一种包括纤维嵌入体的补强结构及其制造方法技术

一种包括纤维嵌入体的补强结构及其制造方法，包括载体(10)，所述载体：(i)具有外表面的聚合物材料团块(12)；和(ii)至少一种合并的纤维嵌入体(14)，所述纤维嵌入体具有外表面并包括至少一个具有多个有序纤维的细长的纤维排列(例如，具有连续的可轴向对齐的纤维团块)，此排列可以预设的方式布置。所述纤维嵌入体(14)在预定位置邻接聚合物材料团块，以携带在预定位置上所进行的预定负载(从而有效地提供对预定位置的局部补强)。所述纤维嵌入体(14)和聚合物材料团块(12)的材料，结构或两者均是兼容的，以允许纤维嵌入体实现与聚合物材料团块的至少部分连接。处理后的载体(10)的至少一部分上负载可活化材料团块(126)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制品的结构补强、密封和/或挡板设置，尤其涉及一种使用改进加固剂的机动车辆的结构补强，所述改进的补强粘附于运输车辆型腔内，例如汽车。
技术介绍
众多产业均不断努力减轻制品的重量。在很多情况下，与现有的材料或结构相比，可通过选择具有低密度，薄截面厚度或同时兼具两种性能的材料来实现。这导致了制品变柔软的可能性，随之就需要制品的结构补强。在机动车辆的制造领域中，通常采用车体结构型腔内的结构补强。例如，通常在车体结构的型腔内采用相对刚性的模制的聚合物载体，在所述载体的一个或多个外表面上携带可活化材料。对于某些可活化材料，一旦被活化(例如，通过涂层烘箱中的热量)，其会膨胀并结合到限定型腔的表面上。为了可选择性地控制制品补强结构的特性，已知可使用的混合补强结构包括用于载体的多种材料的组合。例如，参见美国(U.S.)专利US8430448，明确引用并将其内容并入本文，也可见专利合作条约(PCT)申请号为WO2010/054194的专利，明确引用并将其内容并入本文。在机动车辆产业中，计算机建模(例如，有限元分析)已被用于模拟车辆碰撞，以及用于模拟车辆的特定部分如何对碰撞进行响应。尽管做了上述的努力，但仍需要载体结构的替代物。例如，仍需要一种载体结构的替代物，此替代物采用不同材料的组合，尽管它们是不同的材料，但通常仍能相互兼容(例如，化学和/或物理兼容)，这使得它们不需要粘合剂而结合在一起。此外，仍持续需求使用不同材料组合的载体结构的替换物，其中每一材料包含大量聚合物部分(例如，非金属部分)来达到重量的减轻。还需要一种可被组合来提升补强剂的整体弹性模量和挠曲强度的聚合材料，以使其性能超过任一单一材料。此外，仍持续需求使用不同材料组合的载体结构的替换物，其中不同的材料在某一界面区域上结合在一起，此界面区域通常与不同单独材料限定的载体部分是连续的。再者，仍持续需求采用一个或多个局部补强区域的载体结构的替换物，此可在没有给予附加力量的结构特征(例如，肋)的情况下实现局部补强，在载体内采用特殊材料实现。所述复合结构的实例已在PCT申请号为WO2007/008569的PCT专利，美国公布的申请
号为US2011/0039470和2012/0251863的专利中阐述，另外参见美国专利US7581932，明确引用并将其内容并入本文。也可参见美国专利US6855652，US7125461和US7318873，和美国公开专利申请号为US2003/0039792，US2010/0289242，US2011/0278802和US2009/0202294的专利，明确引用并将其内容并入本文。本申请也与存档于2013年10月21日的英国专利GB1318595.4有关，明确引用并将其内容并入本文。
技术实现思路
本专利技术可满足一个或多个上述需求，关注于改进结构及其制造方法，所述改进结构和制造方法有利于多种制品的密封、挡板设置和/或结构补强，尤其是运输车辆的结构补强，例如汽车。一方面，本专利技术提供了一种制品的结构补强，包括载体，所述载体包括：(i)具有外表面的聚合物材料团块(例如，外表面通常是光滑的和/或连续的)；和(ii)至少一种合并的纤维嵌入体(其可具有三维形状构型)，所述纤维嵌入体具有外表面并包括至少一个具有多个有序纤维的细长的纤维排列(例如，具有连续的可轴向对齐的纤维团块)，此排列可以以预设的方式布置。所述纤维嵌入体在预定位置邻接聚合物材料团块，以携带在预定位置上所进行的预定负载(从而有效地提供对预定位置的局部补强)。所述纤维嵌入体和聚合物材料团块的材料，结构或两者均是兼容的，以允许纤维嵌入体实现与聚合物材料团块的至少部分连接。此纤维嵌入体可接收第二聚合物材料。第二种聚合材料可为液体材料以使纤维嵌入体饱和。第二种聚合材料可包括热塑性环氧树脂材料。所述第二聚合物材料可以包括液态环氧树脂。所述第二聚合物材料可以包括单乙醇胺。所述第二聚合物材料可包括以约1:1比例的液体环氧树脂和单乙醇胺。被处理后的载体的至少一部分是可活化材料团块(例如，可膨胀材料)。例如，可活化材料团块选择性地施加在聚合物材料团块或纤维嵌入体中的一个或两个的至少部分外表面上。可活化材料团块可通过外部刺激进行膨胀活化(例如，至少部分地填充间隙或型腔)，并固化形成粘合力粘合到制品的至少一个表面上。优选，纤维嵌入体的外表面与聚合物材料团块的外表面至少是部分地共同延伸并连续的。另一方面，本专利技术提供了一种使制品结构补强的制造方法。该方法包括至少一个纤维嵌入体的嵌入步骤(其可位于聚合物材料的内部或涂抹于聚合物材料上，也可合并和/或具有三维形状构型)，所述纤维嵌入体具有外表面并包括至少一个具有多个有序纤维的细长的纤维排
列(例如，具有连续的可轴向对齐的纤维团块)，所述纤维排列位于模具型腔内。还可包括一步骤：聚合物材料团块与纤维嵌入体相接触的成型工序，使得成型的聚合物材料团块整体邻接纤维嵌入体，所述纤维嵌入体的外表面(其通常为光滑的和/或连续的)与所述成型的聚合物材料团块是至少部分地共同延伸并连续的。还包括另一步骤：将可活化材料团块选择性地施加在聚合物材料团块或纤维嵌入体中的一个或两个的至少部分外表面上。可活化材料团块可通过外部刺激进行膨胀活化至少部分地填充间隙或型腔，并固化形成粘合力粘合到制品的至少一个表面上。按照本专利技术制成的结构应用于运输车辆(例如，汽车)。例如，如前述，此类结构可采用可活化材料，一旦被活化(例如，利用合适的能源，如通过涂布烘箱中的热量)，其将膨胀和固化形成泡沫材料。所得的活化材料具有被赋予的结构刚性或补强性能(即，所谓的结构泡沫，结构泡沫的实例包括，但不限于以下种类：L&L Products公司的产品，L5204，L5207，L5214，L5234，L5235，L5236，L5239，L5244，L5505，L5510，L5520，L5540，L5800，L5810和L8514)。所得的活化材料可应用于密封和/或减少噪音。所得的活化材料可膨胀至少50％，100％，200％，400％，600％，或甚至1000％，所述百分比是基于材料的原体积。所得的活化材料可从其原体积膨胀，但其膨胀量低于2500％，2000％或甚至低于其原体积的1500％。优选的，本专利技术提供一种载体的结构和/或组成的改进方法，所述载体采用多个不同的材料，呈现出单一结构，即整个载体通常是连续的。本专利技术所述载体的暴露表面为大致光滑和/或连续的。例如，本专利技术所述载体具有一个或多个聚合物部分，一个局部补强部分和所述聚合物部分和局部补强部分之间的界面部分，其中所述聚合物部分，界面部分和局部补强部分通常是光滑的和/或连续的结构。界面部分包括由聚合物部分的聚合物料和局部补强部分所规定的互穿网状结构。界面部分包括聚合物部分的聚合物和局部补强部分的聚合物之间的化学键。因此以这种方式，所得的载体表现出肉眼不可见的结合线。所得的载体也可表现出横穿界面部分的肉眼不可见的的空隙或不连续区域。本专利技术也使得有可能设计出一系列载体，所述载体包括已被制造和定制的局部补强区域。附图说明图1为本专利技术一实施例部分的侧剖视图；图2为为本专利技术另一实施例部分的侧剖视图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构，包括：a.一种载体，包括：i.聚合物材料团块，所述聚合物材料团块具有外表面和包含第一聚合材料；和ii.至少一种合并的纤维嵌入体，所述纤维嵌入体具有外表面并包括至少一个具有多个有序纤维的细长的纤维排列，所述纤维排列以预定的方式分布在第二聚合物材料上，所述纤维嵌入体在预定位置邻接聚合物材料团块，以携带在预定位置上所进行的预定负载；其中，所述纤维嵌入体和所述聚合物材料团块包括兼容的材料、结构或两者兼有，以允许纤维嵌入体实现与聚合物材料团块的至少部分连接；和b.可选择的可活化材料团块，所述可活化材料团块可选择性地施加在聚合物材料团块或纤维嵌入体中的一个或两个的至少部分外表面上，所述可活化材料团块可通过外部刺激膨胀活化并固化形成粘合力粘合到制品的至少一个表面上；其中，所述纤维嵌入体的外表面与所述聚合物材料团块的外表面是至少部分地共同延伸和连续的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.17 US 61/916,884;2014.10.21 US PCT/US2014/1.一种结构，包括：a.一种载体，包括：i.聚合物材料团块，所述聚合物材料团块具有外表面和包含第一聚合材料；和ii.至少一种合并的纤维嵌入体，所述纤维嵌入体具有外表面并包括至少一个具有多个有序纤维的细长的纤维排列，所述纤维排列以预定的方式分布在第二聚合物材料上，所述纤维嵌入体在预定位置邻接聚合物材料团块，以携带在预定位置上所进行的预定负载；其中，所述纤维嵌入体和所述聚合物材料团块包括兼容的材料、结构或两者兼有，以允许纤维嵌入体实现与聚合物材料团块的至少部分连接；和b.可选择的可活化材料团块，所述可活化材料团块可选择性地施加在聚合物材料团块或纤维嵌入体中的一个或两个的至少部分外表面上，所述可活化材料团块可通过外部刺激膨胀活化并固化形成粘合力粘合到制品的至少一个表面上；其中，所述纤维嵌入体的外表面与所述聚合物材料团块的外表面是至少部分地共同延伸和连续的。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述聚合物材料团块包括一种热塑性材料。3.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述至少一种合并的纤维嵌入体包括至少一层带状材料，所述带状材料通常由与聚合物材料团块类型相同的材料制备。4.根据权利要求1～3任意一项所述的结构，其特征在于，所述至少一种合并的纤维嵌入体的至少一个细长的纤维排列包括一种材料，所述材料通常由与聚合物材料团块类型相同的材料制备。5.根据权利要求1～4任意一项所述的结构，其特征在于，所述至少一种合并的纤维嵌入体的至少一个细长的纤维排列包括一种材料，所述材料通常由与聚合物材料团块类型相同的材料制备，以使纤维嵌入体的材料与聚合物材料团块化学熔融合并。6.根据权利要求1～5任意一项所述的结构，其特征在于，至少一个细长的纤维排列是编织纤维排列。7.根据权利要求1～6任意一项所述的结构，其特征在于，至少一个细长的纤维排列是编织纤维排列，所述编织纤维排列浸渍一种通常与聚合物材料团块类型相同的材料。8.根据权利要求1～7任意一项所述的结构，其特征在于，至少一个细长的纤维排列是编织纤维排列，所述编织纤维排列通常由一种与聚合物材料团块类型相同的材料制备，并浸渍一种通常与聚合物材料团块类型相同的材料。9.根据权利要求1～8任意一项所述的结构，其特征在于，将聚酰胺材料用做一个或多个聚合物材料团块或用做纤维嵌入体的至少一部分。10.根据权利要求1～9任意一项所述的结构，其特征在于，纤维嵌入体包括多层，每一层包括细长纤维排列，并且每一层纤维在其力学性能上为各向异性的。11.根据权利要求1～10任意一项所述的结构，其特征在于，纤维嵌入体包括多种纤维，所述多种纤维包括玻璃纤维、矿物纤维、碳纤维、聚合物纤维或其任一组合。12.根据权利要求1～11任意一项所述的结构，其特征在于，可活化材料团块包括环氧基材料。13.根据权利要求1～12任意一项所述的结构，其特征在于，为响应施加于所述细长纤维排列的预定负载，在细长纤维排列内的一种或多种纤维的定向被选择用于提供局部强度。14.根据权利要求1～13任意一项所述的结构，其特征在于，纤维嵌入体的外表面通常与聚合物材料团块的外表面是共同延伸的。15.根据权利要求1～14任意一项所述的结构，其特征在于，所得载体的外表面实质上不含导致载体局部弱化的结合线或其它缺陷。16...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨利·理查森，埃里克·肖邦，弗兰克·布雷曼德，
申请(专利权)人：泽菲罗斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US