專利名稱：多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度塑性后梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度后梁，更具體的，涉及一種多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度后梁，其碰撞性能通過區(qū)分玻璃纖維的排列來得到改進(jìn)。
背景技術(shù)：
通常，為了改進(jìn)其耐久性，車輛的保險(xiǎn)杠內(nèi)提供有后梁，所述后梁通過立柱(stay) 安裝在車身上。后梁主要是由鋼材料或如熱塑性玻璃纖維板(GMT)的塑性材料制成。由鋼材料制成的后梁的優(yōu)點(diǎn)在于，因其能夠以各種形狀成型而具有高度的設(shè)計(jì)自由，但其缺點(diǎn)在于，不利于車身重量的減輕和單位行駛距離的燃料量的改進(jìn)，且其缺點(diǎn)還在于，其很難滿足美國的公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)(Insurance Institute for Highway Safety, IIHS)提供的低速碰撞試驗(yàn)的規(guī)則。相比而言，由GMT制成的塑性后梁的優(yōu)點(diǎn)在于，因其是玻璃纖維和樹脂的復(fù)合材料而大大地有助于減輕車身的重量，所述復(fù)合材料具有與冷軋鋼類似的強(qiáng)度，其優(yōu)點(diǎn)還在于，因其具有出色的碰撞能量吸收率而能夠滿足美國IIHS提供的低速碰撞試驗(yàn)的規(guī)則，但其缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)自由度低，因?yàn)楹茈y將這種塑性后梁制成圓形。GMT是一種典型的塑性復(fù)合材料，是一種板狀的復(fù)合材料，其包括作為通用樹脂的聚丙烯樹脂和玻璃纖維板。因?yàn)椴ＡЮw維板是由通過T型模具(T-die)擠出的熔融聚丙烯直接浸漬的，所以GMT與樹脂具有強(qiáng)結(jié)合力，并且由于玻璃纖維本身的強(qiáng)度加到玻璃纖維板上，所以GMT較常規(guī)塑性材料表現(xiàn)出更高的強(qiáng)度，且GMT具有各種特性，例如重量輕(這是塑料的固有性質(zhì))，得益于熱塑性樹脂的高產(chǎn)率，循環(huán)利用性質(zhì)等。圖1顯示了由雙層壓帶機(jī)制造的兩種類型的典型GMT。圖IA示出了通過加熱不定向聚丙烯樹脂10并用不定向聚丙烯樹脂10浸漬無規(guī)玻璃纖維板11制造的GMT，圖IB示出了通過加熱不定向聚丙烯樹脂10并用不定向聚丙烯樹脂10浸漬單向玻璃纖維板13制造的GMT。根據(jù)其用途適當(dāng)?shù)氖褂眠@兩種類型的典型GMT。但是，最常作為車輛保險(xiǎn)杠的塑性后梁使用的GMT的問題在于，當(dāng)通過層壓工藝制造時(shí)，在玻璃纖維和樹脂之間會(huì)發(fā)生不完全的填充，因此減小了他們之間的結(jié)合力，其問題還在于，在成型工藝期間，發(fā)生流動(dòng)現(xiàn)象，使得玻璃纖維的方向性變得不穩(wěn)定，從而引起玻璃纖維排列的分散現(xiàn)象。特別地，由于玻璃纖維排列的分散現(xiàn)象抑制了碰撞能量被均勻地吸收，因此存在產(chǎn)品質(zhì)量下降的問題。近來開發(fā)了作為車輛保險(xiǎn)杠的后梁的復(fù)合材料的長纖維熱塑性織物(Weaving Long Fiber Thermoplastics，WLFT)，是通過壓制將連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(Continuous Fiber reinforced Thermoplastics, CFT)粘附到長纖維熱塑性塑料(Long Fiber Thermoplastics,LFT)制造的。但是，這種WLFT的問題是，在高溫壓制期間，長纖維或短纖維在連續(xù)纖維之間滲透，因此惡化了高強(qiáng)度性質(zhì)，而高強(qiáng)度性質(zhì)是連續(xù)纖維表現(xiàn)出的物理性質(zhì)。
公開于本發(fā)明背景部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個(gè)方面旨在提供多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度后梁，其能夠保持高強(qiáng)度性質(zhì)且同時(shí)通過獨(dú)立地將連續(xù)纖維的樹脂層和長纖維(短纖維)的樹脂層彼此粘附來實(shí)現(xiàn)均勻的碰撞性能分布。在本發(fā)明的一個(gè)方面，用于車輛保險(xiǎn)杠的多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度塑性后梁是由玻璃纖維和熱塑性樹脂制成，其可以包括長纖維或短纖維與熱塑性樹脂結(jié)合于其中的第一纖維樹脂層，以及連續(xù)纖維與熱塑性樹脂結(jié)合于其中的第二纖維樹脂層，其中，當(dāng)?shù)谝焕w維樹脂層通過加熱獨(dú)立地粘附到第二纖維樹脂層時(shí)，第一纖維樹脂層的長纖維或短纖維配置為不在第二纖維樹脂層的連續(xù)纖維之間滲透。第一纖維樹脂層朝外設(shè)置形成碰撞表面，第二纖維樹脂層被粘附到第一纖維樹脂層的內(nèi)側(cè)。多種纖維結(jié)合的高強(qiáng)度塑性后梁可以進(jìn)一步包括樹脂薄膜層，所述樹脂薄膜層處于第一纖維樹脂層和第二纖維樹脂層之間的分界面以粘附第一纖維樹脂層和第二纖維樹脂層，使得不發(fā)生夾層剝離并防止長纖維或短纖維在連續(xù)纖維之間滲透。相對(duì)于后梁的截面的總長度，第二纖維樹脂層的截面長度是第一纖維樹脂層的截面長度的50%或更多。第二纖維樹脂層的兩端都直接連接到用于固定車身的立柱，第一纖維樹脂層覆蓋第二纖維樹脂層和第二纖維樹脂層的兩端。本發(fā)明的方法和裝置具有其他的特性和優(yōu)點(diǎn)，這些特性和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)并入本文中的附圖和隨后的具體實(shí)施方式

將是顯而易見的，或者將在并入本文中的附圖和隨后的具體實(shí)施方式

中進(jìn)行詳細(xì)陳述，這些附圖和具體實(shí)施方式

共同用于解釋本發(fā)明的特定原理。


圖IA和圖IB顯示了通用的GMT的結(jié)構(gòu)。圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的高強(qiáng)度塑性后梁的立體圖。圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的高強(qiáng)度塑性后梁的剖面立體圖。應(yīng)了解附圖呈現(xiàn)了闡述本發(fā)明基本原理的各個(gè)特征的一定程度簡化的表示，從而不需要按比例繪制。本文所公開的本發(fā)明的特定設(shè)計(jì)特征，包括例如特定尺寸、取向、位置以及形狀，將部分地由具體意圖的應(yīng)用以及使用環(huán)境確定。在附圖中，附圖標(biāo)記在全部的幾個(gè)附圖中表示本發(fā)明的相同或者等效的部分。
具體實(shí)施例方式以下將詳細(xì)參考本發(fā)明的不同實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示出并在下面進(jìn)行描述。雖然結(jié)合示例性實(shí)施例描述本發(fā)明，但應(yīng)了解該描述不是旨在將本發(fā)明限制于那些示例性實(shí)施例。相反地，本發(fā)明旨在不僅僅覆蓋示例性實(shí)施例，還覆蓋可以包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍里的各種替代、改進(jìn)、等效結(jié)構(gòu)以及其他實(shí)施例。
以下，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是，本發(fā)明的實(shí)施例可以各種形式進(jìn)行修改，且本發(fā)明的范圍并不限于下面的實(shí)施例。本發(fā)明提供的實(shí)施例是為了讓本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明有個(gè)清楚的了解。因此， 應(yīng)了解出于更清楚解釋的目的可能夸大了附圖中的組件的形狀，大小等。圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的高強(qiáng)度塑性后梁的立體圖。本發(fā)明的高強(qiáng)度塑性后梁是由玻璃纖維和熱塑性樹脂制成的，其包括第一纖維樹脂層20，在所述第一纖維樹脂層20中，長纖維或短纖維與熱塑性樹脂結(jié)合；以及第二纖維樹脂層30，在所述第二纖維樹脂層30中，連續(xù)纖維與熱塑性樹脂結(jié)合。優(yōu)選地，所有的長纖維、短纖維和連續(xù)纖維都是由玻璃纖維制成的，但也可以由其他纖維材料制成，只要其他纖維材料可用于與玻璃纖維相同的目的即可。優(yōu)選使用聚丙烯 (PP)樹脂作為熱塑性樹脂，聚丙烯樹脂是常規(guī)的用作如GMT等復(fù)合材料的通用的樹脂，但是也可以用其他熱塑性樹脂，只要其他熱塑性樹脂可用于與聚丙烯(PP)樹脂相同的目的即可。通過使用浸漬方法將長纖維或短纖維粘附到熱塑性樹脂上來形成第一纖維樹脂層20。雖然能夠?qū)⒍汤w維的長度和長纖維的長度絕對(duì)地區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn)還沒有定義，但是短纖維(短纖絲(staple fiber))是指具有大約2. 5 3. 8cm的短長度的顆粒型纖維，長纖維 (長纖絲(filament))是指比短纖維更細(xì)更長的纖維。由于玻璃纖維是通過熔融玻璃以纖維形狀擠出形成的合成礦物纖維，因此可以根據(jù)其目的使用玻璃纖維自由地制備長纖維或短纖維。短玻璃纖維包括玻璃棉和玻璃毛，長玻璃纖維主要通過穿過形成在鉬罐底部的小孔將鉬罐里的熔融玻璃擠出來制造的。因?yàn)椴ＡЮw維的特性，長纖維和短纖維是耐高溫的，當(dāng)它們被加熱到與熱塑性樹脂結(jié)合的狀態(tài)的高溫時(shí)，它們趨向于被熱塑性樹脂的流動(dòng)現(xiàn)象移動(dòng)，由此在第二纖維樹脂層30的連續(xù)纖維之間滲透。同樣的，當(dāng)長纖維和短纖維因其移動(dòng)而在第二纖維樹脂層30 的連續(xù)纖維之間滲透時(shí)，如上所述，不能獨(dú)立地保持纖維樹脂層每一層的排列，因此使高強(qiáng)度特性下降。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，為了解決上述的問題，包括長纖維或短纖維的第一樹脂層20與包括連續(xù)層的第二纖維樹脂層30被獨(dú)立地區(qū)分。同時(shí)，第二纖維樹脂層30是使用滲透方法通過將連續(xù)纖維粘附到熱塑性樹脂形成的。如上所述，由于玻璃纖維是由熔融玻璃以纖維形狀擠出形成的合成礦物纖維，其相當(dāng)于最穩(wěn)定的連續(xù)纖維。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，考慮到應(yīng)用到后梁的最大負(fù)載的方向，排列連續(xù)纖維使得后梁可以表現(xiàn)出最大強(qiáng)度，然后與聚丙烯樹脂結(jié)合來防止裂縫的發(fā)生和傳播，從而實(shí)現(xiàn)后梁所需的高強(qiáng)度特性。在這種情況下，為了使后梁表現(xiàn)出由連續(xù)纖維所致的高強(qiáng)度特性，必須穩(wěn)定地保持連續(xù)纖維的排列。為了達(dá)到這個(gè)目的，當(dāng)通過加熱將第一纖維樹脂層20粘附到第二纖維樹脂層30時(shí)，通過防止長纖維或短纖維在連續(xù)纖維之間滲透穿過它們之間的分界面使得由連續(xù)纖維制成的第二纖維樹脂層30總是被獨(dú)立地布置是重要的。同樣的，將由連續(xù)纖維制成的第二纖維樹脂層30獨(dú)立地布置的方法主要包括控制粘附工藝的條件的方法和在第一纖維樹脂層20和第二纖維樹脂層30之間粘附另外的樹脂薄膜層40的方法。首先，在控制粘附工藝的條件的方法中，粘附工藝條件用于防止加熱導(dǎo)致的長纖維或短纖維在連續(xù)纖維之間滲透，并且考慮到熱塑性樹脂的物理性質(zhì)，在不發(fā)生長纖維或短纖維的流動(dòng)現(xiàn)象的溫度下將第一纖維樹脂層20粘附到第二纖維樹脂層30。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，不使用另外的裝置就能夠維持連續(xù)纖維的獨(dú)立性，但問題在于，依賴于樹脂的物理性質(zhì)或玻璃纖維的特性，其應(yīng)用是有限的。接著，如圖3所示，在第一纖維樹脂層20和第二纖維樹脂層30之間粘附另外的樹脂薄膜層40的方法中，樹脂薄膜層40被另外地粘附在第一纖維樹脂層20和第二纖維樹脂層30之間來防止夾層的分離。用這種方法，完全確保了連續(xù)纖維獨(dú)立的排列，同時(shí)通過使用具有高粘合性的樹脂薄膜來進(jìn)一步改進(jìn)夾層的粘合，由此防止在碰撞的時(shí)候發(fā)生夾層剝離現(xiàn)象。作為樹脂薄膜層40，只要能表現(xiàn)出例如粘合性等本發(fā)明的后梁所需的物理性質(zhì)，可以使用任何樹脂薄膜層。進(jìn)一步地，本發(fā)明的后梁可以配置為使得第一纖維樹脂層20朝外布置以形成碰撞表面，且將第二纖維樹脂層30粘附到第一纖維樹脂層20的內(nèi)側(cè)。更特別地，如圖3所示， 第一纖維樹脂層20因長纖維或具有相對(duì)短長度的短纖維在其中均勻分布而具有出色的碰撞能量吸收性能，所述第一纖維樹脂層20朝外安裝形成直接碰撞表面，而第二纖維樹脂層 30因連續(xù)纖維在其中以預(yù)定方向均勻排列而表現(xiàn)出高強(qiáng)度，所述第二纖維樹脂層30安裝在第一纖維樹脂層20的內(nèi)側(cè)以防止后梁受外部沖擊而變形。進(jìn)一步地，如圖3所示，后梁可配置為使得相對(duì)于后梁的總截面長度，第二纖維樹脂層30的截面長度L2為第一纖維樹脂層20的截面長度Ll的50%或更多。其原因是，當(dāng)具有高強(qiáng)度的第二纖維樹脂層30的截面長度L2少于50%時(shí)，后梁會(huì)在碰撞的時(shí)候變形，由此使后梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差。進(jìn)一步地，如圖2所示，后梁配置為使得第二纖維樹脂層30的兩端L3直接連接到立柱50用以固定到車身，且第一纖維樹脂層20覆蓋粘附到其內(nèi)側(cè)的第二纖維樹脂層30的兩端。其原因在于，當(dāng)?shù)诙w維樹脂層30的兩端連接到立柱50時(shí)可有利的實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度后梁，其原因還在于，當(dāng)包含長纖維或短纖維的第一纖維樹脂層20覆蓋第二纖維樹脂層30的兩端時(shí)，后梁在受到外部各方向的沖擊時(shí)其碰撞能量吸收性能都可以很出色。如上所述，由于連續(xù)纖維被獨(dú)立地布置，根據(jù)本發(fā)明的多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度后梁可保持高強(qiáng)度。進(jìn)一步地，由于長纖維或短纖維不能在連續(xù)纖維之間滲透，在形成的時(shí)候獨(dú)立地保持連續(xù)纖維的排列，由此提高了碰撞能量的均勻吸收率。此外，由于長纖維或短纖維粘附到連續(xù)纖維，在一定程度上與常規(guī)的后梁相似，可保持后梁形狀的自由。為在隨附的權(quán)利要求中更方便說明和準(zhǔn)確的定義，術(shù)語“上”、“下、，，“內(nèi)，，和“外”
參考如附圖中示出的這些特征的位置用于描述示例性實(shí)施例中的特征。前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想窮盡本發(fā)明，或者將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)， 可以進(jìn)行很多改變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由所附的權(quán)利要求書及其等同形式所限定。
權(quán)利要求
1 一種用于車輛保險(xiǎn)杠的多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度塑性后梁，其由玻璃纖維和熱塑性樹脂制成，包括第一纖維樹脂層，長纖維或短纖維與熱塑性樹脂結(jié)合于其中；以及第二纖維樹脂層，連續(xù)纖維與熱塑性樹脂結(jié)合于其中，其中，當(dāng)?shù)谝焕w維樹脂層通過加熱獨(dú)立地粘附到第二纖維樹脂層時(shí)，第一纖維樹脂層的長纖維或短纖維配置為不在第二纖維樹脂層的連續(xù)纖維之間滲透。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛保險(xiǎn)杠的多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度塑性后梁，其中第一纖維樹脂層朝外布置形成碰撞表面，第二纖維樹脂層被粘附到第一纖維樹脂層的內(nèi)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛保險(xiǎn)杠的多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度塑性后梁，其進(jìn)一步包括樹脂薄膜層，所述樹脂薄膜層處于第一纖維樹脂層和第二纖維樹脂層之間的分界面以粘附第一纖維樹脂層和第二纖維樹脂層，使得不發(fā)生夾層剝離并且防止長纖維或短纖維在連續(xù)纖維之間滲透。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于車輛保險(xiǎn)杠的多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度塑性后梁，其中第一纖維樹脂層朝外布置形成碰撞表面，第二纖維樹脂層被粘附到第一纖維樹脂層的內(nèi)側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于車輛保險(xiǎn)杠的多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度塑性后梁，其中相對(duì)于后梁的截面的總長度，第二纖維樹脂層的截面長度是第一纖維樹脂層的截面長度的50%或更多。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于車輛保險(xiǎn)杠的多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度塑性后梁，其中第二纖維樹脂層的兩端都直接連接到用于固定到車身的立柱，第一纖維樹脂層覆蓋第二纖維樹脂層和第二纖維樹脂層的兩端。
全文摘要
一種用于車輛保險(xiǎn)杠的多種玻璃纖維結(jié)合的高強(qiáng)度塑性后梁，其可由玻璃纖維和熱塑性樹脂制成，其可以包括長纖維或短纖維與熱塑性樹脂結(jié)合于其中的第一纖維樹脂層，以及連續(xù)纖維與熱塑性樹脂結(jié)合于其中的第二纖維樹脂層，其中，當(dāng)?shù)谝焕w維樹脂層通過加熱獨(dú)立地粘附到第二纖維樹脂層時(shí)，第一纖維樹脂層的長纖維或短纖維配置為不在第二纖維樹脂層的連續(xù)纖維之間滲透。
文檔編號(hào)B32B27/04GK102555958SQ201110394
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者張來雄, 李承牧, 趙厚澤, 車東垠, 鄭基燻, 金憲秀, 金熙俊 申請(qǐng)人:樂金華奧斯有限公司, 現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社, 起亞自動(dòng)車株式會(huì)社