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(shí)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)浸料層之間鋪有金屬層。由于在預(yù)浸料層之間加入了金屬層，由所述半成品制成的三維預(yù)成型體在包塑成型前的重新加熱過(guò)程中能得到該金屬層的支撐，從而很好地保持其三維形狀，而不會(huì)發(fā)生坍塌。另外，由于加入的金屬層會(huì)保留在最終獲得的包塑成型產(chǎn)品中，它還能夠提高該產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，起到補(bǔ)充的加強(qiáng)作用。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)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。 預(yù)浸料制成的半成品及三維預(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(shù)脂 基體與浸漬在該基體中的增強(qiáng)體(例如：纖維或織物）構(gòu)成。由于包含增強(qiáng)體，預(yù)浸料具有 較高的機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)常用于制造局部區(qū)域或整個(gè)區(qū)域需要加強(qiáng)的部件，例如機(jī)動(dòng)車部件。市 場(chǎng)上購(gòu)買到的預(yù)浸料通常是片狀或者卷狀。
[0003] 機(jī)動(dòng)車上需要加強(qiáng)的部件通常是三維的，有時(shí)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(gòu)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(kāi)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(duì)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(jī)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(duì)該三維預(yù)成型體重新加熱至預(yù)浸料樹(shù)脂基體的熔點(diǎn)以上，以便在后續(xù) 的包塑成型（overmolding)中在預(yù)浸料的樹(shù)脂基體和包塑成型樹(shù)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(guò)注塑法而包塑成型熱塑性樹(shù)脂部，從而得到最終的包含加強(qiáng)部（由所述三維預(yù)成型體 構(gòu)成的）和包塑成型樹(shù)脂部的三維部件。
[0009] 圖1示出了采用上述方法在步驟3后得到的三維預(yù)成型體，圖2則示出了在步驟4 后得到的三維預(yù)成型體，在本例中，三維預(yù)成型體包括兩層預(yù)浸料層1〇、12?？梢郧宄乜?至IJ，經(jīng)過(guò)步驟4后該三維預(yù)成型體原來(lái)的三維形狀(如圖1所示)無(wú)法得以保持，而是像圖2 所示那樣發(fā)生坍塌，這是因?yàn)?，在該步驟中，當(dāng)該三維預(yù)成型體被重新加熱至預(yù)浸料樹(shù)脂基 體的熔點(diǎn)以上時(shí)，樹(shù)脂基體變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，導(dǎo)致該三維預(yù)成型體變得很軟，從而在材料自身 重力的作用下發(fā)生坍塌。這對(duì)于制造最終所需的三維部件而言顯然是不利的。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0010] 本實(shí)用新型的目的在于解決上述技術(shù)問(wèn)題。
[0011] 為此，本實(shí)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)浸料層之間鋪有金屬層。
[0012] 術(shù)語(yǔ)"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(shù)脂基體在嚴(yán)格控制的條件下浸漬增強(qiáng)體而制成的樹(shù)脂基 體與增強(qiáng)體的組合物。
[0013] 術(shù)語(yǔ)"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。
[0014] 根據(jù)本實(shí)用新型，由于在預(yù)浸料層之間加入了金屬層，由所述半成品制成的三維 預(yù)成型體在包塑成型前的重新加熱過(guò)程中能得到該金屬層的支撐，從而很好地保持其三維 形狀，而不會(huì)發(fā)生坍塌。另外，由于加入的金屬層會(huì)保留在最終獲得的包塑成型產(chǎn)品中，它 還能夠提高該產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，起到補(bǔ)充的加強(qiáng)作用。
[0015] 按照本實(shí)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(gè)或多個(gè)：
[0016] 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(shù)脂軟化時(shí)，所述金屬 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(shù)脂的特性來(lái)選擇合適的金 屬，使得當(dāng)所述半成品被加熱至熱塑性樹(shù)脂軟化時(shí)，金屬層尚未熔化，這樣能夠在熱成型過(guò) 程中對(duì)預(yù)浸料層提供更好的支撐。
[0017] 優(yōu)選地，所述金屬層是金屬網(wǎng)。由于金屬網(wǎng)帶有網(wǎng)眼，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(guò)程(例如，熱沖壓成型）中，相鄰層預(yù) 浸料的樹(shù)脂基體可以穿過(guò)金屬網(wǎng)的網(wǎng)眼而相互熔接在一起，從而將金屬網(wǎng)更牢固地固定在 兩層預(yù)浸料層之間。
[0018] 優(yōu)選地，所述第一預(yù)浸料層和所述第二預(yù)浸料層與所述金屬網(wǎng)具有相同的形狀和 尺寸。這樣，金屬網(wǎng)能夠覆蓋整個(gè)預(yù)浸料層，在每一處都能為其提供支撐，而不會(huì)留下"支撐 盲點(diǎn)"。因此，由所述半成品制成的三維預(yù)成型體在包塑成型前的重新加熱過(guò)程中能夠更好 地保持其三維形狀。
[0019] 優(yōu)選地，所述金屬含有鐵。這可以增強(qiáng)最終產(chǎn)品的機(jī)械性能。
[0020] 所述金屬可以選自鐵、低碳鋼、銅合金以及鋁合金。
[0021] 在所述第一預(yù)浸料層和/或所述第二預(yù)浸料層與所述金屬網(wǎng)之間還鋪有聚丙烯 膜。由于聚丙烯膜能填充金屬網(wǎng)眼，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網(wǎng)與預(yù)浸料層的結(jié)合力。
[0022] 優(yōu)選地，所述聚丙烯膜具有與所述金屬網(wǎng)相同的形狀和尺寸。
[0023] 優(yōu)選地，所述預(yù)浸料中的增強(qiáng)材料為碳或者玻璃。
[0024] 本實(shí)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(guò)熱沖壓 成形而制成。
[0025] 此外，本實(shí)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(gè)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(shù)脂部。
[0026] 優(yōu)選地，所述包塑成型件是機(jī)動(dòng)車的部件，尤其是機(jī)動(dòng)車的后部關(guān)閉部件。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 下面將參照附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)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(shuō)明的目的，而并非意在對(duì)本實(shí)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(shuō)明的目的，這些圖并非完全按比例繪制。
[0028] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)浸料三維預(yù)成型體在加熱之前的立體圖；
[0029] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)浸料三維預(yù)成型體在加熱之后的立體圖；
[0030] 圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的由預(yù)浸料制成的半成品的立體圖；
[0031] 圖4是圖3所示半成品的分解立體圖；
[0032] 圖5示出了將圖3所示半成品加工成三維預(yù)成型體的過(guò)程；
[0033] 圖6是經(jīng)圖5所示過(guò)程得到的三維預(yù)成型體的立體圖；
[0034]圖7示出了圖6所示三維預(yù)成型體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
[0035] 圖8示出了從市購(gòu)預(yù)浸料到最終三維部件的整個(gè)制造過(guò)程；和
[0036] 圖9是根據(jù)本實(shí)用新型的最終三維部件的一個(gè)實(shí)施例的立體圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037] 圖1和圖2已在【背景技術(shù)】部分中進(jìn)行了描述，這里不再贅述。
[0038] 圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的由預(yù)浸料制成的半成品1的立體圖。圖 4以分解圖的方式更好地示出了半成品1的結(jié)構(gòu)。在本例中，半成品1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金屬層。可以理解的是，半成品1可以包括更 多的預(yù)浸料層和/或金屬層，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體的設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)確定。例如，在一 個(gè)實(shí)施例中，半成品1包括依次堆疊的第一、第二和第三預(yù)浸料層，在每?jī)蓚€(gè)相鄰的預(yù)浸料 層之間均夾有一金屬層。在另一個(gè)實(shí)施例中，半成品1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)浸料層之間夾有金屬層。
[0039] 術(shù)語(yǔ)"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(shù)脂基體與浸漬在該基體中的增強(qiáng)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(shù)脂基體和浸漬在該基體中的增強(qiáng)體構(gòu)成，所述增強(qiáng)體可 以是碳和/或玻璃纖維或織物。金屬層可以由任何合適的金屬或合金(例如：鐵、低碳鋼、銅 合金、鋁合金等）構(gòu)成。優(yōu)選地，金屬層由含鐵材料構(gòu)成，這可以增強(qiáng)最終產(chǎn)品的機(jī)械性能。 金屬層可以是實(shí)心的或者是帶有穿孔的。在本例中，所述金屬層是帶有網(wǎng)眼的金屬網(wǎng)14,這 可以減輕最終產(chǎn)品的重量，節(jié)約生產(chǎn)成本。另外，在所述半成品的后續(xù)加工過(guò)程(例如，熱沖 壓成型）中，相鄰層預(yù)浸料的樹(shù)脂基體可以穿過(guò)金屬網(wǎng)的網(wǎng)眼而相互熔接在一起，從而將金 屬網(wǎng)更牢固地固定在兩層預(yù)浸料層之間。優(yōu)選地，還可以在金屬網(wǎng)與和其相鄰的預(yù)浸料層 10和/或12之間鋪設(shè)聚丙烯膜。由于聚丙烯膜能填充金屬網(wǎng)眼，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網(wǎng)與預(yù)浸料層的結(jié)合力。
[0040] 在圖3和圖4所示的實(shí)施例中，第一預(yù)浸料層10和第二預(yù)浸料層12與金屬網(wǎng)14 具有相同的形狀和尺寸。這樣，在后續(xù)的加工步驟中，由該半成品1得到的三維預(yù)成型體 (見(jiàn)圖6、7)在重新加熱的過(guò)程中能夠得到金屬層14的全面支撐，從而更好地保持其三維形 狀。
[0041] 圖5示出了將圖3所示的半成品1加工成三維預(yù)成型體2的過(guò)程，圖6和圖7則 示出了經(jīng)該過(guò)程得到的三維預(yù)成型體2。為了清除地顯示該三維預(yù)成型體2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖 7中去除了第二預(yù)浸料層12的一部分。在將半成品1放入成型模具中之前，對(duì)該半成品進(jìn) 行加熱，加熱溫度高于預(yù)浸料樹(shù)脂基體的熔點(diǎn)。然后，將該熱的半成品1放入成型模具(例 如：圖5所示的熱沖壓模具20、22)，對(duì)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內(nèi)所含有的金屬層也一同成型。之后，在一低于預(yù)浸料樹(shù)脂基體熔點(diǎn)的溫度下進(jìn) 行脫模，得到具有所需三維形狀的三維預(yù)成型體2,如圖6和圖7所示。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖6 和圖7所示的三維形狀僅僅是示意性的，三維預(yù)成型體2根據(jù)其具體的應(yīng)用場(chǎng)合可以具有 更加復(fù)雜的三維形狀。
[0042] 下面結(jié)合圖8來(lái)描述制造局部區(qū)域或整個(gè)區(qū)域需要加強(qiáng)的三維部件4的整個(gè)過(guò) 程。為了方便描述，將該過(guò)程分為10個(gè)步驟：
[0043] 步驟A:將購(gòu)買的預(yù)浸料和金屬網(wǎng)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(kāi)而得到的）；
[0044] 步驟B:根據(jù)需要將若干層具有合適形狀和尺寸的預(yù)浸料和金屬網(wǎng)堆疊在一起， 獲得根據(jù)本實(shí)用新型的半成品；
[0045] 步驟C:將該半成品加熱至高于其預(yù)浸料樹(shù)脂基體熔點(diǎn)的溫度；
[0046] 步驟D:將該半成品在模具(例如：熱沖壓模具）中進(jìn)行三維成型；
[0047] 步驟E:在一低于預(yù)浸料樹(shù)脂基體熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行脫模，得到具有所需三維形 狀的三維預(yù)成型體2 ;
[0048] 步驟F:待三維預(yù)成型體冷卻后對(duì)其進(jìn)行機(jī)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3 ;
[0049] 步驟G:對(duì)該三維預(yù)成型體3重新加熱至預(yù)浸料樹(shù)脂基體的熔點(diǎn)以上，以便在后續(xù) 的包塑成型中在預(yù)浸料的樹(shù)脂基體和包塑成型樹(shù)脂之間獲得良好的粘結(jié)力；
[0050] 步驟Η:將上述熱的三維預(yù)成型體轉(zhuǎn)移到包塑成型模具中；
[0051] 步驟I: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3上包塑成 型(例如：通過(guò)注塑）熱塑性樹(shù)脂部16 ;
[0052] 步驟J:脫模得到最終的包含加強(qiáng)部（由所述三維預(yù)成型體3構(gòu)成的）和包塑成型 樹(shù)脂部16的三維部件4。
[0053] 由此得到的三維部件4可以例如是機(jī)動(dòng)車上的部件，如機(jī)動(dòng)車的后部關(guān)閉部件。 圖9示出了該三維部件的一個(gè)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3'以及包塑成型樹(shù)脂部16'構(gòu)成，在預(yù)浸料三維預(yù)成型體3'中含有金屬層。
[0054] 由于在預(yù)浸料層之間加入了金屬層，因此在上述步驟G和Η中，三維預(yù)成型體能夠 得到該金屬層的支撐，從而很好地保持其三維形狀。為此，構(gòu)成該金屬層的金屬需要具有高 于預(yù)浸料熱塑性樹(shù)脂基體的熔點(diǎn)，使得在步驟G中，該金屬層不會(huì)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，而是能夠 支撐熔融的樹(shù)脂基體。另外，由于加入的金屬層會(huì)保留在最終獲得的包塑成型產(chǎn)品中，它還 能夠提高該產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，起到補(bǔ)充的加強(qiáng)作用。
[0055] 附圖和以上說(shuō)明描述了本實(shí)用新型的非限制性特定實(shí)施例。為了教導(dǎo)發(fā)明原理， 已簡(jiǎn)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(shí)施例的變型落在本實(shí) 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(shí)用新 型的多個(gè)變型。由此，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)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)浸料層之間鋪有金屬層。
2. 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(shù)脂軟化時(shí)，所述金屬層仍保持固體狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的半成品，其特征在于，所述金屬層是金屬網(wǎng)。
4. 如權(quán)利要求3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 與所述金屬網(wǎng)具有相同的形狀和尺寸。
5. 如權(quán)利要求2所述的半成品，其特征在于，所述金屬選自鐵、低碳鋼、銅合金以及鋁 合金。
6. 如權(quán)利要求3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 料層與所述金屬網(wǎng)之間還鋪有聚丙烯膜。
7. 如權(quán)利要求6所述的半成品，其特征在于，所述聚丙烯膜具有與所述金屬網(wǎng)相同的 形狀和尺寸。
8. -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(xiàng)所述的半成品通過(guò)熱 沖壓成形而制成。
9. 一種包塑成型件，其特征在于，它包括至少一個(gè)如權(quán)利要求8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(shù)脂部。
10. 如權(quán)利要求9所述的包塑成型件，其特征在于，它是機(jī)動(dòng)車的部件。
11. 如權(quán)利要求9所述的包塑成型件，其特征在于，它是機(jī)動(dòng)車的后部關(guān)閉部件。
【文檔編號(hào)】B32B27/08GK203864106SQ201320747460
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)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 申請(qǐng)人:全耐塑料公司