能量吸收組件以及制造和使用該能量吸收組件的方法
【專利摘要】在一個實施方式中，一種能量吸收組件(30)包括具有第一表面(203)和第二表面(202)的泡沫平臺(20)，其中所述第二表面(202)包括凹部(201)；和包括框架(100)和變形凸起部(101)的熱塑性平臺(10)；其中所述變形凸起部(101)從所述熱塑性平臺(10)的框架(100)延伸到所述凹部(201)中。在另一個實施方式中，一種制造能量吸收組件(30)的方法，包括形成具有第一表面(203)和第二表面(202)的泡沫平臺(20)，其中所述第二表面(202)包括凹部(201)；形成具有框架(100)和從所述框架(100)突出的變形凸起部(101)的熱塑性平臺(10)；以及嚙合所述凹部(201)和所述變形凸起部(101)以形成所述能量吸收組件(30)。
【專利說明】能量吸收組件以及制造和使用該能量吸收組件的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及在車輛中使用的能量吸收器，例如用于減少損傷(例如，對一個或多個乘客、一個或多個行人等)和/或用于降低車輛損壞。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代的車輛具有在車輛與車輛沖擊期間調(diào)整用于特定的能量吸收的保險桿(緩沖器)系統(tǒng)。然而，由于沖突的設(shè)計要求，如由緩沖器系統(tǒng)(即，能量吸收器和/或保險杠梁(緩沖梁))所占據(jù)的封裝空間的限制、保險杠梁彎曲和后方侵入保險杠梁后部的空間的限制，以及成本、質(zhì)量、尺寸一致性和在沖擊行程本身的過程中沖擊能量吸收曲線的一致性/可預測性的限制，保險杠系統(tǒng)的調(diào)整可能是具有挑戰(zhàn)性的。最近，解決行人碰撞的關(guān)注和后續(xù)法規(guī)越來越多，企圖在這樣的碰撞期間減少行人傷害。這給保險杠系統(tǒng)設(shè)計和保險杠系統(tǒng)的可調(diào)性增加了一定程度的難度和復雜性。
[0003]除了安全問題之外，遭受沖擊并同時滿足政府和保險測試標準的車輛的維修費用也是在汽車零件(如保險杠系統(tǒng)(緩沖器系統(tǒng)))的設(shè)計中需要考慮的因素。通常，設(shè)計汽車零件(如保險杠系統(tǒng)(緩沖器系統(tǒng)))以滿足政府的測試標準，如低速保險測試，其中特定的車輛零件能夠承受低速撞擊，例如4?15千米每小時(kph) (2.5?9英里每小時(mph))的速度。
[0004]由于當前競爭激烈的汽車市場中增加的復雜性，加之燃油效率的最近政府指令，降低保險杠系統(tǒng)的總重量以同時降低成本并且提高燃油效率對于設(shè)計工程師而言可能也是一個挑戰(zhàn)。
[0005]在此之前，只能通過在性能上的折衷來實現(xiàn)同時低成本且重量低的系統(tǒng)。因此，需要提供能夠滿足嚴格的且有時甚至相互沖突的設(shè)計制約的低重量且低成本的能量吸收系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明在各個實施方式中公開的是能量吸收組件以及用于制備和使用該能量吸收組件的方法。
[0007]在一個實施方式中，能量吸收組件包括:具有第一表面和第二表面的泡沫平臺(foam stage),其中所述第二表面包括凹部(凹進部分)；和包括框架和變形凸起部(變形突出件，crush lobe)的熱塑性平臺；其中所述變形凸起部從所述熱塑性平臺(thermoplastic stage)的框架延伸到所述凹部中。
[0008]在一個實施方式中，制備能量吸收組件的方法包括:形成具有第一表面和第二表面的泡沫平臺，其中所述第二表面包括凹部；形成具有框架和從所述框架突出的變形凸起部的熱塑性平臺；和嚙合(接合)所述凹部和所述變形凸起部以形成能量吸收組件。
[0009]在另一個實施方式中，車輛包括:能量吸收組件，其包括具有第一表面和第二表面的泡沫平臺，其中所述第二表面包括凹部；和包括框架和變形凸起部的熱塑性平臺；其中所述變形凸起部從所述熱塑性平臺的框架延伸到所述凹部中；設(shè)置在所述能量吸收組件的第一表面上的儀表板(fascia);和保險杠梁，其中所述能量吸收組件的熱塑性平臺附接至所述保險杠梁。
[0010]這些和其它特征更具體地描述如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面是附圖的簡要說明，其中類似的元件(要素)編號相同，且它們被給出是用于說明本文所公開的示例性實施方式的目的而不是用于限制本發(fā)明的目的。
[0012]圖1示出了能量吸收組件的泡沫平臺的一個實施方式。
[0013]圖2示出了能量吸收組件的熱塑性平臺的一個實施方式。
[0014]圖3示出了包括圖1的泡沫平臺和圖2的熱塑性平臺的能量吸收組件的一個實施方式的俯視左透視圖。
[0015]圖4示出了包括圖1的泡沫平臺和圖2的熱塑性平臺的能量吸收組件的一個實施方式的俯視圖。
[0016]圖5示出了包括圖1的泡沫平臺和圖2的熱塑性平臺的能量吸收組件的一個實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D。
[0017]圖6示出了能量吸收器的一個實施方式的等角透視圖。
[0018]圖7示出了具有包括圖1的泡沫平臺和圖2的熱塑性平臺的能量吸收組件的車輛。
[0019]圖8展示了比較具有圖3所示的設(shè)計的能量吸收組件和具有圖6所示的設(shè)計的能量吸收器的加速度對時間曲線。
[0020]圖9展示了比較具有圖3所示的設(shè)計的能量吸收組件和具有圖6所示的設(shè)計的能量吸收器在每小時5英里下的能量吸收的力對時間曲線。
[0021]圖10展示了具有圖3所示的設(shè)計的能量吸收組件的力對變形曲線。

【具體實施方式】
[0022]本文在各種實施方式中公開了能量吸收組件，其可以與其它車輛部件(例如保險杠梁)一起使用，以在碰撞的過程中例如最小化對行人和/或車輛造成的損壞和/或損傷。所述能量吸收組件可以包括附接至熱塑性平臺的泡沫平臺，其中所述熱塑性平臺可以包括具有變形凸起部的框架，所述變形凸起部從所述框架突出。所述泡沫平臺可以包括第一表面和第二表面，其中所述泡沫平臺的第二表面可以包括凹部，其可以配置成與從所述框架突出的變形凸起部配合。所述能量吸收組件可以配置成吸收行人碰撞和車輛損壞性的能量。例如，所述能量吸收組件對于行人碰撞可以例如在4kph?IOkph的速度下以1，000焦耳(J)的能量水平吸收能量并且對于車輛損壞性可以例如在IOkph?15kph的速度下以5，000J?6，000J的能量水平吸收能量。這樣的設(shè)計可以滿足整個系統(tǒng)的更低重量和更低成本的要求，并且沒有封裝空間顯著增加或犧牲設(shè)計自由度。因此，本文所提供的是在車輛中使用例如以用于減少由于碰撞所帶來的傷害(例如，對一個或多個乘客、一個或多個行人等)以及用于降低車輛損傷的能量吸收組件。
[0023]雖然本文所公開的能量吸收組件可以在車輛中的任何位置使用，但是它們一般用在車輛的前部在保險杠梁的前面(例如，在其中一般定位有發(fā)動機、散熱器等的車輛部分)，以保護位于白車身(BIW)中的部件在碰撞時不被損壞。一般提供保險杠梁以減少和/或消除對位于該保險杠梁后面的車輛部件(如發(fā)動機部件和散熱器)的損壞。一般來說，本文所述的能量吸收組件可以定位在車輛的前保險杠和/或后保險杠中，并且可以附接至連接到BIW以在碰撞期間充當車輛保護的保險杠梁(例如，金屬、塑料等)上。例如，所述能量吸收組件可以附接至連接到車輛導軌和/或橫向構(gòu)件的保險杠梁上。所述能量吸收組件的泡沫平臺可以定位在所述熱塑性平臺和保險杠梁的前面，例如以在碰撞時減少對行人的傷害。裝飾性儀表板可以配置在所述泡沫平臺的上部。
[0024]在高能量水平的低速碰撞中，能量吸收組件通過吸收沖擊能量并且由此侵入且損壞車輛部件，同時不超過車輛的導軌負荷極限(例如，BIW將開始變形的點)，從而試圖降低車輛損壞。此外，一些能量吸收組件試圖在低能量水平的低速碰撞中減少由碰撞導致的行人傷害。本文所述的包括泡沫平臺和熱塑性平臺的能量吸收組件能夠滿足小腿撞擊第II階段的目標要求(例如，低能量水平)以及由聯(lián)邦機動車輛安全標準(Federal MotorVehicle Safety Standards) (FMVSS)提出的車輛損壞5mph要求(例如，高能量水平)。
[0025]汽車制造商不斷地期望降低能量吸收組件的整體重量，這一般與降低制造所述能量吸收組件的成本相關(guān)。泡沫能量吸收組件在成本和重量上可以更低，但是不能具有與熱塑性能量吸收組件一樣的高能量吸收，而所有的熱塑性能量吸收組件都具有更高的成本。本文所述的包括泡沫平臺和熱塑性平臺的能量吸收組件可以提供可接受的能量吸收，但同時不會顯著增加所述能量吸收組件的成本或重量。例如，與熱塑性能量吸收組件相比，使用包括泡沫平臺和熱塑性平臺的能量吸收組件能夠?qū)崿F(xiàn)大于或等于20%的重量降低，具體地大于或等于20 %，更具體地大于或等于30 %，并且甚至更具體地，大于或等于35 %。
[0026]所述能量吸收組件的泡沫平臺可以設(shè)計成在與行人碰撞過程中吸收能量并變形，而包括從框架突出的變形凸起部的熱塑性平臺可以設(shè)計成在例如在小于或等于16kph (9mph)、具體地小于或等于8kph(5mph)速度下的車輛與車輛碰撞中塑性變形并吸收能量并且還可以吸收4000J?6000J的能量(例如，在Allianz碰撞試驗期間)，并且還可以為所述泡沫平臺提供支撐。一般地，附接所述能量吸收組件的保險杠梁可以為所述能量吸收組件提供支撐并且還可以允當在碰撞(例如，擺錘和壁障碰撞)過程中彈性變形并吸收能量的剛性構(gòu)件。
[0027]本文所描述的能量吸收組件能夠滿足和/或超過針對低速碰撞所規(guī)定的要求，例如49 C.F.R.581和高速公路安全保險協(xié)會(IIHS)的IOkph碰撞中的損傷性緩解，以及能夠滿足和/或超過由各監(jiān)管機構(gòu)包括例如歐洲增強車輛安全委員會(EEVC)、歐洲汽車制造商協(xié)會(Association des Constructeurs europeens d，Automobiles) (ACEA,階段 II)和全球性技術(shù)法規(guī)(GTR)所規(guī)定的行人碰撞法規(guī)要求。
[0028]本文所公開的能量吸收組件一般可以包括具有第一表面和第二表面的泡沫平臺，其中所述第二表面包括凹部，和包括框架和變形凸起部的熱塑性平臺。所述變形凸起部可以從所述熱塑性平臺的框架延伸到所述凹部中。
[0029]所述能量吸收組件的示例性特征包括高韌性/延展性、熱穩(wěn)定性(例如，_30°C至60°C )、高能量吸收效率、良好的模量與延伸的比率、以及再循環(huán)能力等，其中“高”和“良好”用來指所述特性至少滿足當前對于給定部件/元件的車輛安全法規(guī)和要求。
[0030]包括框架和從所述框架突出的變形凸起部的所述熱塑性平臺可以包括任何能夠形成為所需形狀并提供所要求的性能的熱塑性材料或熱塑性材料的組合。示例性的材料包括熱塑性材料以及熱塑性材料與彈性體材料和/或熱固性材料的組合?？赡艿臒崴苄圆牧习ň蹖Ρ蕉姿岫《减?PBT);丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS);聚碳酸脂(LEXAN^PLEXAN*EXL樹脂，由沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料(SABIC Innovative Plastics)市售)；聚碳酸脂/PBT共混物；聚碳酸脂/ABS共混物；共聚碳酸脂-聚酯；丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)；丙烯腈-(乙烯-聚丙烯二胺改性的)-苯乙烯(AES);亞苯基醚樹脂；聚苯醚/聚酰胺的共混物(NORYL GTX*樹脂，由沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料(SABIC Innovative Plastics)市售)；聚碳酸脂/聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)/PBT的共混物；聚對苯二甲酸丁二醇酯和抗沖改性劑(ΧΕΝ0Υ*樹脂，由沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料(SABIC Innovative Plastics)市售)；聚酰胺；聚苯硫醚樹脂；聚氯乙烯PVC ;高抗沖聚苯乙烯(HIPS);低/高密度聚乙烯(L/HDPE)；聚丙烯(PP);膨脹聚丙烯(EPP);聚乙烯和纖維復合材料；聚丙烯和纖維復合材料(AZDELSuperlite*片，由Azdel，Inc.市售)；長纖維增強型熱塑性塑料(VERT0N*樹脂，由沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料(SABIC Innovative Plastics)市售)和熱塑性烯烴(TPO)、以及包括前述材料中的至少一種的組合。
[0031]示例性的填充樹脂是STAMAX*樹脂，其是一種長玻璃纖維填充聚丙烯樹脂，也由沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料(SABIC Innovative Plastics)市售。一些可能的增強材料包括纖維，例如玻璃纖維、碳纖維等以及包括前述纖維中的至少一種的組合；例如，長玻璃纖維和/或長碳纖維強化的樹脂。所述熱塑性平臺也可以由包括任何上述材料中的至少一種的組合來形成。例如，在一些實施方式中，相同的材料可以用來制造所述熱塑性平臺的每個要素(例如，框架和變形凸起部)。在其它實施方式中，可以使用不同材料來制造所述能量吸收系統(tǒng)的各個要素(例如，可以使用一種材料來制造框架并使用不同的材料來制造變形凸起部)。可以預期的是，可以使用材料的任何組合來例如增加變形特性、減少損壞性等。
[0032]可以使用各種成型工藝(例如，注射成型、熱成型、擠出等)來制造所述能量吸收組件的熱塑性平臺，以提供單件組件(例如，整體地形成的框架和一個或多個變形凸起部)。
[0033]在一個實施方式中，所述泡沫平臺在低能量水平碰撞過程中提供能量吸收。所術(shù)泡沫平臺可以由包括各種聚合物的泡沫來形成，所述聚合物包括但不限于聚磷腈、聚(乙烯醇)、聚酰胺、聚酯酰胺、聚(氨基酸)、聚酸酐、聚碳酸酯、聚丙烯酸脂、聚烷撐、聚丙烯酰胺、聚烷撐二醇、聚環(huán)氧烷、聚對苯二甲酸烷二酯、聚原酸酯、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚鹵化乙烯、聚酯、聚交酯、聚乙交酯、聚硅氧烷、聚氨酯、聚醚、聚醚酰胺、聚醚酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸丁酯)、聚(甲基丙烯酸異丁酯)、聚(甲基丙烯酸己酯)、聚(甲基丙烯酸異癸酯)、聚(甲基丙烯酸月桂酯)、聚(甲基丙烯酸苯酯)、聚(丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸異丙酯)、聚(丙烯酸酸異丁酯)和聚(丙烯酸十八酯)、聚苯乙烯、聚丙烯(PP)、膨脹聚丙烯(EPP)、聚乙烯基苯酚、聚乙烯吡咯烷酮、氯化聚丁烯、聚(十八烷基乙烯基醚)、乙烯乙酸乙烯酯、(膨脹的)聚乙烯(EPE)、聚(環(huán)氧乙烷)-聚(對苯二甲酸乙二醇酯)、聚乙烯/尼龍(接枝共聚物)、聚己酸內(nèi)酯-聚酰胺(嵌段共聚物)、聚(己內(nèi)酯)二甲基丙酸酸酯-丙烯酸正丁酯、聚(降冰片基-多面體低聚倍半硅氧烷)、聚氨酯、聚苯乙烯 、聚氯乙烯、尿烷/ 丁二烯共聚物、聚氨酯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、以及包括前述聚合物中的至少一種的組合。所述泡沫平臺也可以由針對熱塑性平臺所列舉的任何材料以及包括前述聚合物中的至少一種的組合來形成。例如，所述泡沫平臺可以包括聚丙烯/膨脹聚丙烯/聚苯乙烯共聚物?？商鎿Q地，所述泡沫平臺可以包括聚乙烯和聚苯乙烯的共聚物。
[0034]在一個實施方式中，所述泡沫可以是閉孔泡沫或開孔泡沫(其中開和閉是指根據(jù)ASTM D6226-05測量所確定的聚合多孔材料中開孔體積百分含量)或它們的組合。因此，本文所述的能量吸收組件的泡沫平臺可以包括多層具有不同密度的泡沫(例如，可以同時包括閉孔泡沫和開孔泡沫)，其中所述密度可以根據(jù)泡沫平臺的第一表面至第二表面的距離而增加。換句話說，所述泡沫平臺從第一表面至第二表面可以具有不同(可變)的密度(例如，增加或降低)。
[0035]可替換地或另外，所述泡沫平臺可以包括復合泡沫塑料，例如在包括如前述的聚合物的基質(zhì)中嵌入有空心球的泡沫。復合泡沫塑料是通過使用稱為微球的空心顆粒填充金屬、聚合物或陶瓷基質(zhì)來合成的復合材料。空心顆粒的存在導致更低的密度、更高的強度和更低的熱膨脹系數(shù)。剪裁能力是這些材料的最大優(yōu)點之一。所述基質(zhì)可以選自于任何金屬、聚合物或陶瓷材料。微球的實例包括煤胞、玻璃微球、碳微球和聚合物微球。可以使用其它填料如二氧化鈦、硫酸鋇、二氧化硅、硅球體或微球體(例如，T0SPEARL*)、聚甲基丙烯酸甲酯顆粒等、或包括前述材料中的至少一種的組合來代替微球。
[0036]復合泡沫塑料的壓縮性能主要取決于微球的性質(zhì)，而拉伸性能取決于將所述微球保持在一起的基質(zhì)材料。存在幾種調(diào)節(jié)復合泡沫塑料的性質(zhì)的方法。第一種方法是改變復合泡沫塑料結(jié)構(gòu)中的微球的體積分數(shù)。第二種方法是使用不同壁厚的微球。一般來說，所述材料的壓縮強度與其密度成正比。
[0037]可以在被稱為超聲噴霧熱解的過程中通過加熱溶解的水玻璃的微小的液滴來制造玻璃微球。微球也可以用于復合材料中以填充聚合物樹脂以獲得特定的性質(zhì)，如重量、打磨性和密封表面。
[0038]復合泡沫塑料中的球(其可以由玻璃、陶瓷、聚合物、或包括前述物質(zhì)中的至少一處的組合來形成)可以具有100納米(nm)至5毫米(mm)的直徑,具體地500nm至1，OOOnm,更具體地I微米(μ m)至300 μ m,且甚至更具體地10 μ m至200 μ m?？梢酝ㄟ^使用不同直徑的球體并使用熔融的熱塑性材料裝填模具來獲得不同密度的復合泡沫塑料。所述泡沫的密度也可以通過改變所述泡沫中的閉孔分數(shù)來改變。因此，所述泡沫平臺可以包括一層復合泡沫塑料，其中該復合泡沫塑料整體具有連續(xù)密度或具有所述的不同密度?？蛇x地，所述泡沫平臺可以包括數(shù)層泡沫。例如，所述泡沫平臺可以包括兩個不同的泡沫，例如，所述泡沫平臺的第一表面可以包括具有第一泡沫密度的泡沫且所述泡沫平臺的第二表面可以包括具有第二不同泡沫密度的第二泡沫。在這樣的實施方式中，所述泡沫平臺的第一表面和第二表面能夠可操作地彼此結(jié)合。
[0039]如本文中所述并使用的‘可操作地結(jié)合’是指將兩個構(gòu)件直接或間接地彼此接合。這樣的接合可以本質(zhì)上是靜止的或本質(zhì)上可移動的。這樣的接合可以僅使用該兩個構(gòu)件或者使用該兩個構(gòu)件與任何附加的中間構(gòu)件彼此整體地形成為單個整體、或者使用該兩個構(gòu)件或該兩個構(gòu)件與任何附加構(gòu)件彼此附接來實現(xiàn)。這樣的接合可以本質(zhì)上是永久的或者可以本質(zhì)上是可移動或可釋放的。
[0040]例如，所述泡沫平臺可以包括聚丙烯/膨脹聚丙烯共混物和/或共聚物，其在密度上可以變化，由此能夠根據(jù)組件的要求(例如，對于給定的封裝空間和性能要求)來調(diào)節(jié)能量吸收組件。所述泡沫平臺的密度可以在該泡沫平臺遭受最大沖擊的區(qū)段中增加并且在該泡沫平臺不會遭受那么大沖擊的區(qū)段中降低。
[0041]所述能量吸收組件的總尺寸(例如具體尺寸)將取決于它在車輛中的位置和它的功能以及其預期使用的特定車輛。例如所述能量吸收組件的長度(I)、高度(h)和寬度(W)將取決于所需應用的位置的可用空間量以及所需要的能量吸收。所述能量吸收組件的各部件的深度和壁厚也將取決于可用空間、期望的硬度以及所采用的材料(或多種材料的組合)。所述泡沫平臺和所述熱塑性平臺的深度“d” 一般受到儀表板與保險杠梁之間的距離的限制。
[0042]所述能量吸收組件可以由多種方法來生產(chǎn)，例如模塑法、成形法或任何其它合適的制造技術(shù)。例如，能量吸收器和/或變形凸起部可以由選自注射成型、熱成型、擠出、或包括前述中的至少一種的組合的工藝來形成。
[0043]同樣地，所述泡沫平臺可以通過機械成型工藝(例如，聚氨酯泡沫體)或通過使用發(fā)泡劑(例如，聚烯烴泡沫體)來形成。發(fā)泡劑可以分類為物理發(fā)泡劑或化學發(fā)泡劑。當使用物理發(fā)泡劑時，發(fā)泡可以通過降低壓力使溶解或懸浮在熔融聚合物中的氣體膨脹來實現(xiàn)。當使用化學發(fā)泡劑時，可以通過發(fā)泡劑的化學分解來形成泡孔結(jié)構(gòu)。在機械發(fā)泡工藝中，泡沫結(jié)構(gòu)可通過機械地將氣體捕獲在結(jié)構(gòu)中來實現(xiàn)，例如，可以通過使用合適的混合器劇烈攪拌聚合物漿料來捕獲空氣。所述泡沫平臺可以由任一所述方法或包括前述方法中的至少一種的組合來形成。
[0044]當使用物理發(fā)泡劑時，可以通過在高于聚合物或其共混物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下、在高壓下以發(fā)泡氣體浸沒聚合物發(fā)泡液以形成均相體系，從而形成泡沫平臺。然后將壓力迅速地釋放，以產(chǎn)生不穩(wěn)定的過飽和系統(tǒng)，以便溶解于所述聚合物發(fā)泡液中的氣體能夠成核并且起泡分離出來直至在氣泡壓力、聚合材料的強度之間獲得平衡，并且最后聚合物溶液凝固從而獲得聚合物泡沫。在一個實施方式中，可以使用二氧化碳(CO2)或氮氣(N2)氣體作為發(fā)泡氣體。由于均相成核通常需要更高的能量并且由于其比非均相成核具有更少的成核位點，這將在所得到的泡沫體中產(chǎn)生更大的孔尺寸，可以通過在發(fā)泡過程中添加成核劑來增加成核位點并由此為包括在聚合物溶液中的發(fā)泡氣體提供異相成核來降低成核能量。在本文所描述的能量吸收組件中使用的泡沫體的各種性質(zhì)(例如，物理性質(zhì)如直徑)可以通過所使用的成核劑的種類、和/或用來制造泡沫體的溫度/壓力分布、和/或所使用的發(fā)泡氣體來影響。泡沫可通過擠出成型工藝來形成，其中將聚合物加熱并且熔融；向所述熔融的聚合物或聚合物共混物中加入成核劑和發(fā)泡劑；將所述混合物共混為聚合物發(fā)泡液；和將所述聚合物發(fā)泡液擠出并在適合的溫度下發(fā)泡以形成泡沫。
[0045]物理發(fā)泡劑的實例是那些包括含有氫原子的組分，其可以單獨使用或者作為彼此的混合物或者與另一種類型的發(fā)泡劑如水或偶氮化合物的混合物而使用。這些發(fā)泡劑可以選自范圍廣泛的材料，包括烴類、醚類、酯類、和部分鹵代的烴類、醚類和酯類等。物理發(fā)泡劑一般具有約_50°C至約100°C的沸點，且特別地為約-25°C至約50°C。其中，可用的含氫發(fā)泡劑是HCFC類(齒代氯氟烴類),如I, 1- 二氯-1-氟乙燒、I, 1- 二氯-2, 2, 2- 二氟-乙烷、一氯二氟甲烷和1-氯-1，1-二氟乙烷；HFC類(鹵代碳氟化合物)，如1，I, I, 3，3，3-六氟丙烷、2，2，4，4-四氟丁燒、1，I, 1，3，3，3-六氟-2-甲基丙烷、1，I, 1,3，3-五氟丙烷、1，I, I, 2，2-五氟丙烷、1，I, I, 2，3-五氟丙烷、1，I, 2，3，3-五氟丙烷、1，I, 2，2，3-五氟丙烷、1，I, I, 3，3，4-六氟丁烷、1，I, I, 3，3-五氟丁烷、1，I, I, 4，4，4-六氟丁烷、1，I, I, 4，4-五氟丁燒、1，I, 2, 2, 3, 3-六氟丙烷、1，I, I, 2, 3, 3-六氟丙烷、1，1-二氟代乙燒、1，I, I, 2-四氟乙烷和五氟乙烷；HFE類(鹵代氟代醚類)，如甲基-1，1，1-三氟乙醚和二氟甲基-1，1，1-三氟乙醚；和烴類，如正戊烷、異戊烷和環(huán)戊烷，以及包括前述中的至少一種的組合。
[0046]包括在通常氣態(tài)和液態(tài)發(fā)泡劑中的是甲烷和乙烷的鹵代衍生物，如氟甲烷、氯甲烷、二氟甲烷、二氟甲烷、全氟甲烷、三氯甲烷、二氟-氯甲烷、二氯氟甲烷、二氯二氯甲烷(CFC-12)、三氟氯甲烷、三氯一氟甲烷(CFC-1l)、氟乙烷、氯乙烷、2，2，2-三氟-1，1- 二氯乙焼(HCFC-123)、I, I, 1-二氣乙燒、二氣四氣乙燒、I，1-二氣_1-氣乙燒(HCFC_141b)、1，1_ 二氣_1_氣乙燒(HCFC_142b)、二氣四氣乙燒(CFC-114)、氣二氣乙燒、二氣二氣乙燒(〇卩(:-113)、1-氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124),1, 1-二氟乙烷(HFC_152a)、1，I, 1-三氣乙燒(HFC_143a)、1，I, I, 2-四氣乙燒(HFC_134a)、全氣乙燒、五氣乙燒、2，2- 二氣丙烷、1，I, 1-三氟丙烷、全氟丙烷、二氯丙烷、二氟丙烷、氯七氟丙烷、二氯六氟丙烷、全氟丁烷、全氟環(huán)丁烷、硫-六氯化物、和包括前述中的至少一種的組合。
[0047]可以采用的其它通常氣態(tài)和液態(tài)發(fā)泡劑是烴類和其他有機化合物，如乙炔、氨、丁二烯、丁烷、丁烯、異丁烷、異丁烯、二甲胺、丙烷、二甲基丙烷、乙烷、乙基胺、甲烷、單甲基胺、三甲基胺、戊烷、環(huán)戊烷、己烷、丙烷、丙烯、醇類、醚類、酮類等。惰性氣體和化合物(如二氧化碳、氮氣、氬氣、氖氣或氦氣)可以用作具有令人滿意結(jié)果的發(fā)泡劑。可以使用物理發(fā)泡劑直接從擠出模頭產(chǎn)生泡沫。組合物可以可選地包括化學發(fā)泡劑以進一步膨脹。示例性的物理發(fā)泡劑是二氧化碳和氮氣。
[0048]可以使用在高溫下分解以形成氣體的固體化學發(fā)泡劑。一般而言，可分解的發(fā)泡劑將具有約130°C至約35 0°C的分解溫度(得到釋放的氣體物質(zhì))。代表性的化學發(fā)泡劑包括偶氮甲酰胺、P，P’-氧雙(苯)磺酰肼、對甲苯磺酰肼、對甲苯磺酰氨基脲、5-苯基四唑、乙基-5-苯基四唑、二亞硝基五亞甲基四胺和其它偶氮、N-亞硝基、碳酸酯和磺酰肼以及各種酸/碳酸氫鹽化合物，當加熱時其分解。
[0049]在一個實施方式中，所述聚合物泡沫的孔(cell)可以具有0.1微米至100微米的孔尺寸，具體地為I微米至80微米，并且更具體地為5至50微米。
[0050]還預期了制造能量吸收組件的方法。例如，一種制造能量吸收組件的方法可以包括形成具有第一表面和第二表面的泡沫平臺，其中所述第二表面包括凹部，形成具有框架和從所述框架突出的變形凸起部的熱塑性平臺；和嚙合所述凹部和所述變形凸起部以形成能量吸收組件。
[0051]通過參考附圖能夠更加全面的理解本文所公開的部件、方法和設(shè)備。這些附圖(本文中也稱為“圖”)僅僅是基于便利和容易示出本公開的示意圖，因此它們并非旨在表明裝置或其部件的相對尺寸和大小和/或限定或限制示例性實施方式的范圍。盡管為了清楚起見，在以下的描述中使用了特定術(shù)語，但這些術(shù)語僅用來指代附圖中選擇用于說明實施方式的特定結(jié)構(gòu)，而并非用來限定或限制該公開的范圍。在附圖和以下的說明中，應當理解相似的數(shù)字標識指代相似功能的部件。
[0052]圖1示出了用于能量吸收組件的泡沫平臺20的一個實施方式，且圖2示出了用于能量吸收組件的熱塑性平臺10的一個實施方式，而圖3、4和5示出了組裝的泡沫平臺20和熱塑性平臺10以制造能量吸收組件30的各種構(gòu)造。如圖1所展示的，泡沫平臺20可以包括第一表面203和第二表面202,其中第一表面203 —般朝向組件的儀表板側(cè)40,且第二表面202 —般朝向能量吸收組件30的保險杠側(cè)50。第二表面202可以包括凹部201，其配置成與熱塑性平臺10上的變形凸起部101配合(例如圖2)。凹部201的形狀和各種尺寸(例如，長度、寬度、厚度和深度)可以根據(jù)變形凸起部101的形狀和尺寸而變化。但是，應該設(shè)計凹部201的形狀和尺寸以便圖2中所示的變形凸起部101能夠裝配在該凹部201中，可選地在凹部201和變形凸起部101之間留下間隙以適應變形凸起部101和/或泡沫平臺20的熱膨脹。泡沫平臺20的第一表面203可以具有延伸跨越泡沫平臺20的長度的彎曲形狀或平坦形狀。例如，如圖1所示的，第一表面203可以具有彎曲形狀，使得該第一表面203具有的厚度A從泡沫平臺20的端部向泡沫平臺的中央增加，以便泡沫平臺20的中央具有較大的厚度t2。如果泡沫平臺20具有平坦的第一表面203，則其厚度從泡沫平臺20的端部至端部是恒定的。
[0053]圖1進一步顯示，泡沫平臺20的第二表面202可以包括平坦的表面以使其能夠與圖2中所示的包括變形凸起部101和框架100的熱塑性平臺10接合。但是，泡沫平臺20的第二表面202并不局限于平坦的形狀，并且可以包括允許其與熱塑性平臺10的框架100接合的任何形狀，以便熱塑性平臺10的變形凸起部101裝配在泡沫平臺20的凹部201中，并且由此泡沫平臺20嵌入熱塑性平臺10中以形成如圖3、4和5中所示的能量吸收組件30。
[0054]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，示出了熱塑性平臺10。熱塑性平臺10可以包括框架100和從該框架100突出的變形凸起部101。框架100可以包括頂部側(cè)壁110和底部側(cè)壁112由第一端壁114和第二端壁116連接的大致矩形的形狀?？蚣?00的形狀通常與泡沫平臺的形狀互補，從而能量吸收組件的該兩個部件能夠彼此配合?？蚣苄螤羁梢园梢蕴峁┧璧哪芰课詹⒃试S其與泡沫平臺20接合以形成能量吸收組件的任何形狀。例如，框架100及同樣地，泡沫平臺20可以具有包括但不限于矩形(如示出的)、方形、梯形、圓柱形等以及包括前述中的至少一種的組合的形狀。在一個實施方式中，框架100可以是法蘭式框架(例如，在框架的邊緣具有凸緣)。另外，框架100可以是固體熱塑性片(即，在頂部側(cè)壁110和底部側(cè)壁112之間沒有空隙)，其中變形凸起部從該固體框架的各個部分突出?？蛇x地，如圖2所示，配置在頂部側(cè)壁110和底部側(cè)壁112之間的可以是橫肋102，以給框架110提供進一步的強度和剛性。肋102可以進一步使得能量吸收組件在碰撞時能夠吸收能量并降低車輛損壞性。肋間距可以在壁穩(wěn)定性以及能量吸收上起作用。肋102可以包括可以是三角形、桁架、鋸齒、波紋形、二次曲線、梯形、六邊形、五邊形、八邊形、半圓形、正弦、層狀、絕對正弦(abs (sin))、擺線以及包括前述中的至少一種的組合的形狀。
[0055]如圖2所示，變形凸起部101可以從橫肋102突出。變形凸起部101可以具有能夠給整個能量吸收組件提供所需的能量吸收特性的任何形狀。例如，變形凸起部101可以具有的形狀包括但不限于圖2中所示的C形的橫截面、箱形的橫截面、圓錐形橫截面、圓柱形橫截面、圓錐形、或截頭圓錐體形狀以及包括前述中的至少一種的組合。例如，變形凸起部101可以具有如圓錐形或截頭圓錐形的形狀，其中變形凸起部101的表面上的較小的橫截面面積面向凹部201且變形凸起部101的較大的截面面積附接于框架100。可以配置變形凸起部101以與泡沫平臺20的凹部201接合，以便變形凸起部101裝配在泡沫20的凹部201中。依賴于熱塑性平臺10的所需設(shè)計，多個變形凸起部101可以裝配在單個凹部201中或者單個變形凸起部101可以裝配在單個凹部201中。例如，泡沫平臺20中的凹部201可以與變形凸起部101互補，例如與連續(xù)的變形凸起部互補以便例如I?20個變形凸起部101可以裝配在凹部201中，具體地，大于或等于I個變形凸起部101可以裝配在凹部201中，更具體地，大于或等于2，甚至更具體地，大于或等于3，還更具體地，大于或等于5，且更加具體地，大于或等于10。變形凸起部可以是中空的和/或?qū)嵭牡摹D2和3示出了中空變形凸起部103的一個實例，其中在變形凸起部101之間示出了中空變形凸起部103。由于中空變形凸起部103可以在兩側(cè)被變形凸起部101包圍，所以中空變形凸起部103可以可選地在該中空變形凸起部103的表面中包括開口 104，其能夠允許中空變形凸起部103完全變形。開口 104能夠允許中空變形凸起部103向內(nèi)變形(壓碎)，而變形凸起部101可以向外變形(壓碎)。
[0056]如圖1和2所示，在儀表板側(cè)40上具有第一表面203的泡沫平臺20可以被配置以接合并且在如本文所述的低能量水平碰撞以及與行人的碰撞中吸收能量，并且具有凹部201的第二表面可以被配置成與具有從熱塑性平臺10突出的變形凸起部101的熱塑性平臺接合。
[0057]泡沫平臺20的密度可以從第一表面203到第二表面202變化或者在整個泡沫平臺20中可以是恒定的。如果密度是變化的，則第一表面203的密度可以小于第二表面202的密度，從而在碰撞時允許多級的能量吸收。在一個實施方式中，泡沫平臺20可以包括共聚物，該共聚物包括聚丙烯/膨脹聚丙烯/聚苯乙烯/膨脹聚苯乙烯/聚苯乙烯/膨脹聚乙烯。可選地，所述膨脹聚苯乙烯可以是閉孔泡沫(例如，具有75%至100%的閉孔)。還可預期的是，依賴于所需的剛性，存在于熱塑性平臺10上的肋102和/或側(cè)壁110、112的數(shù)量或厚度或者該兩者可以增加或減少。同樣地，泡沫平臺20中凹部201的深度和熱塑性平臺10中的變形凸起部101的尺寸可以被調(diào)整以優(yōu)化成本和/或重量。
[0058]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3、4和5，示出了包括泡沫平臺20和熱塑性平臺10的能量吸收組件30的各種圖解。圖3顯示了裝配在變形凸起部101上并且可操作地設(shè)置在所述熱塑性平臺10上的泡沫平臺20的等角視圖。圖3中還示出了保險杠梁60，能量吸收組件與其附接。圖4示出了能量吸收組件30的圖解，其可以配置成跨越車輛保險杠梁60的長度(圖3)，其中如先前提及的，泡沫平臺20在該能量吸收組件30的長度上可以具有可變的厚度。圖5示出了能量吸收組件30的橫截面，描繪了泡沫平臺20的第二表面202中的凹部201在變形凸起部101上的互補性質(zhì)。
[0059]圖7示出了具有保險杠梁60的車輛70，該保險杠梁60具有包括泡沫平臺20和熱塑性平臺10的能量吸收組件30。儀表板62可以位于能量吸收組件30之上。
[0060]一種制造能量吸收組件的方法，其可以包括形成具有第一表面和第二表面的泡沫平臺，在該泡沫平臺中形成凹部，形成具有框架和從該框架突出的變形凸起部的熱塑性平臺，以及嚙合該凹部和所述變形凸起部以形成所述能量吸收組件。
[0061]通過下列非限制性的實施例進一步說明了所述能量吸收器。需要注意的是，除非另有特別說明，否則所有的實施例均是模擬的。
實施例
[0062]實施例1:
[0063]如所述的，對具有圖3所示設(shè)計的、包括泡沫平臺和熱塑性平臺的能量吸收組件的各種特性進行了測試，并且與有具有圖6所示設(shè)計的變形凸起部的全熱塑性能量吸收器進行了比較。所述泡沫平臺包括具有密度為30克每升(g/L)的膨脹聚丙烯，而所述熱塑性平臺包括聚碳酸酯和聚對苯二甲酸丁二醇酯的共混物(Xenoy*，由SABIC InnovativePlastics市售)。能量吸收組件的總體尺寸為1，200mm長、120mm高和85mm深。按照歐洲新車安全評價組織(Euro New Car Assessment Program) (NCAP)的小腿碰撞測試協(xié)議的小腿碰撞測試，模擬行人遭受碰撞時軟組織損傷至膝關(guān)節(jié)或骨折至相鄰的腿骨的損傷。這些損傷典型地發(fā)生在車輛與行人的碰撞的早期。測試裝置模擬了人的小腿，包括膝關(guān)節(jié)。在可達40kph的速度下并且垂直于所述膝蓋的關(guān)節(jié)面發(fā)生碰撞，并且測量了與關(guān)節(jié)的軸成直角的膝關(guān)節(jié)的角運動并報告為旋轉(zhuǎn)角度。還測量和報告了脛骨減速(即，G-負荷)和膝部剪切位移。一般而言，旋轉(zhuǎn)角度越低、負荷越低且剪切位移越高，表明能量吸收效率越高。
[0064]按所述的，測試了具有圖3所示設(shè)計的能量吸收組件和具有圖6所示設(shè)計的能量吸收組件的小腿碰撞性能。結(jié)果示于表1和圖8中，圖8為比較樣品I (Cl)(其為具有圖6所示設(shè)計的能量吸收器)和樣品I (其為具有圖3所示設(shè)計的能量吸收組件)的加速度曲線(以g(其指代在地球表面的重力加速度)為單位相對于以秒(s)為單位的時間進行測量)。樣品I的質(zhì)量為約0.75千克(kg),而對于比較樣品I的質(zhì)量為約1.1kgo在表1中，G-負荷測量單位為g，旋轉(zhuǎn)測量單位為度，且剪切測量單位為mm。所述測試在Y = O下發(fā)生，其中Y指代碰撞位置。在這些測試中，碰撞位置在能量吸收組件的中心，在例如中空變形凸起部103上(參見例如圖4)。能量吸收組件的總長度一般為1，000米(m)(例如，在Y = O的任一側(cè)為500m)。

【權(quán)利要求】
1.一種能量吸收組件，包括: 具有第一表面和第二表面的泡沫平臺，其中所述第二表面包括凹部；和 包括框架和變形凸起部的熱塑性平臺； 其中，所述變形凸起部從所述熱塑性平臺的所述框架延伸到所述凹部中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量吸收組件，其中，所述泡沫平臺包括選自由聚丙烯、膨脹聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、任何前述的共聚物、和包括前述中的至少一種的組合組成的組的泡沫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的能量吸收組件，其中，所述泡沫平臺包括閉孔泡沫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的能量吸收組件，其中，所述泡沫平臺具有可變密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的能量吸收組件，其中，所述泡沫平臺從所述第一表面至所述第二表面具有增加的密度或者其中所述泡沫平臺從所述第二表面至所述第一表面具有增加的密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的能量吸收組件，其中，所述熱塑性平臺的所述框架還包括被設(shè)置在縱 向邊之間的橫肋，其中，所述變形凸起部從所述橫肋突出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的能量吸收組件，其中，所述橫肋包括選自由三角形、桁架、鋸齒、波紋形、二次曲線、梯形、六邊形、五邊形、八邊形、半圓形、正弦、層狀、絕對正弦、擺線、以及包括前述中的至少一種的組合組成的組的形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的能量吸收組件，其中，所述變形凸起部包括錐形結(jié)構(gòu)，所述錐形結(jié)構(gòu)從面向所述框架的表面發(fā)散至面向所述泡沫平臺的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的能量吸收組件，其中，所述熱塑性平臺的所述框架包括在所述框架的邊緣周圍設(shè)置有凸緣的法蘭式框架。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的能量吸收組件，其中，所述變形凸起部從所述法蘭式框架突出。
11.一種制造能量吸收組件的方法，包括: 形成具有第一表面和第二表面的泡沫平臺，其中所述第二表面包括凹部； 形成具有框架和從所述框架突出的變形凸起部的熱塑性平臺；以及 嚙合所述凹部和所述變形凸起部以形成所述能量吸收組件。
12.—種車輛，包括: 能量吸收組件，包括具有第一表面和第二表面的泡沫平臺，其中所述第二表面包括凹部；和包括框架和變形凸起部的熱塑性平臺；其中所述變形凸起部從所述熱塑性平臺的所述框架延伸到所述凹部中； 設(shè)置在所述能量吸收組件的所述第一表面上的儀表板；和 保險杠梁，其中所述能量吸收組件的所述熱塑性平臺附接至所述保險杠梁。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的車輛，其中所述能量吸收組件還包括，其中所述泡沫平臺包括選自由聚丙烯、膨脹聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、任何前述的共聚物、以及包括前述中的至少一種的組合組成的組的泡沫。
14.根據(jù)權(quán)利要求12-13中任一項所述的車輛，其中，所述能量吸收組件的所述泡沫平臺包括閉孔泡沫。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項所述的車輛，其中，所述能量吸收組件的所述泡沫平臺具有可變密度。
16.根據(jù)權(quán)利要求12-15中任一項所述的車輛，其中，所述能量吸收組件的所述泡沫平臺從所述第一表面至所述第二表面具有增加的密度或者其中所述泡沫平臺從所述第二表面至所述第一表面 具有增加的密度。
【文檔編號】B60R21/34GK104080661SQ201280068765
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月1日
【發(fā)明者】德漢恩德拉·庫馬爾·納格萬什, 普萬納·特蒂拉·庫沙拉帕, 蘇達卡爾·拉馬穆爾蒂·馬魯爾 申請人:沙特基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料Ip私人有限責任公司