包括增强面层的轻量复合热塑性片材制造技术

一种用于机动车辆内部结构组件的多层纤维增强片材，在典型的实施方案中，包括，具有第一表面和第二表面的可渗透的纤维增强热塑性芯层。该芯层包括大量用热塑性树脂粘结在一起的增强纤维，并且它具有约0.1－1.8gm/cc的密度。多层纤维增强片材还包括施加到该芯层第一表面上的至少一第一增强面层，以及施加到该芯层第二表面上的至少一第二增强面层。每个第一和第二增强面层包括增强纤维基体和热塑性树脂，其中施加到第一表面的增强纤维基体以双向取向排列，施加到第二表面的增强纤维基体以双向取向排列。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及轻量多孔纤维增强的热塑性聚合物片材，更尤其涉及包括增强面层的轻量多孔纤维增强的热塑性聚合物片材。
技术介绍
在US4978489和US4670331中已经公开了轻量多孔纤维增强的热塑性片材，且由于容易将纤维增强的热塑性片材模制成制品，因此该片材在产品制造工业中被用于各种各样的应用。已经成功使用已知技术，例如，热压，压塑，真空成形，以及热成形将纤维增强热塑性片材形成制品。苛刻的汽车燃料节约标准正需要降低车辆的总重量以满足这些标准。传统车辆的座椅靠背系统是由模压钢或吹模塑料制得的。钢压制模具是巨大的资本投资。虽然钢座椅靠背薄，但与聚合物比较起来钢材非常致密。钢座椅靠背可达约3 — 61bs。钢座椅靠背被点焊到座椅框架上，将结构增强件附着在钢座椅靠背的拐角处以防加载时钢材弯曲。吹塑座椅靠背比钢座椅靠背轻，但体积庞大且厚度可达50mm或更大。将吹塑塑料座椅靠背机械连接在座椅框架上。
技术实现思路
一方面，提供一种用于机动车辆内部结构组件的多层纤维增强片材。该多层纤维增强片材包括具有第一表面和第二表面的可渗透的纤维增强热塑性芯层。该芯层包括大量用热塑性树脂粘结在一起的增强纤维，并且它具有约O. I — I. 8gm/cc的密度。多层纤维增强片材还包括施加到芯层第一表面上的至少一第一增强面层，以及施加到芯层第二表面上的至少一第二增强面层。每个第一和第二增强面层包括增强纤维基体和热塑性树脂，其中施加到第一表面的增强纤维基体以双向取向排列，施加到第二表面的增强纤维基体以双向取向排列。另一方面，提供一种由多层纤维增强材料形成的机动车辆内部结构组件。多层纤维增强片材包括具有第一表面和第二表面的可渗透的纤维增强热塑性芯层。芯层包括大量用热塑性树脂粘结在一起的增强纤维并具有约O. I — I. 8gm/cc的密度。该多层纤维增强片材还包括旋加到芯层第一表面上的至少一第一增强面层，以及旋加到芯层第二表面上的至少一第二增强面层。每个第一和第二增强面层包括增强纤维基体和热塑性树脂，其中施加到第一表面的增强纤维基体以双向取向排列，旋加到第二表面的增强纤维基体以双向取向排列。另一方面，提供一种制造机动车辆内部结构部件的方法。该方法包括形成具有第一表面和第二表面的可渗透纤维增强的热塑性芯层。该芯层包括大量用热塑性树脂粘结在一起的增强纤维并具有约O. I — I. 8gm/cc的密度。该方法还包括在第一表面上放置至少一第一增强面层，在第二表面上放置至少一第二增强面层，将至少一第一增强面层附着到第一表面，将至少一第二增强层附着到第二表面以形成多层纤维增强的片材，以及将该多层纤维增强片材模制成预定形状。每个第一和第二增强面层包括增强纤维基体和热塑性树月旨，其中施加到第一表面的增强纤维基体以双向取向排列，施加到第二表面的增强纤维基体以双向取向排列。附图说明图I是按照本专利技术一个实施方案的复合热塑性片材的剖面示意图。图2是按照本专利技术另一个实施方案的复合热塑性片材的剖面示意图。图3是图I中的复合热塑性片材的分解透视示意图。具体实施例方式下面将详述一种具有增强面层的可成形的轻量复合热塑性片材，该片材用来制造机动车辆内部结构组件，例如，座椅靠背。比起所知的钢制设计，可以使用该复合热塑性片材以使载重内部组件的重量减轻至多约达60%而不牺牲强度。该复合片材能在约60秒或更少的循环时间以及约160° F的温和温度下低压热成形。该低压成形方法用，例如，对模铝制机具代替了用于已知钢设计的钢模压机。在一个实施方案中该复合热塑性片材的厚度为约2 - 10mm，在另一个实施方案中为约2 — 4mm，这可降低座椅靠背的组装空间，从而增大机动车辆中的腿部空间和/或存储空间。参照附图，图I是轻量复合热塑性片材10的剖面示意图。在典型的实施方案中，轻量复合热塑性片材10包括具有第一表面14和第二表面16的轻量多孔芯12。第一增强面层18附着在芯12的第一表面14上。第二增强面层20附着在芯12的第二表面16上。将装饰面层22粘结到第二增强面层20上。在可替代的实施方案中，复合片材10包括粘结在第一和第二增强面层18和20上的装饰面层22，或者没有装饰面层。芯12由以开孔结构构成的网状物形成，该开孔结构由随机交叉的增强纤维形成的，使用一种或多种热塑性树脂将该增强纤维至少部分固定在一起，其中多孔芯12的孔隙率通常为芯12总体积的约1%— 95%，尤其是约30%— 80%。在另一个实施方案中，多孔芯12由开孔结构构成，该开孔结构由随机交叉的增强纤维形成，使用一种或多种热塑性树脂将该增强纤维至少部分固定在一起，其中有约40% — 100%的泡孔结构是开孔的并允许空气和气体流通。在一个实施方案中，芯12的密度为约O. I — I. 8gm/cc，在另一个实施方案中约为O. 3 — 1.0gm/cc。芯12用已知制造方法形成,例如,湿法成网，气流铺置成网法，干混法，起绒和针刺法，以及其它用来制造无纺产品的已知方法。也可使用这些制造方法的组合。芯12包括约20% - 80重量％的具有平均长度约为5 — 50mm的增强纤维，以及约20% - 80重量％的完全或大体上未固结的纤维状或微粒状的热塑性材料，其中百分含量以芯12的总重量为基准。在另一个实施方案中，芯12包括约30% - 55重量％的增强纤维。在另一个实施方案中，芯12包括具有平均长度为约5 — 25_的增强纤维。合适的纤维包括，但不局限于，金属纤维，金属化无机纤维，金属化合成纤维，玻璃纤维，石墨纤维，碳纤维，陶瓷纤维，矿物纤维，玄武岩纤维，无机纤维，芳族聚酰胺纤维，洋麻纤维，黄麻纤维，亚麻纤维，大麻纤维，纤维素纤维，剑麻纤维，椰纤维，以及上述纤维的混合物。在一个典型的实施方案中，将具有约5 - 50mm平均长度的增强纤维和热塑性粉末颗粒，例如聚丙烯粉末，加入到可含表面活性剂的搅动的含水泡沫中。将组分搅动足够时间以形成增强纤维和热塑性粉末在含水泡沫中的分散混合物。然后将分散的混合物放在任何合适的支撑结构上，例如，金属丝网，而后穿过支撑结构排除水形成网状物。在高于热塑性塑料粉末的软化温度下干燥并加热网状物。然后将该网状物冷却并压成预定厚度以生产具有约I 一 95%孔隙率的复合芯12。在高于芯12中的热塑性树脂的软化温度下加热网状物以基本软化塑料材料并通过一个或多个固结设备，例如压延棍，双带层压机，定位压机(indexing presses),多层距层压机，热压罐，以及其它用于层压和固结片材和织物的类似设备以使塑料材料能流动并润湿纤维。在固结设备中固结元件之间的间距设定为小于未固结网状物的尺寸而高于能充分固结网状物的尺寸，因此允许网状物在通过辊之后膨胀并基本保持可渗透。在一个实施方案中，间距设定为大于能完全固结网状物的尺寸的约5% — 10%。完全固结的网状物是指完全压实并基本无孔隙的网状物。完全固结的网状物具有小于5%孔隙率并具有可忽略的开孔结构。在制造过程中微粒状塑料材料包括为增强网状物结构内聚力而包含的短塑料纤维。通过利用网状物结构内的塑性材料的热特性来实现粘合。充分加热网状物结构以足以使得热塑性组分在其邻邻接颗粒和纤维的表面熔化。在一个实施方案中，单根增强纤维的平均长度不应短于约5mm，因为短纤维一般不能在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含模制多层纤维增强材料的机动车辆内部结构组件，所述多层纤维增强材料包括：可渗透的纤维增强热塑性芯层，包括许多用热塑性树脂粘合在一起的增强纤维，所述可渗透芯层具有约0.1－1.8gm/cc的密度且包括第一表面和第二表面；两个施加在所述第一表面的第一增强面层，每一所述第一增强面层包括增强纤维基体和热塑性树脂，每一所述第一增强面层的所述增强纤维相相对一方向取向的所述增强纤维的纵轴是单向的，放置所述两个第一增强面层以使所述第一增强面层之一的所述增强纤维的纵轴与另外的所述第一增强面层的增强纤维的纵轴成一角度，产生所述第一增强面层的所述增强纤维的双向取向；以及至少一施加在所述第二表面的第二增强面层，其中所述第二增强面层包括增强纤维基体和热塑性树脂，其中施加在所述第二表面的所述增强纤维基体按照双向取向排列和取向，相对至少一部分所述增强纤维是单向的，以使所述部分的所述增强纤维的纵轴与其余单向增强纤维的纵轴成一角度，所述多层纤维增强材料在约60秒或更少的模制循环时间内和160°F温度下模制。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·康诺弗，S·戴维斯，
申请(专利权)人：阿兹代尔公司，
类型：发明
国别省市：