95-4.19P+0.05P2-
0.23Ri)。其中:Tc为在谷处的最大壁厚；Tm为在半径rc的圆和半径rs的圆之间的切点处的壁厚,或者在rs和rc不相切的情况下，Tm为在与圆rs和rc相切绘制的线的中点处的壁厚；SQRT为平方根；P为节距；并且Ri为在谷处的外半径。 节距P可为常数，这是指峰和峰(或谷和谷)之间的距离经常相同，或其可为非常数。优选其为常数。对于汽车的使用，典型的节距P介于10和30mm或约10和30mm之间，更优选介于13和23mm或约13和23mm之间，所述厚度Tc和Tm通常介于2和5mm或约2和5mm,更优选介于2和4mm或约2和4mm之间选择，并且Ri通常为10至40mm或约10至40mm，更优选为15至25mm或约15至25mm。盘旋面数和颠簸缓冲器的总体高度取决于汽车的尺寸和重量。本发明的颠簸缓冲器可由任何热塑性弹性体制成或包含任何热塑性弹性体。优选所用热塑性弹性体具有相对高的熔融粘度(即根据IS01133在230°C在5kg负荷下介于0.5和8g/10min之间，更优选介于I和8g/10min之间，更优选介于2和6g/10min之间，更优选介于3和5g/10min之间,尤其优选4g/10min的熔体流动速率)。优选所述弹性体具有介于45和60D或约45和60D之间，更优选为47至5 或约47至55D的硬度(根据IS0868在Is时)。尤其优选所述弹性体是具有聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)的软链段的嵌段式共聚醚酯。可用于本发明颠簸缓冲器的热塑性弹性体包括ISO 18064:2003 (E)中定义的那些，例如热塑性聚烯烃弹性体(TPO)、苯乙烯类热塑性弹性体(TPS)、热塑性聚醚或聚酯聚氨酯(!PU)、热塑性硫化橡胶(TPV)、热塑性聚酰胺嵌段共聚物(TPA)、共聚酯热塑性弹性体(TPC)(例如共聚醚酯或共聚酯酯)、以及它们的混合物；合适的材料还有热塑性聚酯以及它们的混合物。热塑性聚烯烃弹性体(TPO)由热塑性烯属聚合物，例如聚丙烯或聚乙烯与热固性弹性体共混而组成。典型的TPO为熔融共混物或聚烯烃塑料，一般为聚丙烯聚合物与烯烃共聚物弹性体，通常为乙烯-丙烯橡胶(EPR)或乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)的反应器共混物。常见的烯烃共聚物弹性体包括EPR、EPDM和乙烯共聚物(如乙烯-丁烯、乙烯-己烯和乙烯-辛烯共聚物弹性体(例如Ellgageli聚烯烃弹性体，其可从Dow Chemical C0.商购获得))以及乙烯-丁二烯橡胶。
苯乙烯类热塑性弹性体(TPS)由聚苯乙烯和橡胶聚合物材料(例如聚丁二烯)的嵌段共聚物、氢化聚丁二烯与聚丁二烯的混合物、聚(乙烯-丙烯)以及氢化聚异戊二烯组成。具体的苯乙烯/共轭二烯/苯乙烯型嵌段共聚物为SBS、SIS、SIBS、SEBS和SEPS嵌段共聚物。这些嵌段共聚物在本领域中已知并且可商购获得。热塑性聚氨酯(TPU)由直线段的嵌段共聚物组成，所述直线段的嵌段共聚物又由包含二异氰酸酯、短链二醇的硬链段与包含二异氰酸酯和长链多元醇的软链段构成，其用以下通式表示
权利要求
1.由弹性体热塑性材料制成的颠簸缓冲器，其包含: 具有壁的中空细长管形体，所述管形体具有至少两个波纹管，每个波纹管由峰和谷限定，所述峰具有圆角半径rs,所述谷具有圆角半径rc以及在所述谷中的最大壁厚为Tmax ；其中rc大于rs，并且其中在谷中的壁的最大厚度Tmax与介于所述峰和所述谷之间的中间点处的壁厚Tm的比率大于或等于1.2，并且其中所述谷由具有端点Tm的壁弧限定。
2.根据权利要求1所述的颠簸缓冲器，其中在所述谷中的最大壁厚与在中间点处的壁厚的比率(Tmax/Tm)大于(Tmax/Tm)丨，其中(Tmax/Tm)丨=3.43-0.05P-0.222SQRT(95-4.19P+0.05P2-0.23Ri)，其中 Tmax为在谷处的最大壁厚； Tm为在半径rc的圆和半径rs的圆之间的切点处的壁厚，或者如果rs和rc不相切,贝UTm为在与圆rs和rc相切绘制的线的中点处的壁厚； SQRT为平方根； P为节距；并且 Ri为在谷处的外半径。
3.根据权利要求1所述的颠簸缓冲器，包含热塑性弹性体，所述热塑性弹性体具有根据ISOl 133测量的在230°C在5kg负荷下介于0.5和8g/10分钟之间的熔融粘度，以及根据IS0868在Is下测量的介于45和60D或约45和60D之间的硬度。
4.根据权利要求2所述的颠簸缓冲器，包含热塑性弹性体，所述热塑性弹性体具有根据ISOl 133测量的在230°C在5kg负荷下介于0.5和8g/10分钟之间的熔融粘度，以及根据IS0868在Is下测量的 介于45和60D或约45和60D之间的硬度。
5.根据权利要求1所述的颠簸缓冲器，包含热塑性弹性体，所述热塑性弹性体具有根据IS01133测量的在230°C在5kg负荷下介于2和6g/10分钟之间的熔融粘度，以及根据IS0868在Is下测量的介于45和60D或约45和60D之间的硬度。
6.根据权利要求2所述的颠簸缓冲器，包含热塑性弹性体，所述热塑性弹性体具有根据IS01133测量的在230°C在5kg负荷下介于2和6g/10分钟之间的熔融粘度，以及根据IS0868在Is下测量的介于45和60D或约45和60D之间的硬度。
7.根据权利要求1所述的颠簸缓冲器，包含热塑性弹性体，所述热塑性弹性体具有根据IS01133测量的在230°C在5kg负荷下介于3和5g/10分钟之间的熔融粘度，以及根据IS0868在Is下测量的介于45和60D或约45和60D之间的硬度。
8.根据权利要求2所述的颠簸缓冲器，包含热塑性弹性体，所述热塑性弹性体具有根据IS01133测量的在230°C在5kg负荷下介于3和5g/10分钟之间的熔融粘度，以及根据IS0868在Is下测量的介于45和60D或约45和60D之间的硬度。
9.根据权利要求1所述的颠簸缓冲器，包含热塑性弹性体，所述热塑性弹性体选自共聚醚酯和共聚酯酯，所述共聚醚酯和共聚酯酯为具有大量通过酯键头尾接合的重复性长链酯单元和短链酯单元的共聚物，所述长链酯单元由式(A)表示:
10.制造颠簸缓冲器的方法，包括以下步骤: 使弹性体热塑性材料成型为具有壁的中空细长管形体，所述管形体具有至少两个波纹管，每个波纹管由峰和谷限定，所述峰具有圆角半径rs，所述谷具有圆角半径rc以及在所述谷处的最大壁厚为Tmax ;其中rc大于rs,并且其中在谷处的最大壁厚Tmax与介于峰和谷之间的中间点处的壁厚Tm的比率大于或等于1.2，并且其中所述谷由具有端点Tm的壁弧限定。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述成型的方法包括选自注塑、挤出和吹塑的成型操作。
12.吸收汽车悬架中的冲 击的方法，包括使用颠簸缓冲器以吸收来自所述悬架位移的能量，其中所述颠簸缓冲器由弹性体热塑性材料制成并且包含具有壁的中空细长管形体，所述管形体具有至少两个波纹管，每个波纹管由峰和谷限定，所述峰具有圆角半径rs，所述谷具有圆角半径rc以及在所述谷处的最大壁厚为Tmax ;其中rc大于rs，并且其中在谷处的壁厚Tmax与介于峰和谷之间的中间点处的壁厚Tm的比率大于或等于1.2。
13.根据权利要求1所述的颠簸缓冲器，其中Tmax基本上出现在所述谷的中间。
14.根据权利要求10所述的方法，其中Tmax基本上出现在所述谷的中间。
全文摘要
本发明提供了汽车悬架系统，并且更具体地为由弹性体热塑性材料制成的颠簸缓冲器，其具有改善的设计以使能量吸收最大化。
文档编号F16F1/42GK103080594SQ201180038853
公开日2013年5月1日 申请日期2011年8月10日 优先权日2010年8月12日
发明者P.L.塞克利, D.范德齐普 申请人:纳幕尔杜邦公司