轻质结构的加强元件及用于制造该加强元件的材料复合物 |
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| 申请号 | CN201510613391.9 | 申请日 | 2015-09-23 | 公开(公告)号 | CN106192602A | 公开(公告)日 | 2016-12-07 |
| 申请人 | 卡库堤克斯科技咨询有限公司; | 发明人 | 索斯藤·郝尼克; 克里斯托夫·纳赫鲍尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于通 过热 压成型的方式制造轻质结构的加强元件(100)的材料复合物 牛 皮纸 板(20)。 纤维 素基芯材(10)由波纹纸带(12)构成或具有 蜂巢 结构。牛皮纸板(20)机械地连接至波纹纸带(12)或蜂巢结构，并且牛皮纸板(20)包括平面纸带(14、22)。粘结层(30)被设置在牛皮纸板(20)的平面纸带(22)与芯材(10)之间，粘结层(20)用于将牛皮纸板(20)的平面纸带(22)机械地连接至芯材(10)。此外，基于材料复合物，本发明还公开了轻质结构的加强元件(100)及其制造方法。(1)。该材料复合物(1)包括 纤维素 基芯材(10)和 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于通过热压成型的方式制造轻质结构的加强元件(100)的材料复合物(1)，其包括： |
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| 说明书全文 | 轻质结构的加强元件及用于制造该加强元件的材料复合物技术领域[0001] 本发明涉及一种加强元件，其用于轻质结构，特别用于车辆结构，其适用于机械加固和/或减缓二维组件的振动趋势。进一步地，本发明还涉及一种用于制造这种加强元件的方法。 背景技术[0002] 例如，美国印第安纳州埃文斯维尔的耀世公司(Uniseal,Inc.)已经研发了一种用于减缓二维组件的振动的方法，例如，用于汽车工程中机动车辆的顶板。这种方法是基于直接设置在待减振的车身组件上的弹性厚层的申请。为了这一目的，蒸馏液体弹性物质被应用在待减振的组件上，例如，通过注入或挤出来施用。随后，所施用的层被固化/交联。 [0003] 进一步地，众所周知的是，如果将编织玻璃纤维垫粘合在汽车工程中的二维组件的表面上，可以减小该组件的振动趋势。例如，陶氏汽车(Dow Automotive)公司(美国)以TMBETABRACE 的名义，销售一种相应的自粘结玻璃纤维垫，就是特别针对此用途设计的。所制造的复合组件由二维组件、粘结层和玻璃纤维垫构成，不论就可能的谐振频率而言，还是就固有的振动衰减而言，该复合组件都具有显著改善的振动特性。此外，当使用薄玻璃纤维垫时，这样的加强元件并非对于所应用的各种情况都足够有效。虽然使用较厚的玻璃纤维垫能够改善加强元件的有效性，但是这样会引起加强元件的总重量不利的增加。 [0004] 本发明的申请人寻求一种与以“CC-Brace”的名义销售的加强元件相类似的方式，其基于相层压的金属箔与可压力活化的粘结层。这些加强元件与上面提到的陶氏汽车制造TM的加强元件BetaBrace 类似使用。然而，“CC-Brace”型的加强元件同样受到上述限制。 发明内容[0006] 根据本发明提供一种材料复合物，其用于通过热压成型的方式制造轻质结构的加强元件。该材料复合物包括纤维素基芯材和牛皮纸板。纤维素基芯材由波纹纸带构成或具有蜂巢结构。牛皮纸板机械地连接至波纹纸带或蜂巢结构，并且牛皮纸板包括平面纸带。一2 2 般地，牛皮纸板的平面纸带的单位面积的重量为100g/m，优选为大于150g/m，特别优选为 2 大于200g/m。根据本发明，可热活化的热固性粘结层设置在牛皮纸板的平面纸带与芯材之间，在活化状态下，粘结层用于将牛皮纸板的平面纸带机械地连接至芯材，特别是连接至芯材的波纹纸带。 [0007] 根据本发明的材料复合物特别有利于热压成型。即使在热的状态下，可热活化的热固性粘结层也具有良好的机械承载能力。使得采用材料复合物热压成型的组件可以从用于热压成型的模具中被移除，即使在热的或者仅经过稍微冷却的状态下，也不会失去经过热压成型制造的三维轮廓。因此，无需冷却步骤，即无需在打开的模具中等待所制造的组件足够冷却，这样便减少了循环周期时间。此外，所制造的组件非常轻，并且可以具有高水平的机械稳定性。此外，采用这种方式制造的二维组件在垂直于其表面的方向具有非常高的抗振性。这特别适用于芯材包括波纹纸带，并且波纹结构在平行于牛皮纸板的平面纸带的平面方向上延伸的情况。有鉴于此，波纹结构的“波峰”或“波谷”可以通过粘结层的方式直接地连接在牛皮纸板的平面纸带上。然而，即使波纹纸带朝向不同的方向，或者所使用的芯材具有蜂巢结构，仍然可以得到延伸平面的横截面方向的较高的抗振性。 [0008] 根据本发明的用于轻质结构的加强元件，其可以通过热压成型工序来制造，例如采用根据本发明的材料复合物。该材料复合物包括纤维素基芯材和牛皮纸板。纤维素基芯材由波纹纸带构成或具有蜂巢结构，牛皮纸板机械地连接至波纹纸带或蜂巢结构，并且牛皮纸板包括平面纸带。根据本发明，例如，牛皮纸板的平面纸带可以通过经热固化的热固性粘结层的方式机械地连接至芯材。 [0009] 在这种情况中，加强元件具体实现了上文提及的关于其可通过热压成型来生产，以及轻质和抗振性的有利之处。因此，该加强元件特别适用于为更大的二维延伸的组件减震，该二维延伸的组件通常对于横向振动具有增强的趋势。因此，其特别适于用于车辆本体的制造中，例如用于加强机动车辆的顶板。 [0010] 根据本发明的加强元件不仅能够具有不变的三维轮廓，还能够具有这样的区域，即在该区域中材料复合物的材料厚度被特别地局部减小(例如，以密封外围边缘的形式)，由于其增强的机械强度，仍然很好地适用于例如将组件附加在机动车辆的车辆本体上，例如附加在顶板上。此外，具有减小的材料厚度的局部区域可以在具有三维轮廓的加强元件的表面上特别形成，这些地方需要增强的机械承载能力。例如，在安装点、用于通过各种类型的线的穿孔，或者用于冲压加强肋，例如，用于减小组件本身的振动趋势。 [0011] 在优选的实施方式中，根据本发明的材料复合物的芯材或加强元件包括至少两个波纹纸带和至少一个平面纸带，它们粘合在一起以形成瓦楞纸板。其中，平面纸带被设置在波纹纸带之间。然而，使用更多数量的波纹纸带，例如，三个、四个或者更多波纹纸带，并分别在其之间设置一个平面纸带也是可行的。在这种情况中，不管波纹纸带的数量有多少，如果瓦楞纸板的纸带是通过热稳定的粘结层的方式连接的，优选是通过固化的热固性粘结层的方式连接的，那么其在热压成型方法中的可加工性都是特别有利的。 [0012] 在根据本发明的材料复合物或加强元件的另一个优选实施方式中，至少牛皮纸板的平面纸带是经过额外的纤维加固的。例如，采用玻璃纤维、碳纤维、芳酰胺纤维和/或自然纤维，诸如棉花、亚麻、大麻、黄麻、洋麻、剑麻或纸浆纤维来加固。这样能够使得采用该材料复合物所制造的组件或加强元件在其延伸平面上具有很高的张力。然而，使用经纤维加固的芯材也被证明是有利的。 [0013] 在另一个优选实施方式中，其特征在于具有更好的抗振性。根据本发明的材料复合物或加强元件中的牛皮纸板的平面纸带可以包括填料，填料能够增加平面纸带的面密度。在这样的情况中，使用诸如BaSO4已经被证明是特别合适的。 [0014] 此外，已经被证明有利的是，例如，为了装饰的目的，根据本发明的材料复合物或加强元件的牛皮纸板包括热塑性覆盖层。例如，由聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，也可以是聚乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、热塑性聚氨酯、聚缩醛、聚苯硫醚、环烯烃共聚物、热致变聚酯及其混合物构成。在这种情况中，材料复合物中的热塑性覆盖层也可以作为单独的层而形成，其与牛皮纸板在热压成型过程中机械地连接。在这种情况中，热塑性覆盖层设置在材料复合物或加强元件的外侧，因此形成装饰表面，其可以被画上引人注目的颜色和/或图案。通过在热压成型过程中将热塑性材料进行表面熔化，在该工序中的热压下，热塑性覆盖层与牛皮纸板之间形成了直接连接。 [0015] 如果热塑性覆盖层进一步与诸如无纺布的外部织物层相结合，那么热塑性层还可以提供作为可热活化的粘结层，用于连接形成于热压成型过程中的组件与织物层。在这样的情况中，特别地，例如，热塑性层可以由热塑性薄膜制成，或者也可以由喷洒有热熔胶粉的层制成。 [0016] 在另一个优选实施方式中，根据本发明的材料复合物或根据本发明的加强元件包括两个牛皮纸板，其机械地连接至芯材。每个牛皮纸板包括平面纸带，其中芯材设置在牛皮纸板的平面纸带之间，并且通过热固化的热固性粘结层的方式相连接。应指出的是，在材料复合物的情况中，通过固化的粘结层的机械连接只可能通过热压成型的方式形成在材料复合物制造的组件中，并且现在还没有出现在材料复合物本身上。 [0017] 关于根据本发明的加强元件的实际操作属性，特别有利的是，加强元件进一步具有可压力活化的粘结层，其可以设置在加强元件背对牛皮纸板的一侧。然而，牛皮纸板的外部表面上的布置同样是有利的。在这些实施方式中，加强元件可以安装在车辆产品的场景中，通过简单地将组件压向待加强的组件，例如车辆本体的顶部区域。由于其质量较低，即使大表面的加强元件也可以由组装人员轻松操作，而无需任何机械辅助。 [0018] 根据本发明的一种方法，其用于制造轻质结构的加强元件。该方法至少包括以下步骤： [0019] 1)提供材料复合物，其包括以下组件： [0020] a)纤维素基芯材，其由波纹纸带构成或具有蜂巢结构， [0021] b)牛皮纸板，其机械地连接至波纹纸带或蜂巢结构，并且牛皮纸板包括平面纸带，以及 [0022] c)可热固化的粘结层，其在固化状态下具有热固性，并且设置在芯材与平面纸带之间， [0023] 2)将材料复合物插入加热的模具的腔体内，以及 [0024] 3)将粘结层热固化时，将材料复合物热压成型，这样使得粘结层将芯材和牛皮纸板机械地彼此连接。 [0025] 特别地，根据本发明的方法能够由根据本发明的材料复合物来制造根据本发明的加强元件，材料复合物和加强元件均可以与前述一个或多个优选实施方式相对应。这能够实现较高的循环数量，因为所制造的热压成型的组件不再需要在模具中的额外的停留时间，这是由于组件在热的状态下具有很高的空间稳定性。在另一个步骤中，可选地，热的热压成型的材料复合物也可以被输送至冷却站，热压成型的材料复合物停留在其中，直到其温度降至预设的特定温度。 [0026] 在根据本发明的方法的优选实施方式中，在接下来的步骤中，热压成型的材料复合物被切割。特别地，切割可以在模具中进行。有鉴于此，模具可以具有合适的集成的切割、冲压、挤压工具。 [0027] 在根据本发明的方法的特别优选的实施方式中，例如，在另一个步骤中，背对牛皮纸板的热压成型的材料复合物的表面提供有可压力活化的粘结层，其可以被覆有可移除的衬套。能够制造这样的加强元件，即可以采用手动或者自动的方式，通过简单地将其压向待减振的组件来附加。可选地，可压力活化的粘结层还可以被设置在牛皮纸板的外部表面上。 [0028] 在根据本发明的方法的场景中，由于材料复合物的机械强度增加，放置在模具的腔体内的材料复合物不仅可以获得不变的三维轮廓，而且还可以在指定的局部减小材料复合物的材料厚度(例如，为了产生密封的外围边缘)，仍然适于将组件附加在机动车辆的车辆本体上，例如附加在顶板上。此外，还可以在具有三维轮廓的加强元件的表面局部地引入具有减小的材料厚度的区域，在这些区域需要增加的机械承载能力，例如安装点、用于通过各种线的穿孔，或者为了冲压加强肋，例如为了减小组件本身的振动趋势。 [0029] 通过下文中所论述的示例性实施方式，根据本发明的材料复合物、根据本发明的加强元件及其可能的应用，以及提供用于制造优选加强元件的方法的其他优点和特征将变得清晰。本文所述的实施方式不应被理解为限制，而是用于向本领域技术人员解释本发明。附图说明 [0030] 本发明的提述是基于这样的事实，即在技术可行的范围内，根据本发明的材料复合物、加强元件和制造方法的上述优选实施方式以及发展的全部特征可以相互自由结合，甚至可以跨越不同权利要求类别的界线，而不必将其在本发明的说明书中明确提及。同样，这适用于下文中所描述的示例性实施方式的特征，这些示例性实施方式将参考附图进行更详细的阐释。 [0031] 图1示出了根据本发明的材料复合物的横截面示意图； [0032] 图2示出了根据本发明的材料复合物的制造方法的示意图； [0033] 图3-4示出了根据本发明的用于制造根据本发明的加强元件的方法的示意图； [0034] 图5示出了采用图3-4中所示的方法制造的根据本发明的加强元件的示意图； [0035] 图6示出了根据本发明的加强元件的第二示例性实施方式的示意图；以及[0036] 图7示出了根据本发明的另一材料复合物的横截面示意图。 [0037] 主要附图标记说明： [0038] 1-材料复合物，10-芯材，12-波纹纸带，14-平面纸带，16-芯材供带盘，18-热稳定粘结层，20-牛皮纸板，22-平面纸带，24-牛皮纸板供带盘，30-热固性粘结层，32-喷嘴，40-可压力活化的粘结层，50-装饰层，60-经压花的边缘，70-模具，72-上半模，74-下半模，76-腔体，78-压花边缘，80-层压站，90-切割站，92-切割工具，100-加强元件。 具体实施方式[0039] 图1示出了根据本发明的材料复合物1的横截面示意图，材料复合物1包括由波纹纸带12构成的纤维素基芯材10，其被粘合至同样是纤维素基的平面纸带，以形成瓦楞纸板。在这种情况中，波纹结构在平面纸带14的平面上延伸。平面纸带14和波纹纸带12之间的粘结连接是通过这样的方式实现的，即其能够承受后续热压成型工艺过程中热模具中的温度。例如，使用热固胶的价值便体现于此。 [0040] 进一步地，材料复合物1包括牛皮纸板20，其被机械地连接至波纹纸带12，在所示的示例性实施方式中，牛皮纸板20由平面纸带22构成。 [0041] 牛皮纸板上涂覆有可热固化的粘结层30，其在固化状态具有热固性，并且其被设置在材料复合物1的芯材10和纸带22之间。例如，粘结层30可以基于喷洒在平面纸带22的表面上的可热交联的聚氨酯泡沫。即使在非固化状态，粘结层30仍能够实现将牛皮纸板20的平面纸带22粘结至芯材10的波纹纸带12。 [0042] 牛皮纸板的平面纸带22也基于纤维素，并且其每单位面积的重量约为200g/m2。平面纸带22的厚度约为0.5mm。将硫酸钡添加到平面纸带22的纤维素材料中，从而在指定的材料厚度达到指定的每单位面积的重量。 [0043] 平面纸带14、22均通过自然纸浆纤维加固。 [0044] 图7示出了根据本发明的材料复合物1的第二示例性实施方式，其结构基本上与根据图1所示的材料复合物1的结构相一致，然而，其中，芯体10包括两个波纹纸带12以及一个平面纸带14，其粘合在一起，以形成瓦楞纸板，其中平面纸带14设置在波纹纸带12之间。瓦楞纸板的波纹纸带12通过热稳定的粘结层18的方式连接至平面纸带14，例如，粘结层18由固化的热固性聚合物基粘结剂构成。已经证明了使用这样的芯材来制造根据本发明的加强元件在实际应用中的价值。 [0045] 图2中示出了适用于制造根据本发明的材料复合物1的方法的示意图。形成牛皮纸板20的平面纸带22从供带盘24放出，并且被引导经过喷嘴32。可热交联的聚氨酯泡沫通过该喷嘴32被喷洒到平面纸带22的上侧表面上。随后，牛皮纸板20的平面纸带22(此时，平面纸带22涂覆有可热固化的粘结层30)被输送至层压站80，在此涂覆有粘结层30的牛皮纸板20与芯材10被放在一起，芯材10同样是卷绕在供带盘16上，并且其被配置为如图1所示的瓦楞纸板。在处理过程中，将足够的压力施加在制造中的材料复合物1上，从而由可热固化的粘结层30产生牛皮纸板20的平面纸带20至芯材10的波纹纸带12的一定粘结力，粘结层30在固化状态为热固性的。随后，以这种方式制造的材料复合物1被输送至切割站90，在此，通过切割工具92将材料复合物1切割成一定尺寸的合适的材料片段，以用于接下来的工序。 [0046] 已经切割成一定尺寸的根据本发明的材料复合物1的片段以供根据本发明的制造方法来制造根据本发明的加强元件100。随后，切割成一定尺寸的材料复合物1(包含牛皮纸板20、粘结层30和芯材10)的片段被输送至热压成型工序，该工序将参考图3至图4来解释。 [0047] 图3至图4中示出了用于形成根据本发明的加强元件100的热压成型工序，加强元件100基于图1所示的材料复合物1，该热压成型工序通过模具70来实施，模具70的两个半模72、74被配置为加热的。用于热压成型工序的工具温度被设定为约180℃，工具温度实质上由粘结层30的活化温度来确定。被切割成一定尺寸的材料复合物1的片段被放置在模具70的打开的腔体中(参见图3)，然后模具70被关闭，如图4所示。合适的关闭力被施加在模具70上，随后保持关闭一段合适的时间，一般介于20至200秒之间。模具中的温度和模具70的关闭时间以这样的方式设置，即粘结层30被热活化并以热固的方式固化，在此过程中，将芯材10连接至牛皮纸板20。 [0048] 因此，材料复合物1沿着模具70形成三维轮廓。与此同时，已经完成其活化过程的粘结层30将铸模成型的材料复合物12固定为所形成的形状，因为此时其具有热固化性质。以这种方式制造的加强元件100，其可选择具有三维轮廓，因此，当在热的状态下将加强元件100从模具70中移除时，能够保持其所形成的形状。这便可以在热压成型工序中实现快速循环周期。 [0049] 然而，在一个在此未示出的优选实施方式中，芯材的单个或多个外表面或内表面也被额外地涂覆了可热固化的材料，优选为以热固的方式固化的材料，例如，三聚氰胺树脂或聚氨酯泡沫。这些层也在热压成型工具中固化，并且为所制造的加强元件提供额外的尺寸稳定性，特别是在热的状态下。 [0050] 随后，模具70被打开(未示出)，并且此时具有三维轮廓的仍然热着的加强元件100被从模具70中移除，并未冷却。最终，图5中的截面图所示的三维轮廓的加强元件100被输送至切割站(未示出)，在此进行外围切割工序。可选地，同时或随后打出穿孔，例如，为了形成加强元件100中的装配开口而完成。 [0051] 提出一种实施该工序的优选方式，即模具70选择性地额外设有切割工具或打孔工具，以实现在热压成型工序中能够同时对所制造的加强元件100进行切割并对可能需要的穿孔进行布置。然而，这并未在图3和图4中示出。 [0052] 相反地，由图3和图4能够清楚看出模具70的半模72、74设有压花边缘78，其用于在插入腔体76的材料复合物1的边缘处提供外围经压花的边缘60，在此所制造的加强元件100的材料厚度显著减小。优选地，这个区域的材料厚度被减小至这样的程度，其使得芯材10实质上不再具有充气的腔室。 [0053] 最后，图6示出了根据本发明的加强元件100的第二个示例性实施方式，其与如图5所示的第一个示例性实施方式相比，该加强元件100实质上被配置为平的。除了加强元件 100的上表面涂覆有装饰层50以外，根据第二示例性实施方式的加强元件100的结构与第一示例性实施方式的加强元件100的结构相同，装饰层50由厚度为50微米的聚乙烯薄膜构成。优选地，在加强元件100的制造过程中，后者也被输送至模具70的腔体76中，可以通过从供带盘(未示出)放出来实现。在关闭的模具70中，热塑性的装饰层50熔化，并且与材料复合物1的相邻的表面相连接。就材料、材料厚度、材料的性质、颜色等而言，通过改变装饰层50可以获得各种表面图样和品质。 [0054] 根据第二示例性实施方式的加强元件100的背面设有可压力活化的粘结层40，其覆盖着衬垫(未示出)。通过粘结层40的方式，加强元件100可以当场附加在待加强的组件上，例如，附加在机动车辆的顶板上，可以通过简单地施与机械压力，以在加强元件100和待加强的组件之间形成二维机械连接。优选地，可压力活化的粘结层40被附加在已经热压成型的并且经过足够冷却的加强元件100上。 |
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