包括增強面層的輕量復合熱塑性片材制造技術

一種用于機動車輛內部結構組件的多層纖維增強片材，在典型的實施方案中，包括，具有第一表面和第二表面的可滲透的纖維增強熱塑性芯層。該芯層包括大量用熱塑性樹脂粘結在一起的增強纖維，并且它具有約0.1－1.8gm/cc的密度。多層纖維增強片材還包括施加到該芯層第一表面上的至少一第一增強面層，以及施加到該芯層第二表面上的至少一第二增強面層。每個第一和第二增強面層包括增強纖維基體和熱塑性樹脂，其中施加到第一表面的增強纖維基體以雙向取向排列，施加到第二表面的增強纖維基體以雙向取向排列。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術通常涉及輕量多孔纖維增強的熱塑性聚合物片材，更尤其涉及包括增強面層的輕量多孔纖維增強的熱塑性聚合物片材。
技術介紹
在US4978489和US4670331中已經公開了輕量多孔纖維增強的熱塑性片材，且由于容易將纖維增強的熱塑性片材模制成制品，因此該片材在產品制造工業中被用于各種各樣的應用。已經成功使用已知技術，例如，熱壓，壓塑，真空成形，以及熱成形將纖維增強熱塑性片材形成制品。苛刻的汽車燃料節約標準正需要降低車輛的總重量以滿足這些標準。傳統車輛的座椅靠背系統是由模壓鋼或吹模塑料制得的。鋼壓制模具是巨大的資本投資。雖然鋼座椅靠背薄，但與聚合物比較起來鋼材非常致密。鋼座椅靠背可達約3 — 61bs。鋼座椅靠背被點焊到座椅框架上，將結構增強件附著在鋼座椅靠背的拐角處以防加載時鋼材彎曲。吹塑座椅靠背比鋼座椅靠背輕，但體積龐大且厚度可達50mm或更大。將吹塑塑料座椅靠背機械連接在座椅框架上。
技術實現思路
一方面，提供一種用于機動車輛內部結構組件的多層纖維增強片材。該多層纖維增強片材包括具有第一表面和第二表面的可滲透的纖維增強熱塑性芯層。該芯層包括大量用熱塑性樹脂粘結在一起的增強纖維，并且它具有約O. I — I. 8gm/cc的密度。多層纖維增強片材還包括施加到芯層第一表面上的至少一第一增強面層，以及施加到芯層第二表面上的至少一第二增強面層。每個第一和第二增強面層包括增強纖維基體和熱塑性樹脂，其中施加到第一表面的增強纖維基體以雙向取向排列，施加到第二表面的增強纖維基體以雙向取向排列。另一方面，提供一種由多層纖維增強材料形成的機動車輛內部結構組件。多層纖維增強片材包括具有第一表面和第二表面的可滲透的纖維增強熱塑性芯層。芯層包括大量用熱塑性樹脂粘結在一起的增強纖維并具有約O. I — I. 8gm/cc的密度。該多層纖維增強片材還包括旋加到芯層第一表面上的至少一第一增強面層，以及旋加到芯層第二表面上的至少一第二增強面層。每個第一和第二增強面層包括增強纖維基體和熱塑性樹脂，其中施加到第一表面的增強纖維基體以雙向取向排列，旋加到第二表面的增強纖維基體以雙向取向排列。另一方面，提供一種制造機動車輛內部結構部件的方法。該方法包括形成具有第一表面和第二表面的可滲透纖維增強的熱塑性芯層。該芯層包括大量用熱塑性樹脂粘結在一起的增強纖維并具有約O. I — I. 8gm/cc的密度。該方法還包括在第一表面上放置至少一第一增強面層，在第二表面上放置至少一第二增強面層，將至少一第一增強面層附著到第一表面，將至少一第二增強層附著到第二表面以形成多層纖維增強的片材，以及將該多層纖維增強片材模制成預定形狀。每個第一和第二增強面層包括增強纖維基體和熱塑性樹月旨，其中施加到第一表面的增強纖維基體以雙向取向排列，施加到第二表面的增強纖維基體以雙向取向排列。附圖說明圖I是按照本專利技術一個實施方案的復合熱塑性片材的剖面示意圖。圖2是按照本專利技術另一個實施方案的復合熱塑性片材的剖面示意圖。圖3是圖I中的復合熱塑性片材的分解透視示意圖。具體實施例方式下面將詳述一種具有增強面層的可成形的輕量復合熱塑性片材，該片材用來制造機動車輛內部結構組件，例如，座椅靠背。比起所知的鋼制設計，可以使用該復合熱塑性片材以使載重內部組件的重量減輕至多約達60%而不犧牲強度。該復合片材能在約60秒或更少的循環時間以及約160° F的溫和溫度下低壓熱成形。該低壓成形方法用，例如，對模鋁制機具代替了用于已知鋼設計的鋼模壓機。在一個實施方案中該復合熱塑性片材的厚度為約2 - 10mm，在另一個實施方案中為約2 — 4mm，這可降低座椅靠背的組裝空間，從而增大機動車輛中的腿部空間和/或存儲空間。參照附圖，圖I是輕量復合熱塑性片材10的剖面示意圖。在典型的實施方案中，輕量復合熱塑性片材10包括具有第一表面14和第二表面16的輕量多孔芯12。第一增強面層18附著在芯12的第一表面14上。第二增強面層20附著在芯12的第二表面16上。將裝飾面層22粘結到第二增強面層20上。在可替代的實施方案中，復合片材10包括粘結在第一和第二增強面層18和20上的裝飾面層22，或者沒有裝飾面層。芯12由以開孔結構構成的網狀物形成，該開孔結構由隨機交叉的增強纖維形成的，使用一種或多種熱塑性樹脂將該增強纖維至少部分固定在一起，其中多孔芯12的孔隙率通常為芯12總體積的約1%— 95%，尤其是約30%— 80%。在另一個實施方案中，多孔芯12由開孔結構構成，該開孔結構由隨機交叉的增強纖維形成，使用一種或多種熱塑性樹脂將該增強纖維至少部分固定在一起，其中有約40% — 100%的泡孔結構是開孔的并允許空氣和氣體流通。在一個實施方案中，芯12的密度為約O. I — I. 8gm/cc，在另一個實施方案中約為O. 3 — 1.0gm/cc。芯12用已知制造方法形成,例如,濕法成網，氣流鋪置成網法，干混法，起絨和針刺法，以及其它用來制造無紡產品的已知方法。也可使用這些制造方法的組合。芯12包括約20% - 80重量％的具有平均長度約為5 — 50mm的增強纖維，以及約20% - 80重量％的完全或大體上未固結的纖維狀或微粒狀的熱塑性材料，其中百分含量以芯12的總重量為基準。在另一個實施方案中，芯12包括約30% - 55重量％的增強纖維。在另一個實施方案中，芯12包括具有平均長度為約5 — 25_的增強纖維。合適的纖維包括，但不局限于，金屬纖維，金屬化無機纖維，金屬化合成纖維，玻璃纖維，石墨纖維，碳纖維，陶瓷纖維，礦物纖維，玄武巖纖維，無機纖維，芳族聚酰胺纖維，洋麻纖維，黃麻纖維，亞麻纖維，大麻纖維，纖維素纖維，劍麻纖維，椰纖維，以及上述纖維的混合物。在一個典型的實施方案中，將具有約5 - 50mm平均長度的增強纖維和熱塑性粉末顆粒，例如聚丙烯粉末，加入到可含表面活性劑的攪動的含水泡沫中。將組分攪動足夠時間以形成增強纖維和熱塑性粉末在含水泡沫中的分散混合物。然后將分散的混合物放在任何合適的支撐結構上，例如，金屬絲網，而后穿過支撐結構排除水形成網狀物。在高于熱塑性塑料粉末的軟化溫度下干燥并加熱網狀物。然后將該網狀物冷卻并壓成預定厚度以生產具有約I 一 95%孔隙率的復合芯12。在高于芯12中的熱塑性樹脂的軟化溫度下加熱網狀物以基本軟化塑料材料并通過一個或多個固結設備，例如壓延棍，雙帶層壓機，定位壓機(indexing presses),多層距層壓機，熱壓罐，以及其它用于層壓和固結片材和織物的類似設備以使塑料材料能流動并潤濕纖維。在固結設備中固結元件之間的間距設定為小于未固結網狀物的尺寸而高于能充分固結網狀物的尺寸，因此允許網狀物在通過輥之后膨脹并基本保持可滲透。在一個實施方案中，間距設定為大于能完全固結網狀物的尺寸的約5% — 10%。完全固結的網狀物是指完全壓實并基本無孔隙的網狀物。完全固結的網狀物具有小于5%孔隙率并具有可忽略的開孔結構。在制造過程中微粒狀塑料材料包括為增強網狀物結構內聚力而包含的短塑料纖維。通過利用網狀物結構內的塑性材料的熱特性來實現粘合。充分加熱網狀物結構以足以使得熱塑性組分在其鄰鄰接顆粒和纖維的表面熔化。在一個實施方案中，單根增強纖維的平均長度不應短于約5mm，因為短纖維一般不能在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種包含模制多層纖維增強材料的機動車輛內部結構組件，所述多層纖維增強材料包括：可滲透的纖維增強熱塑性芯層，包括許多用熱塑性樹脂粘合在一起的增強纖維，所述可滲透芯層具有約0.1－1.8gm/cc的密度且包括第一表面和第二表面；兩個施加在所述第一表面的第一增強面層，每一所述第一增強面層包括增強纖維基體和熱塑性樹脂，每一所述第一增強面層的所述增強纖維相相對一方向取向的所述增強纖維的縱軸是單向的，放置所述兩個第一增強面層以使所述第一增強面層之一的所述增強纖維的縱軸與另外的所述第一增強面層的增強纖維的縱軸成一角度，產生所述第一增強面層的所述增強纖維的雙向取向；以及至少一施加在所述第二表面的第二增強面層，其中所述第二增強面層包括增強纖維基體和熱塑性樹脂，其中施加在所述第二表面的所述增強纖維基體按照雙向取向排列和取向，相對至少一部分所述增強纖維是單向的，以使所述部分的所述增強纖維的縱軸與其余單向增強纖維的縱軸成一角度，所述多層纖維增強材料在約60秒或更少的模制循環時間內和160°F溫度下模制。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：A·M·康諾弗，S·戴維斯，
申請(專利權)人：阿茲代爾公司，
類型：發明
國別省市：