專利名稱：塑料/金屬復合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塑料/金屬復合材料，特別是用于機動車輛中的塑料/金屬復合材料， 其具有金屬裝飾層和作為支撐層的塑料層，該支撐層通過噴射、注射模制或沖壓的方法而 連接到裝飾層。此外，本發(fā)明涉及制造該類型的塑料/金屬復合材料的方法。
背景技術(shù)：
用塑料在由金屬制成的裝飾元件周圍或其后面進行注射模制通常是已知的。這些 類型的金屬/塑料復合材料在希望自重較小同時具有較高的質(zhì)量外觀的地方使用。例如， 當設(shè)計車輛內(nèi)部時就是這種情形。這里，例如，揚聲器罩、通風罩、裝飾條等常常由不銹鋼或 鋁制光學器件制成。裝飾層也可以通過利用多色裝飾元件進行蝕刻或壓印而設(shè)置有額外的 標記，借此可以制造出寬范圍的設(shè)計。為了保持燃料消耗盡可能低，人們還應(yīng)盡力保持這些裝飾部件的重量盡可能小。 由于塑料的外觀在正常情況下不能滿足由裝飾表面制成的高要求，所以可見表面例如由鋁 板部件形成。在為了保持燃料消耗盡可能低時，同時希望保持復合材料的重量盡可能低。因為 塑料的外觀不滿足對于裝飾表面的嚴格要求，所以可見表面區(qū)域例如由鋁板制成。同時為 了保持部件的成本和重量盡可能低，金屬應(yīng)當盡可能薄，例如僅可見表面區(qū)域應(yīng)當由金屬 板制成。這通常與涉及部件穩(wěn)定性的特定問題相關(guān)，且這一問題在現(xiàn)有技術(shù)中通過設(shè)置在 裝飾層下面用以使部件穩(wěn)定的支撐層消除。為支撐層選擇最輕但可能穩(wěn)定的塑料材料。這 樣做的另外的優(yōu)點是由于塑料的大致較簡單且更柔性的可加工能力而具有的大致較大的 設(shè)計自由度，使得還能夠適合車輛內(nèi)的不同的安裝布局和不同地形成的安裝空間。在現(xiàn)有技術(shù)中，裝飾層和支撐層通常先分開制造，同時在支撐層中形成缺口，當組 裝裝飾層時，可以首先將粘性條插入到支撐層中以便在該粘性條上方將支撐層和裝飾層互 相連接起來。在裝飾層和支撐層之間，不可避免地建立了間隙，灰塵和水可能積聚在該間隙 中，這也是難以去除的。當在-40°C至80°C之間交替的氣候測試過程中，對這些金屬/塑料 復合材料的要求通常不能被滿足，這是由于部件的材料鎖定連接，這或者是由于所用的粘 合劑的老化或者還由于部件之間不可能的相對移動和因不同的熱膨脹系數(shù)而造成的應(yīng)力 的結(jié)果。為了附接鋁軌而使用的粘性條有另外的缺陷。一方面，其構(gòu)成在生產(chǎn)過程中以及 然后在組裝過程中的重要的成本因素。此外，一些塑料表面，例如聚丙烯(PP)表面，如果其 先前受到例如施用底漆或電暈或火焰處理的預(yù)處理，則由于其較低的表面張力而僅能夠利 用這種類型的粘性條而被可靠地粘住，且這還涉及到額外的勞力和材料成本。為了消除這些缺點，在現(xiàn)有技術(shù)中提出在裝飾層周圍注射模制塑料，并且在這樣 圍繞裝飾層時，使得上述層在注射模制它們的同時已經(jīng)牢固地彼此連接起來。然而，該過程 的缺點在于當生產(chǎn)復合材料時，特別是由于不同的收縮特性，在部件中出現(xiàn)大量的應(yīng)力，裝 飾層可能由于該大量的應(yīng)力而被錯誤地彎曲。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中(例如文獻EP 1 488 958 Al)提出開發(fā)一種復合材料部件， 在該復合材料部件中，在金屬層和塑料支撐層之間設(shè)置有中間層，以便因此在金屬層和塑 料層之間提供解除聯(lián)接作用(decoupling)，并因此補償由于因金屬層和塑料層的不同彈性 模量造成的復合材料的不同的縱向延伸而引起的應(yīng)力。該制造步驟確保借助于用于中間層 的材料的適當選擇來補償變形，但是這些裝飾部件的制造工藝證明是極其昂貴的。此外，該 類型的多部件/塑料的注射模制程序與金屬裝飾層組合的工藝操作證明是異常困難的，這 是因為在將部件從注射溫度冷卻到環(huán)境溫度的過程中，必須在工藝操作中考慮目前三種不 同材料類型的不同的收縮特性，結(jié)果裝飾層的翹曲或者還有塑料層和裝飾層之間的間隙的 形成通常會出現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的是提供塑料/金屬復合材料和制造塑料/金屬復合材料的方 法，其利用簡單的工藝操作而成功地防止了由收縮引起的部件的變形。該目的根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)，其在于，在金屬裝飾層的外圍區(qū)域的水平上，在支撐層中 設(shè)置了呈收縮袋形式的至少一個凹部，該凹部能夠在冷卻過程中使裝飾層和支撐層之間相 對移動，以便補償在制造之后的冷卻過程中裝飾層和支撐層的不同的收縮特性。換句話說，塑料在從注射溫度(對于大多數(shù)所使用的塑料來說，注射溫度在260°C 至280°C之間)冷卻到環(huán)境溫度的過程中的放大的收縮特性由在縱向方向和/或橫向方向 上沿裝飾層的外圍區(qū)域設(shè)置的收縮袋來補償，這能夠在冷卻過程中使支撐層和裝飾層之間 產(chǎn)生特定的相對移動，使得塑料在腔內(nèi)和腔外的收縮都不因為收縮而對裝飾層施加任何應(yīng) 力，由收縮袋提供的空間最初就防止了裝飾層的翹曲。為了能夠最少地阻礙所述層在由冷卻引起的收縮過程中可能的相對移動，在一個 示例性實施方式中，在支撐層中布置有收縮袋，使得所述收縮袋使該裝飾層的至少一個正 面?zhèn)鹊耐鈬鷧^(qū)域的至少局部區(qū)段露出，特別是在支撐層的最大收縮的區(qū)域中的正面?zhèn)鹊耐?圍區(qū)域的至少局部區(qū)段。在本發(fā)明的一個示例性實施方式中，收縮袋形成在支撐層的背對裝飾層的一側(cè) 上，因此在塑料/金屬復合材料的不可見側(cè)上。如果收縮袋的尺寸，特別是由收縮袋在裝飾層的正面?zhèn)群椭螌又g自然留下的 空間，有利地適合于裝飾層與支撐層的收縮比，則收縮袋能夠在部件冷卻之后盡可能地小， 使得部件的任何弱化盡可能輕微。但是可選地，也能夠設(shè)計盡可能大的收縮袋以便減小塑料/金屬部件的重量，并 且例如為了使裝飾層的外圍區(qū)域露出一定范圍，使得只保留一個或幾個附接桿來用于將裝 飾層定位在支撐層中。這需要在支撐功能的滿足和因此的相對于重量減小的部件穩(wěn)定性之 間進行平衡。在一個優(yōu)選的示例性實施方式中，收縮袋的寬度至少與由裝飾層和支撐層各自覆 蓋的收縮路徑之間的差的一半相當，該差由裝飾層和支撐層的不同的縱向膨脹系數(shù)引起。為了在制造之后的冷卻過程中考慮到裝飾層和支撐層的不同的收縮特性，且在這 樣做時不限制支撐功能及因此的部件穩(wěn)定性，在一個示例性實施方式中，收縮袋沿裝飾層 的輪廓形成在面朝支撐層的端部區(qū)域中。
還為了能夠補償支撐層和裝飾層相對于塑料/金屬復合材料的縱向延伸橫向的 不同收縮特性，在一個示例性實施方式中，支撐層具有至少一個彈性元件，該至少一個彈性 元件通過相對于裝飾層的縱向延伸橫向的補償移動而彈性地補償支撐層和裝飾層之間的 相對移動。提供該類型的彈性元件的特別簡單的形式通過由在支撐層中形成的特別是S形 的桿形成的彈性元件來實現(xiàn)。桿的其他實施方式，例如桿的相對于裝飾層的縱向延伸傾斜 的布置，例如以棒的形式，或者桿的其他幾何實施方式也是可能的，以彈性地補償支撐層和 裝飾層之間的相對移動。特別是對于較長的塑料/金屬復合材料，在支撐層中形成多個彈性元件可能是有 利的，這些彈性元件沿復合材料的縱向延伸設(shè)置，特別地以等間距布置。在本發(fā)明的另一示例性實施方式中，在裝飾層和/或支撐層處形成了定位裝置， 特別是定位凸耳或定位鉤。這里，定位裝置有利地布置成使得它們允許部件之間的收縮補 償?shù)南鄬σ苿?，但是另一方面，防止部件的偏離收縮補償相對移動的移位。為了能夠使裝飾表面的清潔可能最簡單，在另一示例性實施方式中，支撐層可以 設(shè)計成以橫跨的方式相對于裝飾層傾斜。在本發(fā)明的另一示例性實施方式中，塑料/金屬復合材料具有至少一個覆蓋元 件，該至少一個覆蓋元件可以插入到收縮袋中，使得其至少部分地覆蓋收縮袋。為了制造塑料/金屬復合材料，首先利用噴射、注射模制或沖壓的方法在金屬裝 飾層周圍注射模制來將支撐層連接到金屬裝飾層，注射模制工具或沖壓工具設(shè)計成使得在 金屬裝飾層的端部區(qū)段周圍注射模制的同時，在支撐層中設(shè)置呈收縮袋形式的至少一個凹 部，該至少一個凹部能夠在冷卻過程中使裝飾層和支撐層之間產(chǎn)生相對移動，以便補償由 于在制造支撐層之后的冷卻過程中，由裝飾層和支撐層的不同的收縮特性引起的不想要的 材料移位而造成的部件變形。這例如能夠通過在裝飾層的端部或外圍區(qū)域的水平上在工具 中形成一個或多個相應(yīng)的突起來實現(xiàn)。還為了能夠通過在支撐層中的補償移動對裝飾層和支撐層相對于于縱向延伸橫 向的不同收縮特性作出反應(yīng)，可以在注射模制支撐層的同時在支撐層中形成至少一個彈性 元件。該彈性元件例如可以由S形的桿形成。
關(guān)于本發(fā)明的其它有利的實施方式，參考附屬權(quán)利要求和通過附圖對示例性實施 方式的以下說明。這些如下示出圖1是根據(jù)本發(fā)明的塑料/金屬復合材料；圖2是根據(jù)圖1的復合材料的剖面形式的放大的局部圖示；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的具有S形彈性元件的塑料/金屬復合材料從下面看的局部圖
7J\ ο
具體實施例方式圖1以用于機動車輛的裝飾踢板1的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的塑料/金屬復合材 料。
踢板1具有由鋁制成的裝飾層2，該裝飾層2被由塑料制成的支撐層3圍繞并封 閉。在支撐層3和裝飾層2之間的橫跨區(qū)域形成有斜面3a，該斜面3a有利于將灰塵或臟水 清除離開裝飾層2的對駕駛者可見的區(qū)域，同時提供美學上令人愉悅的且高質(zhì)量的外觀。裝飾層2為不透明鋁層的形式。在未示出的另一示例性實施方式中，在裝飾層中 設(shè)置例如字符或標記形式的半透明區(qū)域和凹部，且這些可以由設(shè)置在支撐層3后面或支撐 層3上的照明物照亮。裝飾層2當然也可以通過用多色裝飾元件進行蝕刻或壓印而設(shè)置有 額外的標記，或者也可以將圖案壓印到表面上，借此能產(chǎn)生各種各樣的設(shè)計。圖2示出根據(jù)圖1的踢板1的剖面形式的放大的局部圖示。為了補償當冷卻踢板 1時裝飾層2和支撐層3的不同的收縮特性，在支撐層3中的金屬裝飾層2的外圍區(qū)域上形 成有收縮袋4。收縮袋4的寬度B與由裝飾層2和支撐層3各自覆蓋的收縮路徑之間的差 的一半相當，該差由裝飾層和支撐層的不同的縱向延伸系數(shù)引起。收縮袋4的深度T設(shè)計 成使得裝飾層2的外圍區(qū)域2a的正面?zhèn)?不與支撐層3接觸。換句話說，收縮袋4定位成 使得其使該裝飾層2的正面?zhèn)?的外圍區(qū)域2a的垂直于支撐層3的縱向延伸的局部區(qū)段 露出，并因此在支撐層3的最大收縮的區(qū)域中露出。因此，支撐層2的外圍區(qū)域2a的正面 側(cè)5不由支撐層3覆蓋，且有利于裝飾層2和支撐層3之間的相對移動。在裝飾層2中，形成了定位凸耳形式的定位裝置(這里未示出)。這些定位凸耳布 置成使得它們允許部件之間的收縮補償?shù)南鄬σ苿?，但是另一方面，阻止部件中偏離收縮 補償相對移動的移位。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的塑料/金屬復合材料1的另一示例性實施方式的局部圖 示，其中在支撐層3中設(shè)置了 S形桿的形式的彈性元件6。通過彈性元件6的該類型的布 置，能夠通過由S形柔性桿實施的相應(yīng)的補償移動來補償在制造之后的冷卻過程中裝飾層 2和支撐層3的相對于支撐層3的縱向延伸橫向的不同的收縮特性。通過桿的S形設(shè)計，能 夠彈性地補償在支撐層3和裝飾層2之間的相對移動。桿的彈性性能通過S形設(shè)計而進一 步得到支持。此外，如從圖3得出的，在該示例性實施方式中，在金屬裝飾層的外圍區(qū)域2a的水 平上沿輪廓形成了收縮袋4。踢板形式的裝飾元件1的制造如下進行。首先，通過現(xiàn)有技術(shù)已知的制造方法制 造裝飾層2，并且，如果適當?shù)脑?，為了裝飾目的，使裝飾層2受到印刷或壓印方法。隨后，將 已完成的部件放置在注射模制機器的腔中。之后，通過印模將裝飾層2的可見表面區(qū)域密 封，以便防止支撐層滲入到踢板1的可見區(qū)域中。印模設(shè)置有涂層以便一方面保護裝飾層 以免刮傷且另一方面以便提供相對于稍后將被注射模制的支撐層3的更好的密封。將裝飾 層2放置在保持架中，在這里，保持架的幾何尺寸與收縮袋4的尺寸一致。該保持架略微突 出到裝飾層2的與印模相關(guān)聯(lián)的側(cè)面上方。
權(quán)利要求
1 一種塑料/金屬復合材料(1)，特別是用于機動車輛中的塑料/金屬復合材料(1)， 其具有由金屬制成的裝飾層( 和作為支撐層C3)的塑料層，所述支撐層C3)通過噴射、注 射模制或沖壓的方法而連接到所述裝飾層O)，其特征在于，在金屬裝飾層O)的外圍區(qū)域 (2a)的水平上，在所述支撐層中設(shè)置了呈收縮袋(4)形式的至少一個凹部，所述凹部能夠 在冷卻過程中使所述裝飾層( 和所述支撐層C3)之間相對移動，以補償在制造之后的冷 卻過程中所述裝飾層( 和所述支撐層(3)的不同的收縮特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料/金屬復合材料(1)，其特征在于，所述收縮袋(4)布置 成使得所述收縮袋(4)讓所述裝飾層(2)的至少一個正面?zhèn)?5)的外圍區(qū)域Oa)的至少局 部區(qū)段露出，特別是所述支撐層(3)的最大收縮的區(qū)域中所述正面?zhèn)?5)的外圍區(qū)域Oa) 的至少局部區(qū)段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料/金屬復合材料(1)，其特征在于，所述收縮袋(4)的尺 寸，特別是由所述收縮袋(4)在所述裝飾層O)的所述正面?zhèn)? 和所述支撐層C3)之間 自然留下的空間(R)，適合于所述裝飾層O)與所述支撐層(3)的收縮比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的塑料/金屬復合材料(1)，其特征在于，所述收縮 袋(4)具有的寬度(B)至少與由所述裝飾層( 和所述支撐層C3)各自覆蓋的收縮路徑之 間的差的一半相當，所述差由所述裝飾層( 和所述支撐層(3)的不同的縱向膨脹系數(shù)造 成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的塑料/金屬復合材料(1)，其特征在于，所述收縮 袋(4)沿所述裝飾層O)的輪廓形成在面朝所述支撐層(3)的端部區(qū)域中。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的塑料/金屬復合材料(1)，其特征在于，所述支撐 層(3)具有至少一個彈性元件(6)，所述至少一個彈性元件(6)允許所述支撐層( 相對于 所述裝飾層O)的縱向延伸橫向的補償移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的塑料/金屬復合材料(1)，其特征在于，所述彈性元件(6)由 桿形成，特別是由S形的桿形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的塑料/金屬復合材料(1)，其特征在于，在所述支撐層中 形成了多個彈性元件(6)，所述多個彈性元件(6)沿所述復合材料(1)的縱向延伸設(shè)置，特 別地以等間距設(shè)置。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的塑料/金屬復合材料(1)，其特征在于，在所述裝 飾層( 和/或所述支撐層C3)上形成有定位裝置，特別是定位凸耳或定位鉤。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的塑料/金屬復合材料(1)，其特征在于，所述支 撐層( 被設(shè)計成在與所述裝飾層( 接觸或覆蓋所述裝飾層O)的區(qū)域中傾斜。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的塑料/金屬復合材料(1)，其特征在于，所述塑 料/金屬復合材料(1)具有至少一個覆蓋元件，所述至少一個覆蓋元件能夠插入到所述收 縮袋中，使得所述至少一個覆蓋元件至少部分地覆蓋所述收縮袋G)。
12.一種制造塑料/金屬復合材料(1)的方法，所述塑料/金屬復合材料(1)由至少一 個金屬裝飾層( 和由塑料制成的至少一個支撐層C3)組成，特別是根據(jù)權(quán)利要求1-10中 任一項所述的塑料/金屬復合材料(1)，其特征在于，通過使用噴射、注射模制或沖壓的方 法在所述金屬裝飾層( 周圍注射模制，將支撐層C3)連接到所述金屬裝飾層0)，同時在 所述金屬裝飾層O)的端部區(qū)段周圍注射模制，在所述支撐層(3)中設(shè)置呈收縮袋(4)形式的至少一個凹部，所述凹部能夠在冷卻過程中使所述裝飾層( 和所述支撐層C3)之間 相對移動，以補償在制造之后的冷卻過程中所述裝飾層( 和所述支撐層(3)的不同的收 縮特性。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在注射模制的同時，在所述支撐層(3) 中形成至少一個彈性元件(6)，以實現(xiàn)相對于所述復合材料(1)的縱向延伸橫向的補償移動。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，在注射模制之前或在注射模制的 過程中，在所述裝飾層( 和/或所述支撐層C3)處形成定位凸耳。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項所述的方法，其特征在于，在冷卻所述塑料/金屬復 合材料(1)的過程中或在冷卻所述塑料/金屬復合材料(1)之后，將至少一個覆蓋元件插 入到所述收縮袋中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種塑料/金屬復合材料(1)，特別是用于機動車輛中的塑料/金屬復合材料(1)，其具有由金屬制成的裝飾層(2)和作為支撐層(3)的塑料層，所述支撐層(3)通過噴射、注射模制或沖壓的方法而連接到所述裝飾層(2)，其特征在于，在金屬裝飾層(2)的外圍區(qū)域(2a)的水平上，在所述支撐層中設(shè)置了呈收縮袋(4)形式的至少一個凹部，該凹部能夠在冷卻過程中使所述裝飾層(2)和支撐層(3)之間相對移動，以補償在制造之后的冷卻過程中所述裝飾層(2)和支撐層(3)的不同的收縮特性。此外，本發(fā)明還涉及制造上述類型的塑料/金屬復合材料的方法。
文檔編號B32B15/08GK102083622SQ200980125955
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者彼得·弗萊納, 托比亞斯·瓦勒 申請人:Ccl設(shè)計有限公司