夾層式複合部件及其製造方法

2023-05-14 19:00:56

夾層式複合部件及其製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有蜂窩狀芯層（4)和至少一個纖維增強熱塑性遮蓋覆層（3)的夾層式部件(10)，及其相應的製造方法。所述遮蓋覆層（3)利用熱塑性材料與所述蜂窩狀芯層（4)連接。所述夾層式部件（10)的至少一側具有布置於所述遮蓋覆層（3)上的裝飾層（1、1』）。所述夾層式部件(10)還包括至少一個布置於所述遮蓋覆層（3)與所述裝飾層（1、1』）之間的泡沫層（2)，且所述泡沫層與所述遮蓋覆層（3)以及與所述裝飾層（1、1』）連接。
【專利說明】夾層式複合部件及其製造方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有蜂窩狀芯部和遮蓋覆層(外層)的夾層式部件，及其製造方法。

【背景技術】
[0002]隨著汽車構造採用旨在降低燃料消耗和二氧化碳排放的輕量化策略，具有夾層式結構的部件越來越多地得到應用，由於芯部材料的密度較小，這類部件的重量遠小於傳統部件，且其通過適當選擇遮蓋層材料而能提供足夠的強度值。這類夾層式結構在熱屬性和聲學屬性方面也具有優勢。
[0003]DE 10 2010 005 456A1公開一種由低成本材料構成的、機械屬性和/或表面品質有所提高的夾層式部件。該案所描述的夾層式部件包括由例如如紙的纖維素基材料構成的蜂窩狀芯部，以及至少一個纖維增強熱塑性遮蓋覆層。其中，蜂窩狀芯部的基邊在其與遮蓋覆層的連接位置上容置到遮蓋覆層的熱塑性塑料基質中，從而建立夾層式部件的複合體。這種夾層式部件的製造方式是:將相互交疊布置的夾層定位於壓模中，在該壓模中對該布置結構進行加熱，從而在該壓模中的壓力下使得熱塑性基質至少部分熔化，以便將蜂窩狀芯部的基邊容置到遮蓋覆層中。
[0004]EP O 787 578A2同樣公開一種多層組件，其由支承體構成，該支承體由蜂窩狀結構體形成並與至少一個纖維增強熱塑性遮蓋覆層連接。為了製造這種多層組件，在支承體上塗覆遮蓋覆層，在壓力和/或溫度的作用下，視情況藉助空間變形將該遮蓋覆層與支承體連接形成多層組件。其中，為遮蓋覆層塗覆薄膜，和/或，為屬於遮蓋覆層的纖維狀支承體塗覆由熱塑性塑料構成的纖維網，隨後將包含熱塑性塑料的遮蓋覆層至少加熱至該熱塑性塑料呈粘稠狀的程度。隨後將遮蓋覆層貼靠在支承體上，並將其壓緊在該支承體上，以將遮蓋覆層與支承體連接。緊接著對遮蓋覆層進行冷卻，以便在充分凝固後能將組件從模具取出。
[0005]在這兩種情形下，遮蓋覆層可藉助於遮蓋層或裝飾層朝外封閉，所述遮蓋層或裝飾層形成部件的可見表面。
[0006]但在應用具有熱塑性遮蓋覆層的蜂窩狀芯部時，由於為建立層間連接所需的熱塑性塑料的可流動性，特別是在成形區域內，可能會出現表面缺陷，例如顯現出蜂窩狀結構。


【發明內容】

[0007]有鑑於上述現有技術，本發明的目的是，在避免因所用支承體而產生的表面缺陷的情況下，提供一種層合的夾層式部件。
[0008]本發明用以達成上述目的的解決方案是一種具有權利要求1所述特徵的夾層式複合部件。
[0009]本發明的另一目的是，提供一種針對這種層合式部件的低成本製造方法。
[0010]本發明用以達成上述目的的解決方案是一種具有權利要求5所述特徵的方法。
[0011]所述夾層式複合部件以及所述方法的改進方案在各從屬權利要求中描述。
[0012]本發明的夾層式部件具有蜂窩狀芯部，以及兩側至少一個纖維增強熱塑性遮蓋覆層，所述遮蓋覆層利用熱塑性材料(例如可以是所述遮蓋覆層的熱塑性塑料，或附加設置的熱塑性材料)與所述蜂窩狀芯層連接；本發明的夾層式部件在至少一側上具有布置於所述遮蓋覆層上的裝飾層。為避免製造過程中在表面上產生的蜂窩狀芯部缺陷處通過所述裝飾層顯現出來，所述夾層式部件包括至少在夾層式部件的可見側上布置於所述遮蓋覆層與所述裝飾層之間的泡沫層，所述泡沫層與所述遮蓋覆層以及與所述裝飾層連接。其中特別優選地，所述泡沫層直接並以材料接合的方式與所述遮蓋覆層以及與所述裝飾層連接。根據具體要求，所述夾層式部件可以僅單側地，即僅在部件的可見側或A側上配設有裝飾層以及位於所述裝飾層下的泡沫層；但也可以兩側均配設有裝飾層，其中一個(可見側)或兩個裝飾層通過泡沫層與所述遮蓋覆層隔開。
[0013]所述泡沫層可以由發泡熱塑性塑料構成，以便例如促進與所述纖維增強熱塑性遮蓋覆層的連接。建議應用低成本的聚烯烴，如聚丙烯和聚乙烯。應用熱塑性塑料的優勢是，泡沫能夠熔化和與遮蓋覆層熔合。這一點特別是在邊緣區域很重要。優選地，在所述夾層式部件的邊緣區域內將所述遮蓋覆層與泡沫層或其熱塑性部分熔合，從而實現對邊緣的密封。例如通過在熱壓機中為所述邊緣區域施加較大的壓緊力來實現這一點。應用於可見區域時，這一點有利於緊貼部件輪廓將邊緣端壓平。此舉一方面實現對部件的修整，另一方面近乎平坦地將外部覆層接合，從而實現高品質的部件修整。這樣就能實現一流的修整。在此情形下形成某種夾層式部件，其邊緣通過將遮蓋覆層與泡沫層熔合而被密封，即朝向外部被封閉。遮蓋覆層和泡沫層由熱塑性聚合物構成，因此，這種熔合至少局部會形成聚合物混合。
[0014]在優選技術方案中，所述遮蓋覆層由利用玻璃纖維網進行過纖維增強的聚丙烯(PP)構成，所述泡沫層由發泡的聚丙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)構成。
[0015]優選選擇聚酯作為裝飾層。其中，所述裝飾層的聚酯至少在表面上或在可見面上不具有可識別的熔合部。在邊緣區域和成形區域內，所述泡沫層將裝飾表面上的缺陷顯現減輕或對其進行層合處理。這樣便使得所述裝飾面的邊緣區域和成形區域也具有與剩餘區域相同的視覺外觀。
[0016]對所述邊緣的密封特別有利，因為這樣能防止水分進入紙制蜂窩狀芯部並在邊緣碰撞時實現較高的機械負載。
[0017]在此情形下，已證實的是，對表面不規則性的層合處理取決於泡沫的容積質量即密度，和厚度。所述泡沫的容積質量優選大於45kg/m3。優選厚度大於Imm,優選處於I至5mm的範圍內。在缺陷較大或表面不規則性較高時，需要上調所述容積質量以及所述泡沫厚度。針對採用壓製法進行的所述部件製造而言，需要選擇具有較高復位特性，即具有較低壓縮變形餘量的泡沫。
[0018]所述泡沫層可以利用某種熱塑性材料與所述遮蓋覆層連接，該熱塑性材料已存在於所述遮蓋覆層中或所述泡沫層中，或存在於兩者中。所述泡沫層可以利用所述泡沫層的熱塑性材料，或者利用附加的粘合層與所述裝飾層連接。所述泡沫層視情況也可以利用粘合層與所述遮蓋覆層連接。
[0019]為了改善所述蜂窩狀芯層與所述纖維增強熱塑性遮蓋覆層的連接，所述夾層式部件可以在所述蜂窩狀芯層與所述遮蓋覆層之間具有另一熱塑性中間層。根據有利方案，所述遮蓋覆層的熱塑性塑料的物理-化學屬性，如熔化溫度或玻璃化溫度，相似或相應。
[0020]此外，所述蜂窩狀芯層可以低成本地由纖維素基材料、優選由紙或紙板構成。
[0021]本發明的夾層式部件的製造方法包括以下步驟:在形成至少包括蜂窩狀芯層和位於所述蜂窩狀芯層兩側的用於形成所述遮蓋覆層的熱塑性纖維材料層的夾層式結構體後，(a)對所述夾層式結構體進行加熱，直至所述纖維材料層的熱塑性材料至少開始流動，其中，獲得夾層式半成品。隨後，(b)在經加熱的夾層式半成品的至少一側上布置裝飾層，以及，至少在所述裝飾層中的一個(其設置用於形成所述夾層式部件的A側)與所述夾層式半成品之間布置泡沫層。(C)將所述經加熱的夾層式半成品轉移至視情況經過預熱的、溫度顯著低於所述熱塑性基質的熔化溫度的成形壓模中，並將其放置到型腔中，使得所述夾層式半成品的設有所述泡沫層以及所述裝飾層的一側形成該夾層式部件的A側/可見側。其中，只有在冷的模具型腔中，才將所述泡沫層和所述裝飾層貼靠到所述溫度尚高的夾層式半成品上。隨後，(d)在實施冷卻的同時將所述經加熱的夾層式半成品與所述泡沫層以及所述裝飾層壓製成所述夾層式部件，從而使得所述熱塑性材料固結，並製成所述複合體。(e)隨後便可將所述製成的、經過裁切的夾層式部件脫模。
[0022]利用所述製造方法，能夠通過應用泡沫層來價廉地實現對所述夾層式部件的就地層合，從而避免表面缺陷顯現在所述裝飾層上。
[0023]優選在加熱工具，特別是熱壓機中進行加熱，以便利用其所產生的壓緊力使得所述熱塑性纖維材料層附著在所述蜂窩狀芯部上。
[0024]優選將所述夾層式結構體加熱至一高於所述遮蓋覆層的熱塑性基質塑料的熔化溫度的溫度，從而至少在所述蜂窩狀芯部的基邊上貼靠有所述纖維材料層的位置上，在所述熱壓機中的壓力的作用下使得所述熱塑性基質塑料熔化。視情況也可以將所述整個基質塑料轉化成可流動狀態或熔化狀態。其中，熱壓工具的加熱溫度通常至少為熔化溫度。
[0025]通過使所述蜂窩狀芯部基邊的端緣被所述遮蓋覆層的熱塑性基質材料容置，便可藉助將所述熱塑性塑料基質至少局部熔化來實現蜂窩狀芯部與遮蓋覆層之間的良好連接。
[0026]根據所述泡沫層與所述遮蓋覆層或者所述泡沫層與所述裝飾層的具體連接方式，所述方法的步驟(b)可以包括:在所述泡沫層與所述裝飾層之間布置粘合層。也可以預先將所述泡沫層層合到所述裝飾層上，從而形成「泡沫-裝飾疊層」，用於布置在經加熱的夾層式半成品上。視情況在所述泡沫層與所述遮蓋覆層之間也可以設有粘合層，但是，優選通過所述經加熱的夾層式半成品的遮蓋覆層的基質熱塑性塑料來建立所述泡沫層與所述遮蓋覆層之間的連接。此外，也可以在步驟(b)前加熱所述泡沫層，直至所述泡沫層的熱塑性材料軟化，從而使得所述泡沫層的熱塑性材料具有粘附性，並可以建立與所述裝飾層以及與所述遮蓋覆層的連接。
[0027]若在所述夾層式結構中設有熱塑性中間層，則在步驟a)前將所述熱塑性中間層(優選是熱塑膜)布置到所述蜂窩狀芯部與形成所述遮蓋覆層的熱塑性纖維材料層之間。
[0028]在上述情形下，同樣藉助將所述熱塑性塑料基質至少局部熔化來為蜂窩狀芯部與遮蓋覆層之間建立良好連接，其中，這裡僅將所述蜂窩狀芯部基邊的端緣容置在所述中間層的熱塑性基質材料中，所述中間層將蜂窩狀芯部與遮蓋覆層相連，同時防止纖維材料進入蜂窩狀空腔，進而防止所述遮蓋覆層中的纖維比例降低。
[0029]若採用由例如為紙的纖維素基材料構成的蜂窩狀芯層，可採用以下方案:特別是在所述夾層式部件成形時成形度較高的情況下，在將所述蜂窩狀芯層潤溼後，在步驟(a)前，根據部件形狀在壓力和溫度的作用下對所述蜂窩狀芯層進行預成形，從而改善所述纖維素基材料的可成形性。
[0030]優選可以用水以噴灑或水汽的方式進行潤溼，另一方面，可以在壓模中利用施壓和熱效應(在40°C至200°C的範圍內)進行預成形。在所述經預成形的蜂窩狀芯部與所述纖維材料層(視情形還與熱塑性中間層)形成所述夾層式結構體後，便可以執行本發明的處理步驟。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]下面參照附圖對上述優點及其他優點進行說明。
[0032]參照附圖進行說明的目的是使本發明更加明了，便於理解。附圖所示僅為本發明實施方式的示意圖。
[0033]附圖中:
[0034]圖1為藉助模具的示意性剖視圖顯示的所述方法的工作步驟a)至e)的示意圖；以及
[0035]圖2為本發明的夾層式部件的剖視圖。

【具體實施方式】
[0036]除蜂窩狀芯部和纖維增強熱塑性塑料遮蓋覆層外，本發明的夾層式部件包括至少一個位於部件的可見側上的裝飾層，其中，將泡沫層用作裝飾層(例如可以是紡織品)與夾層式結構遮蓋覆層之間的中間層，從而對表面缺陷進行層合處理。
[0037]在成形壓模20中進行就地層合，這被證明是低成本的製造過程。圖1示意性示出夾層式部件10的製造過程。
[0038]在步驟a)中，在加熱工具30 (例如熱壓機)中對一多層結構體進行加熱，該多層結構體由用於形成遮蓋覆層的纖維增強熱塑性塑料層3與布置於這些熱塑性塑料層之間的蜂窩狀芯層4構成。例如可以將有機板或者由增強纖維與基質纖維構成的混合型紡織品用作纖維增強熱塑性塑料層3，出於成本和重量原因，優選可以將纖維素基蜂窩狀芯部4用作蜂窩狀芯層4。「蜂窩」這一表述並不僅限於表示蜂窩狀芯部的結構，也指由基邊構成的密度小且剛度高的結構。適宜的蜂窩狀芯部結構包括典型的六角形「蜂窩結構」以及波浪形、圓形、菱形或矩形的褶皺結構，以及不規則的具「有機」感的結構。其中可以將紙和紙板用作所述蜂窩狀芯部的纖維素基材料。
[0039]用於形成所述遮蓋覆層的纖維增強熱塑性塑料層3的增強纖維可以採用纖維網、具有定向纖維的無規纖網或纖維氈、織物、編織布、基布的形式，其既可以為單向又可以為多向。所述增強纖維可以在熱塑性基質中預先固結成平板狀，這種半成品也稱作有機板。此外，也可以採用混合紗線或混合紡織品，在此情況下，所採用的是包含熱塑性纖維以及增強纖維的纖維半成品，所述熱塑性塑料纖維形成所述基質。其中，所述增強纖維指的是自然纖維、玻璃纖維、碳纖維、聚合物纖維(特別是芳族聚酸胺纖維)，也可以採用不同纖維的組口 ο
[0040]此外，所述多層結構體可以包括熱塑膜，其作為纖維增強熱塑性塑料層3與蜂窩狀芯部4之間的用於改善遮蓋覆層結合的中間層。其中，特別適合採用由熱塑性塑料構成的、熔化屬性與所述遮蓋覆層的熱塑性基質材料相同的薄膜，以便所述中間層同時與所述遮蓋覆層連接，以及結合至所述蜂窩狀芯層。所述薄膜熱塑性塑料和所述遮蓋覆層的熱塑性基質可以是相同的熱塑性材料。採用的熱塑性塑料例如為聚醯胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯或其他聚烯烴。
[0041]在加熱工具30中，施加與所用熱塑性塑料的類型相關的溫度，所述熱塑性塑料在該溫度下至少會軟化，優選會熔化，從而藉助於基質熱塑性塑料或所述中間層的熱塑性塑料將形成遮蓋覆層的纖維層3粘附在蜂窩狀芯部4上。
[0042]在步驟b)中，可以在打開加熱工具30後，將通過上述方式製成並加熱的、由蜂窩狀芯部4與遮蓋覆層3 (以及視情況位於這兩者間的熱塑膜)所構成的夾層式半成品取出，並轉移至成形壓模20中，其中，根據部件形狀將裝飾層1、1』布置到經加熱的夾層式半成品
3、4的對應側上(步驟c)。視情況可僅將所述部件的可見側(A側)與裝飾層I層合。
[0043]為避免顯現表面缺陷，至少在形成所述部件的可見側的裝飾層I與遮蓋覆層3之間內置一泡沫層2，以便獲得A側的良好的表面品質。該泡沫層2可以預先與裝飾層I層合。也可以單獨提供泡沫層2。在此情形下，在轉移經加熱的夾層式半成品3、4時，先布置(若干)泡沫層，再貼放(若干)裝飾層。
[0044]泡沫層2通過因加熱而具流動性的基質塑料粘附在遮蓋覆層3上。為了連接裝飾層1，同樣也可以將可以由發泡熱塑性塑料構成的泡沫層2加熱。視需要可以一起加熱夾層式半成品3、4，或者單獨加熱，從而不僅實現與遮蓋覆層3的熱塑性基質的材料連接，而且實現與裝飾層I的連接。在此過程中僅需將所述泡沫層軟化並使其具有粘附性，但不使其熔化，以免失去泡沫結構。替代方案是，可以利用附加的粘合層將泡沫層2特別是與裝飾層I連接，視情況也可以與遮蓋覆層3連接。在此情形下，也可以將其他材料用作所述泡沫層的熱塑性塑料。
[0045]針對由熱塑性塑料構成的泡沫層2而言，可以根據所述熱塑性塑料中間膜，選擇熔化屬性與所述遮蓋覆層的熱塑性基質材料相應的熱塑性塑料，從而使得所述泡沫層在受熱時與所述遮蓋覆層連接。這樣便能用聚醯胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯、聚乙烯或其他聚烯烴等熱塑性塑料來製造所述泡沫層。也可以根據熔化屬性來選擇用於形成所述泡沫層的熱塑性塑料，使其與所述遮蓋覆層的熱塑性塑料相比具有更高的熔化溫度或玻璃化溫度，以免所述泡沫層在與經加熱的夾層式半成品接觸時失去泡沫結構。
[0046]壓模20的溫度遠低於所述熱塑性遮蓋覆層的熔化溫度，因此在閉合該模具20時，不僅實施成形從而形成部件10，同時還通過對所述熱塑性材料進行冷卻來為所述材料層之間建立連接(步驟d)。利用泡沫層2能夠對特別是產生於待成形區域內的、由蜂窩狀芯部4的成形所致的缺陷處進行層合處理。這樣便能在所述表面上對例如因所述蜂窩狀芯部的巢室壁裂縫而導致的缺陷顯現進行層合處理。打開壓模20後，可以將製成的部件10脫模。
[0047]將泡沫層2用作中間層，便能利用低成本的就地層合來製造夾層式部件10。
[0048]圖2以根據本發明所構建的夾層式材料的剖面的相片示出夾層式結構。在此，所述部件的可見側(A側)由紡織裝飾物I形成，其下方設有用於層合的泡沫層2，該泡沫層通過遮蓋覆層3的熱塑性纖維網(此處為聚丙烯制玻璃纖維)與紙制蜂窩狀芯部4隔開。在部件10的底面上，紙制蜂窩狀芯部4上設有用作遮蓋覆層3的熱塑性纖維網和形成B側的紡織裝飾物I』。其中，在遮蓋覆層3與B側裝飾層I』之間無泡沫層；不過在一般情形下，所述夾層式部件的兩側均可在所述裝飾層下設有用於層合的泡沫層。
【權利要求】
1.一種夾層式部件(10)，具有兩個纖維增強熱塑性遮蓋覆層(3)，以及布置於所述遮蓋覆層之間的蜂窩狀芯層(4)，其中，所述遮蓋覆層利用熱塑性材料與所述蜂窩狀芯層(4)連接，且其中所述夾層式部件(10)的至少一側具有布置於所述遮蓋覆層(3)上的裝飾層(1、1』)，其特徵在於，所述夾層式部件(10)還包括至少一個布置於所述遮蓋覆層(3)與所述裝飾層(1、1』)之間的泡沫層(2)，其中，所述泡沫層⑵與所述遮蓋覆層(3)以及與所述裝飾層(1、1』)連接，其中，所述夾層式部件(10)的邊緣被密封，即朝向外部被封閉。
2.根據權利要求1所述的夾層式部件(10)，其特徵在於，所述泡沫層(2)由發泡熱塑性塑料、優選由聚烯烴構成。
3.根據權利要求1或2所述的夾層式部件(10)，其特徵在於，所述泡沫層⑵利用熱塑性材料與所述遮蓋覆層(3)和/或所述裝飾層連接，所述熱塑性材料位於所述遮蓋覆層(3)和/或所述泡沫層(2)中；和/或，所述泡沫層(2)通過粘合層與所述遮蓋覆層(3)和/或所述裝飾層連接。
4.根據權利要求1至3中至少一項所述的夾層式部件(10)，其特徵在於，所述蜂窩狀芯層(4)由纖維素基材料、優選由紙或紙板構成。
5.一種用於製造如權利要求1至4中至少一項所述的夾層式部件(10)的方法，包括以下步驟: a)對至少包括蜂窩狀芯層(4)以及兩個用於形成遮蓋覆層(3)的熱塑性纖維材料層的夾層式結構體進行加熱，直至所述纖維材料層(3)的熱塑性材料至少開始流動，由此獲得夾層式半成品， b)在經加熱的所述夾層式半成品的至少一側上布置裝飾層以及，至少在所述裝飾層(1、1』)中的一個用於形成所述夾層式部件(10)的A側/可見側的裝飾層與所述夾層式半成品之間布置泡沫層(2)， c)將配設有所述至少一個泡沫層(2)以及所述至少一個裝飾層的、經加熱的所述夾層式半成品轉移至未經加熱的壓模(20)中，以及，將所述夾層式半成品放置到型腔中，使得所述夾層式半成品的設有所述泡沫層(2)以及所述裝飾層的一側形成所述夾層式部件(10)的所述A側/可見側， d)將配設有所述至少一個泡沫層(2)以及所述至少一個裝飾層的、經加熱的所述夾層式半成品壓製成所述夾層式部件(10)，在此同時進行冷卻並為所述夾層式部件(10)的材料層之間建立連接， e)將所述夾層式部件(10)脫模。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，在加熱工具(30)中、優選在熱壓機(30)中進行加熱。
7.根據權利要求5或6所述的方法，包括以下步驟: 在步驟b)中，在所述泡沫層(2)與所述裝飾層(I)和/或與所述遮蓋覆層(3)之間布置粘合層，或者 在步驟b)前，將所述泡沫層(2)層合至所述裝飾層(I)上，或者對所述泡沫層(2)進行加熱，直至所述泡沫層(2)的熱塑性材料軟化，從而使得所述泡沫層(2)的熱塑性材料具有粘附性。
8.根據權利要求5至7中至少一項所述的方法，包括以下步驟: 在步驟a)前，在所述蜂窩狀芯層(4)與所述熱塑性纖維材料層(3)之間布置優選為熱塑膜的熱塑性中間層。
9.根據權利要求5至8中至少一項所述的方法，包括以下步驟: 在步驟a)前，將由纖維素基材料構成的所述蜂窩狀芯層⑷潤溼，以及，根據部件形狀在壓力和溫度作用下對所述蜂窩狀芯層(4)進行預成形。
10.根據權利要求5至9中至少一項所述的方法，其特徵在於，在加熱直至在所述夾層式部件的邊緣區域內的熱塑性材料發生軟化時，所述泡沫層(2)與所述遮蓋覆層發生熔合併導致對所述邊緣的密封。
【文檔編號】B32B27/10GK104220242SQ201280072045
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2012年3月30日
【發明者】B·施坦普, T·布魯曼斯託克, R·維廷 申請人:戴姆勒股份公司