預(yù)浸料制成的半成品及三維預(yù)成型體和包塑成型件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及預(yù)浸料制成的半成品及三維預(yù)成型體和包塑成型件。具體而言，提供了一種由預(yù)浸料制成的半成品，它至少包括第一預(yù)浸料層和第二預(yù)浸料層，其特征在于，在所述第一預(yù)浸料層和所述第二預(yù)浸料層之間鋪有磁性材料層。由于在預(yù)浸料層之間加入了磁性材料層，由此制成的所述半成品在被制成三維成型體以及進(jìn)一步制成包塑成型件的過程中能通過模具上的磁體對該磁性材料層的吸引來獲得良好的支承及定位，從而能夠精確成型。
【專利說明】預(yù)浸料制成的半成品及三維預(yù)成型體和包塑成型件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及預(yù)浸料制品領(lǐng)域，更具體地，涉及由預(yù)浸料制成的半成品及由該半成品制成的三維預(yù)成型體和包塑成型件。
【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)浸料(英文為“PREPREG”)是一種常用的制造復(fù)合材料的中間材料，通常由樹脂基體與浸潰在該基體中的增強體(例如:纖維或織物)構(gòu)成。由于包含增強體，預(yù)浸料具有較高的機械強度，經(jīng)常用于制造局部區(qū)域或整個區(qū)域需要加強的部件，例如機動車部件。市場上購買到的預(yù)浸料通常是片狀或者卷狀。
[0003]機動車上需要加強的部件通常是三維的，有時還具有復(fù)雜的形狀。已知一種制造這種三維部件的方法包含以下步驟:
[0004]步驟1:將購買的預(yù)浸料切割成合適的形狀和尺寸(通常是由期望得到的三維預(yù)成型體進(jìn)行二維展開而得到的)并根據(jù)需要將若干層具有合適形狀和尺寸的預(yù)浸料堆疊在一起，從而獲得半成品；
[0005]步驟2:對上述半成品進(jìn)行加熱并隨后進(jìn)行熱沖壓成形，從而得到三維預(yù)成型體；
[0006]步驟3:將得到的三維預(yù)成型體從熱沖壓成形模具中取出，待冷卻后進(jìn)行機械加工，例如輪廓精加工、鉆孔等，使其具有期望的最終尺寸和幾何構(gòu)造；
[0007]步驟4:對該三維預(yù)成型體重新加熱至預(yù)浸料樹脂基體的熔點以上，以便在后續(xù)的包塑成型(overmolding)中在預(yù)浸料的樹脂基體和包塑成型樹脂之間獲得良好的粘結(jié)力；
[0008]步驟5:將上述熱的三維預(yù)成型體轉(zhuǎn)移到包塑成型模具中，在該三維預(yù)成型體上通過注塑法而包塑成型熱塑性樹脂部，從而得到最終的包含加強部(由所述三維預(yù)成型體構(gòu)成的)和包塑成型樹脂部的三維部件。
[0009]其中，在加工過程中通常使用機器臂來抓取預(yù)浸料制成的半成品或三維預(yù)成型體，然后將其放置于模具內(nèi)可收回的針上，從而將預(yù)浸料制成的半成品或三維預(yù)成型體支承并保持在與模具的塑型部分相對的位置。當(dāng)機器臂抓取運送預(yù)浸料制成的半成品或三維預(yù)成型體的距離遠(yuǎn)，或者模具尚處于打開狀態(tài)時，這樣的針更顯得尤為必要。
[0010]然而，為了控制上述針，在設(shè)備內(nèi)還必須包括針控制裝置，從而需要提供額外的空間。此外，這些錐形的針會在半成品上留下孔洞，或者在三維預(yù)成型體上注入熱塑性塑料后留下錐體。而且，當(dāng)預(yù)浸料制成的半成品或三維預(yù)成型體被加熱至預(yù)浸料樹脂基體軟化時，它的操縱變得更加棘手，僅使用上述針難以對其提供良好的支承和定位。
[0011]為了在加工過程中支承及定位預(yù)浸料制成的半成品或三維預(yù)成型體，除了上述使用針的技術(shù)方案，還已知一種使用模塑框架的方案，其中使用預(yù)浸料浮動懸掛系統(tǒng)。然而，半成品或三維預(yù)成型體在成形時可能在模腔之間發(fā)生滑動。因此，該系統(tǒng)不能始終在模具中對半成品或三維預(yù)成型體進(jìn)行精確的定位。
[0012]因此，需要提供一種能夠在所述半成品或在所述三維預(yù)成型體的加工過程中，尤其是在熱加工過程中，更好地支承和定位所述半成品或三維預(yù)成型體的替代方式。
實用新型內(nèi)容
[0013]本實用新型的目的在于解決上述技術(shù)問題。
[0014]為此，本實用新型提供了一種由預(yù)浸料制成的半成品，至少包括第一預(yù)浸料層和第二預(yù)浸料層，其特征在于，在所述第一預(yù)浸料層和所述第二預(yù)浸料層之間鋪有磁性材料層。
[0015]術(shù)語“預(yù)浸料(英文為“PREPREG”)”是一種常用的制造復(fù)合材料的中間材料，具有復(fù)合材料領(lǐng)域的通常含義，即用樹脂基體在嚴(yán)格控制的條件下浸潰增強體而制成的樹脂基體與增強體的組合物。
[0016]術(shù)語“半成品”是指尚未制造完工為最終產(chǎn)品，仍需進(jìn)一步加工的中間產(chǎn)品。
[0017]術(shù)語“磁性材料”是指能夠被磁體吸引的材料。
[0018]根據(jù)本實用新型，由于在預(yù)浸料層之間加入了磁性材料層，由此制成的半成品在被制成三維成型體以及進(jìn)一步制成包塑成型件的過程中能通過模具上的磁體對該磁性材料層的吸引來獲得良好的支承及定位，從而能夠精確成型。
[0019]按照本實用新型的半成品還可以另外包含以下技術(shù)特征中的一個或多個:
[0020]所述第一預(yù)浸料層和所述第二預(yù)浸料層中的至少一方具有鏤空，所述磁性材料層至少被鋪設(shè)在至少一個所述鏤空處。這樣，可將模具上的磁體布置得在模具閉合時至少部分地嵌入所述鏤空處，于是磁體與所述磁性材料層在所述鏤空處直接接觸，從而提供對所述半成品或所述三維預(yù)成型體的足夠大的磁力，以便更好地支承及定位所述半成品或所述三維預(yù)成型體。
[0021]優(yōu)選地，當(dāng)所述第一預(yù)浸料層和所述第二預(yù)浸料層中所含的熱塑性樹脂軟化時，所述磁性材料層仍具有磁性而能夠被磁體吸引。這樣，在所述半成品經(jīng)過熱成型工藝(例如熱沖壓)而被制成三維預(yù)成型體以及進(jìn)一步制成包塑成型件的過程中，也能夠由于模具上磁體對所述磁性材料層的吸引而得到支承和定位。
[0022]優(yōu)選地，當(dāng)所述第一預(yù)浸料層和所述第二預(yù)浸料層中所含的熱塑性樹脂軟化時，所述磁性材料層仍保持固體狀態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)所使用的熱塑性樹脂的特性來選擇合適的磁性材料，使得當(dāng)所述半成品被加熱至熱塑性樹脂軟化時，磁性材料層尚未熔化，這樣能夠在熱成型過程中對預(yù)浸料層提供更好的支撐。
[0023]優(yōu)選地，所述磁性材料層是磁性金屬網(wǎng)或磁性金屬片或磁性金屬網(wǎng)與磁性金屬片的組合。由于金屬通常具有較高的機械強度，且加入的金屬層會保留在最終獲得的包塑成型產(chǎn)品中，因此還能夠提高該產(chǎn)品的機械強度，起到補充的加強作用。特別地，當(dāng)所述磁性材料層是磁性金屬網(wǎng)或不連成整片而是具有空隙的金屬片時，由于存在網(wǎng)眼或空隙，可以減輕最終產(chǎn)品的重量，并且節(jié)約生產(chǎn)成本。另外，在所述半成品的后續(xù)加工過程(例如，熱沖壓成型)中，相鄰層預(yù)浸料的樹脂基體可以穿過網(wǎng)眼或空隙而相互熔接在一起，從而將金屬層更牢固地固定在兩層預(yù)浸料層之間。
[0024]優(yōu)選地，在所述第一預(yù)浸料層和/或所述第二預(yù)浸料層與所述磁性材料層之間還鋪有聚丙烯膜。特別地，由于聚丙烯膜能填充金屬網(wǎng)眼或金屬片間的空隙，將困在其中的空氣排出，因此能大大提高產(chǎn)品的均勻性。另外，這還有利于提高金屬層與預(yù)浸料層的結(jié)合力。
[0025]本實用新型還涉及一種三維預(yù)成型體，其特征在于，它由上述半成品通過熱沖壓成形而制成。
[0026]此外，本實用新型還涉及一種包塑成型件，其特征在于，它包括至少一個如上所述的三維預(yù)成型體以及在所述三維預(yù)成型體上包塑成型的熱塑性樹脂部。
[0027]優(yōu)選地，所述包塑成型件是機動車的部件，尤其是機動車的后部關(guān)閉部件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]下面將參照附圖對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，這些附圖僅僅用于說明的目的，而并非意在對本實用新型的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。為了說明的目的，這些圖并非完全按比例繪制。
[0029]圖1是根據(jù)本實用新型一個實施例的由預(yù)浸料制成的半成品的立體圖；
[0030]圖2是圖1所示半成品的分解立體圖；
[0031]圖3是根據(jù)本實用新型一個實施例的半成品分別在包含或不包含聚丙烯膜的情況下的剖視圖；
[0032]圖4示出了將根據(jù)本實用新型兩個不同實施例的半成品加工成三維預(yù)成型體的過程；
[0033]圖5示出了圖4所示過程中使用的成型模具；
[0034]圖6與圖7分別是圖4所示過程中的成型設(shè)備的剖視圖；以及
[0035]圖8是根據(jù)本實用新型一個實施例的三維預(yù)成型體的立體圖；
[0036]圖9是圖8中三維預(yù)成型體的包塑成型件的立體圖。
【具體實施方式】
[0037]圖1示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的由預(yù)浸料制成的半成品I的立體圖。圖2以分解圖的方式更好地示出了該半成品I的結(jié)構(gòu)。在本例中，半成品I包括第一預(yù)浸料層
10、第二預(yù)浸料層12以及夾在這兩層之間的磁性材料層14?？梢岳斫獾氖牵氤善稩可以包括更多的預(yù)浸料層和/或其它材料層，這些其它材料層中至少有一部分可被磁體吸引，即至少有一部分是磁性材料層，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體的設(shè)計目標(biāo)來確定。例如，在一個實施例中，半成品I包括依次堆疊的第一、第二和第三預(yù)浸料層，在每兩個相鄰的預(yù)浸料層之間均夾有磁性材料層。在另一個實施例中，半成品I包括依次堆疊的第一、第二和第三預(yù)浸料層，但僅僅在第一和第二預(yù)浸料層之間夾有磁性材料層。要注意的是，該磁性材料層可以覆蓋預(yù)浸料層的整個表面，也可以離散地設(shè)置在一個或多個部位。
[0038]術(shù)語“預(yù)浸料”(英文為“PREPREG”)是一種常用的制造復(fù)合材料的中間材料，通常由樹脂基體與浸潰在該基體中的增強體(例如:纖維或織物)構(gòu)成。在本例中，第一預(yù)浸料層10、第二預(yù)浸料層12均由熱塑性樹脂基體和浸潰在該基體中的增強體構(gòu)成，所述增強體可以是碳和/或玻璃纖維或織物。磁性材料層14可以由任何合適的能夠被磁體吸引的磁性材料(例如鐵、鈷、鎳及其合金等)構(gòu)成。在本例中，磁性材料層14是帶有網(wǎng)眼的金屬網(wǎng)，這可以減輕最終產(chǎn)品的重量，節(jié)約生產(chǎn)成本。應(yīng)理解磁性金屬網(wǎng)可以由磁性金屬片代替，在這種情況下，磁性金屬片可以不連成整片而是具有空隙，從而也能減輕最終產(chǎn)品的重量，并且節(jié)約生產(chǎn)成本。另外，在半成品的后續(xù)加工過程(例如，熱沖壓成型)中，相鄰層預(yù)浸料的樹脂基體可以穿過網(wǎng)眼或者空隙而相互熔接在一起，從而將金屬層更牢固地固定在兩層預(yù)浸料層之間。
[0039]可觀察到在圖1和圖2所示的實施例中，第一預(yù)浸料層10上具有鏤空部分18，在鏤空18處磁性金屬網(wǎng)14是可見的，第二預(yù)浸料層12與磁性金屬網(wǎng)14具有相同的形狀和尺寸。而在圖3所示的實施例中，鏤空部分18在第二預(yù)浸料層12上。這樣，在后續(xù)的加工步驟中，模具上的磁體可被布置得在模具閉合時至少部分地嵌入半成品或三維預(yù)成型體的預(yù)浸料層上的鏤空處，于是磁體與所述磁性材料層在鏤空處直接接觸，從而提供足夠大的磁力，以便更好地支承及定位半成品或三維預(yù)成型體。并且，由該半成品I得到的三維預(yù)成型體(見圖4-7)在加熱的過程中也能夠得到材料層14至少部分的支撐，從而更好地保持其三維形狀。
[0040]應(yīng)理解，預(yù)浸料層中的這些鏤空可以具有簡單的或更復(fù)雜的幾何形狀，在有鏤空的情況下，磁性材料層將至少被鋪設(shè)在至少一處鏤空處。然而也可以沒有鏤空，并且磁性材料層的鋪設(shè)范圍也不限于該實施例。實際上，根據(jù)本實用新型，只要在加工過程中磁體與磁性材料層之間的磁力足以良好地支承及定位半成品或三維預(yù)成型體即可。
[0041]此外，如圖3(b)所示，優(yōu)選地，還可以在磁性材料層14和與其相鄰的預(yù)浸料層10和/或12之間鋪設(shè)聚丙烯膜16。由于聚丙烯膜能填充金屬網(wǎng)眼或金屬片之間的空隙，將困在其中的空氣排出，因此能大大提高產(chǎn)品的均勻性。另外，這還有利于提高材料層與預(yù)浸料層的結(jié)合力。
[0042]圖4示出了將圖1所示的半成品I和I’加工成三維預(yù)成型體2和2’的過程。如圖所示，半成品I與半成品I’的區(qū)別在于其中的磁性材料層是磁性金屬網(wǎng)14還是磁性金屬片14’，它們各自加工得到的三維預(yù)成型體則分別被標(biāo)示為2和2’。為了清除地顯示該三維預(yù)成型體2、2’的結(jié)構(gòu)，圖4中去除了第二預(yù)浸料層12的一部分。
[0043]在將半成品1、1’放入成型模具中之前，對該半成品進(jìn)行加熱，然后，將該熱的半成品I放入圖5示出的成型模具(包括圖5所示的熱沖壓凸模20)，使得凸模20上的磁體22對準(zhǔn)半成品預(yù)浸料層上露出磁性材料層的鏤空，從而利用磁力將半成品保持并定位在合適的位置，以對其進(jìn)行三維成型。應(yīng)當(dāng)注意的是，在這一成型步驟中，半成品1、1’內(nèi)所含有的磁性材料層也一同成型。之后進(jìn)行脫模，得到三維預(yù)成型體2、2’。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖4所示的三維形狀僅僅是示意性的，三維預(yù)成型體2、2’根據(jù)其具體的應(yīng)用可以具有更加復(fù)雜的三維形狀。
[0044]圖6與圖7示意性地示出了這一過程中的成型設(shè)備的剖視圖，其中圖6示出了模具上的模塑部分30。應(yīng)理解模具的形狀不限于該圖示，該示意圖同樣適用于對三維預(yù)成型體進(jìn)行包塑成型的過程。特別地，可注意到圖7所示的磁性金屬片14’只被鋪設(shè)在預(yù)浸料層上的鏤空處并完全覆蓋該鏤空，這樣模具閉合時模塑部分上的磁體22部分地嵌入鏤空并與磁性金屬片14’直接接觸，從而提供對半成品或三維預(yù)成型體足夠大的吸力。但磁性金屬片14’的鋪設(shè)范圍不限于該實施例。
[0045]可以在三維預(yù)成型體2或2’冷卻后再對其進(jìn)行機械加工，例如輪廓精加工、鉆孔等，使其成為具有期望的最終尺寸和幾何構(gòu)造的三維預(yù)成型體。圖8示出了該三維預(yù)成型體的一個示例，在本例中，它是汽車后部加強件3，其中示意性地示出了在加工過程中接納模具上的磁體以提供支承的上述鏤空18。
[0046]然后，將該三維預(yù)成型體重新加熱至預(yù)浸料樹脂基體的熔點以上，以便在后續(xù)的包塑成型中在預(yù)浸料的樹脂基體和包塑成型樹脂之間獲得良好的粘結(jié)力。再將上述熱的三維預(yù)成型體轉(zhuǎn)移到包塑成型模具中，在包塑成型模具中進(jìn)行包塑成型步驟，即，在該三維預(yù)成型體上包塑成型(例如:通過注塑)熱塑性樹脂部。脫模得到最終的包含加強部(由三維預(yù)成型體構(gòu)成的)和包塑成型樹脂部的三維部件。由此得到的三維部件可以例如是機動車上的部件，圖9示出了該三維部件的一個示例，在本例中，它是汽車行李箱關(guān)閉部件4，由預(yù)浸料三維預(yù)成型體(即汽車后部加強件3)以及包塑成型樹脂部構(gòu)成，在預(yù)浸料三維預(yù)成型體中含有磁性材料層。
[0047]附圖和以上說明描述了本實用新型的非限制性特定實施例。為了教導(dǎo)發(fā)明原理，已簡化或省略了 一些常規(guī)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解源自這些實施例的變型落在本實用新型的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解上述特征能夠以各種方式結(jié)合以形成本實用新型的多個變型。由此，本實用新型并不局限于上述特定實施例，而僅由權(quán)利要求和它們的等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種由預(yù)浸料制成的半成品，至少包括第一預(yù)浸料層和第二預(yù)浸料層，其特征在于，在所述第一預(yù)浸料層和所述第二預(yù)浸料層之間鋪有磁性材料層。
2.如權(quán)利要求1所述的半成品，其特征在于，所述第一預(yù)浸料層和所述第二預(yù)浸料層中的至少一方具有鏤空，所述磁性材料層至少被鋪設(shè)在至少一個所述鏤空處。
3.如權(quán)利要求1所述的半成品，其特征在于，當(dāng)所述第一預(yù)浸料層和所述第二預(yù)浸料層中所含的熱塑性樹脂軟化時，所述磁性材料層仍具有磁性而能夠被磁體吸引。
4.如權(quán)利要求3所述的半成品，其特征在于，當(dāng)所述第一預(yù)浸料層和所述第二預(yù)浸料層中所含的熱塑性樹脂軟化時，所述磁性材料層仍保持固體狀態(tài)。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的半成品，其特征在于，所述磁性材料層是磁性金屬網(wǎng)或磁性金屬片或磁性金屬網(wǎng)與磁性金屬片的組合。
6.如權(quán)利要求5所述的半成品，其特征在于，在所述第一預(yù)浸料層和/或所述第二預(yù)浸料層與所述磁性材料層之間還鋪有聚丙烯膜。
7.—種三維預(yù)成型體，其特征在于，它由上述權(quán)利要求中任一項所述的半成品通過熱沖壓成形而制成。
8.—種包塑成型件，其特征在于，它包括至少一個如權(quán)利要求7所述的三維預(yù)成型體以及在所述三維預(yù)成型體上包塑成型的熱塑性樹脂部。
9.如權(quán)利要求8所述的包塑成型件，其特征在于，它是機動車的部件。
10.如權(quán)利要求9所述的包塑成型件，其特征在于，它是機動車的后部關(guān)閉部件。
【文檔編號】B32B15/08GK203792726SQ201320747488
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】Jy·德芒日, 理查德·埃霍 申請人:全耐塑料公司