作为冲击梁中的距离保持体的有机片材

申请号 CN201380048440.8 申请日 2013-09-17 公开(公告)号 CN104661877A 公开(公告)日 2015-05-27
申请人 贝卡尔特公司; 发明人 V·范瓦森霍夫;
摘要 冲击梁,其包含 聚合物 基体和增强织物,还包含位于该增强织物与该冲击梁的外表面之间的至少一个聚合物材料层,尤其是连续的经 纤维 增强的材料(有机片材或者单向的带或 层压 材料)层,从而使该增强织物避开该冲击梁的外表面。
权利要求

1.冲击梁,其包含聚合物基体和增强织物,其特征在于所述冲击梁还包含位于所述增强织物与所述冲击梁的外表面之间的至少一个聚合物材料层,尤其是连续的经纤维增强的材料(有机片材或者单向的带或层压材料)层,从而使所述增强织物避开所述冲击梁的外表面。
2.根据权利要求1所述的冲击梁,其中所述冲击梁包含仅一个位于所述织物与所述冲击梁的外表面之间的有机片材层。
3.根据权利要求2所述的冲击梁,其中所述冲击梁还包含至少一个位于所述织物与所述冲击梁的内表面之间的有机片材层。
4.根据权利要求3所述的冲击梁,其中所述冲击梁包含第一有机片材层和第二有机片材层,所述第一有机片材层位于所述织物与所述冲击梁的外表面之间,所述第二有机片材层位于所述织物与所述冲击梁的内表面之间。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的冲击梁,其中所述有机片材层包含聚合物基体片材。
6.根据权利要求5所述的冲击梁,其中所述片材由基于聚酰胺或基于聚烯的热塑性弹性体制成。
7.根据权利要求6所述的冲击梁,其中所述聚合物基体片材还包含玻璃纤维或纤维、聚合物纤维和/或矿物填料。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的冲击梁,其中所述增强织物由合金制成。
9.根据权利要求8所述的冲击梁,其中所述金属增强织物是纺织、编织、焊接或层压结构。
10.根据权利要求3-9中任一项所述的冲击梁,其中所述冲击梁包含几个基本上相互平行的所述有机片材层。
11.制造用于车辆的冲击梁的方法,该方法包括以下步骤:
-提供增强织物;
-提供一个或多个有机片材层;
-将所述增强织物与所述一个或多个连续的经纤维增强的材料(有机片材或者单向的带或层压材料)层置于注塑模具中;
-将聚合物材料注入到上述全部,以使其成为所需形式;
-冷却冲击梁。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的冲击梁的用途,用于车辆的保险杠,或者用来改进车辆车身的抗冲击性。

说明书全文

作为冲击梁中的距离保持体的有机片材

技术领域

[0001] 本发明涉及冲击梁和增强物。本发明还涉及提供该冲击梁的方法。本发明进一步涉及冲击梁用于车辆保险杠或用于车辆部件的冲击增强物的用途。

背景技术

[0002] 冲击梁已知例如由聚合物基体制成,该聚合物基体用玻璃纤维或其他聚合物纤维增强。冲击梁可以还包含金属部件,通常在该冲击梁在冲击时受到高负荷的位置
[0003] 在US-A-5290079中,冲击梁包含基体内的编织金属丝网,其用来改进该冲击梁的延性和柔韧性。此外,US2006/013990也公开了具有聚合物基体和织物产品的冲击梁,其包含金属帘线,该金属帘线优选缝合到单独的织物层。该冲击梁减少或解决了压制期间该帘线移动的问题。
[0004] 冲击梁可以通过压成型或通过注塑成型来制造。但是由于这些制造技术,这些已知的冲击梁具有以下缺点:金属部件倾向于存在于基体的外表面(这会导致腐蚀险)和增强物处(其太过位于表面处)。事实上,由于放置太靠外所以聚合物基体材料很可能无法环绕所有金属增强部件,或者很可能金属增强部件仅位于基体的外表面。因此,金属丝网或者金属增强帘线的大部分将长时间暴露于空气,这回带来腐蚀的高风险。
[0005] 发明公开
[0006] 本发明的目的是提供改进的冲击梁,其中上述现有技术缺点中的至少一个得到避免。
[0007] 本发明的另一目的是提供一种用于冲击梁的“距离保持体”,其使该冲击梁中的增强织物避开该冲击梁的外表面。表述“外表面”应理解为至少部分直接暴露于空气中的冲击梁表面。
[0008] 本发明的又一目的是提供制造具有这种“距离保持体”的冲击梁的方法。
[0009] 根据本发明的第一方面,为该目的提供了用于车辆的冲击梁,其中该冲击梁包含聚合物基体和增强织物,并且进一步包含位于该增强织物与该冲击梁的外表面之间的至少一个连续的经纤维增强的材料(有机片材或者单向的带或层压材料)层,从而使该增强织物避开该冲击梁的外表面。这里,该冲击梁中的有机片材层充当一种本发明的“距离保持体”,其使该增强织物避开该冲击梁的外表面,从而避免该增强织物直接暴露于空气,和从而使该增强织物位于该基体的更中间。可以将另外的连续的经纤维增强的材料(有机片材或者单向的带或层压材料)层置于该结构中的任何位置。这些“距离保持体”层的纤维含量可以在0vol%至80vol%纤维含量之间变化。
[0010] 在一个优选的实施方案中,冲击梁包含仅一个位于该织物与该冲击梁的外表面之间的连续的经纤维增强的材料(有机片材或者单向的带或层压材料)层。
[0011] 在另一优选的实施方案中,冲击梁还包含至少一个位于该织物与该冲击梁的内表面之间的连续的经纤维增强的材料(有机片材或者单向的带或层压材料)层。表述“内表面”应理解为在靠近注入位置的冲击梁表面,而外表面应理解为远离该注入位置。
[0012] 根据一个优选的实施方案,冲击梁包含第一有机片材层和第二有机片材层,第一连续的经纤维增强的材料(有机片材或者单向的带或层压材料)层位于该织物与该冲击梁的内表面之间,第二连续的经纤维增强的材料(有机片材或者单向的带或层压材料)层位于该织物与该冲击梁的外表面之间。第一连续的经纤维增强的材料(有机片材或者单向的带或层压材料)层可以与第二层相同或不同。
[0013] 优选地,本发明的连续的经纤维增强的材料(有机片材或者单向的带或层压材料)层包含聚合物基体片材。该聚合物基体优选为热塑性聚合物材料。
[0014] 热塑性聚合物材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酸酯、聚苯醚以及这些材料的共混物,或者热塑性弹性体,例如基于聚酰胺或基于聚烯的热塑性弹性体如聚酯酰胺、聚醚酯酰胺、聚碳酸酯-酯酰胺或聚醚-嵌段-酰胺。
[0015] 更优选地,片材由基于聚酰胺或基于聚烯烃的热塑性弹性体制成。
[0016] 更优选地,聚合物基体片材进一步包含玻璃纤维或碳纤维、聚合物纤维和/或矿物填料。纤维可以是无规的、单向的、纺织的;缝合的、切碎的或者它们的组合。
[0017] 优选地,本发明的冲击梁中的增强织物由合金,例如低碳钢、高碳钢提供。
[0018] 更优选地,金属增强织物是纺织、编织、焊接或层压结构。
[0019] 优选地,冲击梁可以包含位于增强织物与本发明的冲击梁的外表面之间的几个有机片材层,并且所述层基本上相互平行。最接近冲击梁的外表面的层作为“距离保持体”,而其他层充当冲击梁中进一步的增强元件。这些有机片材层可以彼此相同或不同。
[0020] 根据本发明的第二方面,提供了制造用于车辆的冲击梁的方法,该方法包括以下步骤:
[0021] -制造增强织物;
[0022] -制造一个或多个有机片材层;
[0023] -将该增强织物与该一个或多个连续的经纤维增强的材料(有机片材或者单向的带或层压材料)层(当适用时进行(并加热))置于注塑模具中;
[0024] -将聚合物材料注入到上述全部,以使其成为所需形式;
[0025] -冷却冲击梁。
[0026] 本发明的冲击梁可以用作车辆的保险杠,或者用来改进车辆车身的抗冲击性。
[0027] 根据本发明,术语“冲击梁”指客车的与抗冲击性相关的轻量结构部件。“冲击梁”可以是前保险杠、后保险杠、前中的一个或两个梁、后门中的一个或两个梁、A柱、B柱C柱和D柱或者对车辆中的人或关键元件的冲击防护有作用的其他车辆元件。附图说明
[0028] 现在将参照附图更详细地描述本发明,其中:
[0029] 图1和2显示了包含金属增强织物和仅一个有机片材层的冲击梁的不同实施方案;
[0030] 图3和4显示了包含金属增强织物和两个有机片材层的冲击梁的不同实施方案;
[0031] 图5为作为本发明主题的冲击梁的横截面的示意图。
[0032] 实施发明的方式
[0033] 增强织物本身优选由金属制成,不过其他材料并不预先排除。
[0034] 金属增强织物可以理解为纺织、编织或编结或焊接或层压结构。可以考虑本发明的织物的不同实施方案。最优选地,钢丝或钢帘线可以用来提供作为本发明主题的冲击梁中的增强织物。
[0035] 本发明的钢丝如下制作。起始产品为钢丝盘条。该钢丝棒具有以下钢组成:0.65%的最小碳含量,0.40%-0.70%的锰含量,0.15%-0.30%的含量,0.03%的最大硫含量,0.30%的最大磷含量,所有百分比为重量百分比。用于高抗拉钢帘线的典型钢帘线组成具有约0.80wt%的最小碳含量,例如0.78-0.82wt%。钢盘条在多个连续步骤中被拉伸,直到所需的最终直径。拉伸步骤可以插入一个或多个热处理步骤如退火处理(patenting)。然后,本发明的钢帘线由多个上面所述的钢丝制成。金属增强织物可以由钢丝和钢帘线中的任一个或者它们的混合物制成。
[0036] 本发明的有机片材层包含有机物基体片材。该片材由基于聚酰胺或基于聚烯烃的热塑性弹性体制成。聚合物基体片材可以进一步包含玻璃纤维或碳纤维、聚合物纤维和/或矿物填料,以增强聚合物基体。纤维可以是无规的、单向的、纺织的;缝合的、切碎的或者它们的组合。
[0037] 有机片材的优选实例由 CETEX或CFRT材料制成。
[0038] 本发明的冲击梁的实施例
[0039] 图1和2显示了包含钢增强织物和仅一个有机片材层的冲击梁的不同实施方案。有机片材层位于钢织物与冲击梁的外表面之间。该有机片材层帮助所述钢织物避免直接暴露于空气(这会带来腐蚀的高风险)。图1图示了具有钢织物12和一个有机片材层14的冲击梁10;图2显示了具有钢织物22和一个有机片材层24的冲击梁20。在冲击梁10中,钢织物12和有机片材层14处在主体中,而在冲击梁20中,钢织物和有机片材层不仅位于主体中,还位于冲击梁的一对腿中,所述腿可以用来将冲击梁固定至它所要安装到的对象的其他部件,并且还有助于梁的冲击强度,而主体将吸收由如图5中箭头50指出的方向上的冲击所产生的大部分冲击能量
[0040] 图3和4显示了包含钢增强织物和两个有机片材层的冲击梁的不同实施方案。第一有机片材层位于钢织物与冲击梁的内表面之间,而第二有机片材层处在钢织物与冲击梁的外表面之间。可以观察到,这种两个有机片材层和钢织物的结构看起来像“三明治”。第一有机片材层可以充当冲击梁中进一步的增强元件,而第二有机片材层仍作为如最前面两个实施方案的“距离保持体”。图3显示了具有第一有机片材层32和钢织物34和第二有机片材层36的冲击梁30,而图4图示了具有第一有机片材层42和钢织物44和第二有机片材层46的冲击梁40。
[0041] 现在转到作为本发明主题的提供冲击梁的方法。
[0042] 首先,提供包含多个钢帘线的钢增强织物。还制造由 材料制成的至少一个有机片材层。当将由此形成的钢增强结构和一个有机片材层置于注塑模具中并注入热塑性材料时,该热塑性材料将不仅包围该钢增强结构和有机片材层,而且形成所需结构。
[0043] 在该成型之后,将模具和成形的冲击梁冷却至聚合物材料固化温度。然后,可以冲击梁从模具取出,以备进一步加工,如品质控制或者提供另外的开口。
[0044] 如此提供了如图5所示的冲击梁,其可以用作车辆的软保险杠的支撑
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