本發(fā)明總體涉及復合材料部件設計，并且尤其涉及復合材料車輛儀表板設計及其制造方法。

背景技術：

車輛使用重量輕的部件和設計——尤其是在例如儀表板這樣的大型車輛內(nèi)部部件中——變得越來越普遍，目的是降低車輛重量。重量降低可以增加車輛性能和燃油經(jīng)濟性?？梢杂幂^輕重量的材料替代車輛部件現(xiàn)有的材料實現(xiàn)重量的節(jié)省。然而，一些情況下車輛中使用的較輕重量的材料比它們較重重量的對應物具有更少的機械完整性。

在其它情況下，實際上某些較輕重量的材料(例如碳纖維復合材料)比常規(guī)材料具有改進的機械性能。不幸地，用這些材料制作車輛部件的生產(chǎn)成本是過高的或者至少不足夠低到抵消潛在的車輛性能和燃油經(jīng)濟性的改進。進一步地，這些更堅固的復合材料通常在具有僅僅一個或一些實際上需要高機械性能的區(qū)域的大型車輛部件中使用。

因此，當與常規(guī)車輛部件相比時，較輕重量車輛部件需要具有較好或可比的機械性能。也需要使這些部件的特定區(qū)域的機械性能適應特定應用，因此盡量最小化昂貴的增強材料的使用和在部件需要的地方最大化機械性能的增強。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，車輛儀表板包括基底和連接到基底的膨脹加強件，基底包括在第一尼龍樹脂內(nèi)的多個第一短切碳纖維，膨脹加強件具有在第二尼龍樹脂內(nèi)的多個第二短切碳纖維。基底的多個第一短切碳纖維 和多個第一玻璃纖維是分離的，以便碳纖維和玻璃纖維的每個大體上分別集中在基底的駕駛員側部和乘客側部內(nèi)。膨脹結構風道具有在第三尼龍樹脂內(nèi)的多個第二短切玻璃纖維。風道、加強件和基底連接以便形成中空管。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，具有第一膨脹元件的車輛儀表板包括第一纖維復合材料。第二膨脹元件包括第二纖維復合材料。連接到膨脹元件的基底包括在樹脂內(nèi)的第一纖維材料和第二纖維材料。第一和第二纖維材料分別被分離到基底的駕駛員側部和乘客側部。第一和第二膨脹元件被連接以便支撐基底。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，形成車輛部件的方法包括以下步驟：熔化具有第一纖維材料、第一樹脂和第一膨脹劑的第一復合材料以及熔化具有第二纖維材料、第二樹脂和第二膨脹劑的第二復合材料。然后將熔化的第一和第二復合材料注入到模具，以便第一和第二復合材料的每個大體上分別集中于模具的第一部和第二部。然后打開模具，使得熔化的復合材料膨脹。冷卻并且膨脹的復合材料形成儀表板部件。

參照以下說明書、權利要求書和附圖，本領域技術人員將會進一步理解和領會本發(fā)明的這些和其它特征、優(yōu)勢以及目的。

附圖說明

在圖中：

圖1是根據(jù)一個實施例的車輛內(nèi)的車輛儀表板的主透視圖；

圖2A是圖1中說明的儀表板的分解的俯視透視圖；

圖2B是沿IIA-IIA線的圖2A的儀表板的增強的剖視圖；

圖2C是沿IIB-IIB線的圖2A的儀表板的增強的剖視圖；

圖2D是沿IIC-IIC線的圖2A的儀表板的增強的剖視圖；

圖2E是沿IID-IID線的圖2A的儀表板的增強的剖視圖；

圖2F是沿IIE-IIE線的圖2A的儀表板的增強的剖視圖；

圖3是根據(jù)附加實施例的注塑成型系統(tǒng)的俯視透視圖；

圖4A是沿X-X線的在將熔化的復合材料注入模具的步驟過程中的圖3的注塑成型系統(tǒng)的剖視圖；

圖4B是沿X-X線的在混合熔化的復合材料的步驟過程中的圖3的注塑成型系統(tǒng)的剖視圖；

圖5A是沿X-X線的在打開模具的步驟過程中的圖3的注塑成型系統(tǒng)的剖視圖；

圖5B是沿X-X線的在使熔化的復合材料膨脹的步驟過程中的圖3的注塑成型系統(tǒng)的剖視圖；

圖6根據(jù)另一個實施例的使用圖4的注塑成型系統(tǒng)成形車輛部件的方法的原理圖。

具體實施方式

這里為了說明的目的，術語“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”以及它們的衍生詞應當按圖1中的取向關聯(lián)于本發(fā)明。然而，應當理解的是本發(fā)明可以采取不同的可替換的方向，除非明確指定為相反。還應當理解的是附圖中圖示的以及以下說明書中說明的具體裝置和過程僅僅是由所附權利要求限定的本發(fā)明的構思的示例性實施例。因此，這里公開的涉及實施例的具體尺寸和其它物理特征并不考慮為限制，除非權利要求另外明確說明。

參照圖1，說明了車輛14的客艙10。車輛14包括駕駛員側區(qū)域18和乘客側區(qū)域22。客艙10的內(nèi)部除例如擋風玻璃36這樣的其它車輛部件外是儀表板26。儀表板26位于客艙10的乘客座椅的車輛前方并且總體在擋風玻璃36的下方。儀表板26具有駕駛員側部40、中控面板部44以及乘客側部48。儀表板26的這些部以及它們內(nèi)部的特定區(qū)域或位置通常具有不同的機械性能要求。

本發(fā)明使用的“外側”指的是最靠近車輛14中的駕駛員側車門52和乘客側車門56的側面或區(qū)域。本發(fā)明使用的術語“內(nèi)側”指的是與外側側面或區(qū)域橫向相對的車輛14內(nèi)側的中心區(qū)域。

儀表板26的駕駛員側部和乘客側部40、48實質(zhì)上靠近車輛14的各自的駕駛員側和乘客側區(qū)域18、22。儀表板26的駕駛員側部40包括由組合儀表罩64覆蓋的組合儀表60。位于組合儀表60下面的是轉向柱68。轉向柱68由儀表板26支撐并與儀表板26的車輛前方的轉向系統(tǒng)(未示出)接合。轉向柱68穿過儀表板26從轉向系統(tǒng)向客艙10延伸。轉向柱68具有設置在車輛14的客艙10中的駕駛員側區(qū)域18中的方向盤72。方向盤72包括在經(jīng)歷足夠的車輛碰撞事件時展開的駕駛員安全氣囊76。就這一點而言，儀表板26的駕駛員側部40會具有嚴格的機械要求，尤其是在必須支撐其它承受可變負荷和運動的車輛部件——例如轉向柱68——的位置。

設置在儀表板26的每個外側的是側面通風裝置80。儀表板26也包括一組位于儀表板26的中控面板部44的中心通風裝置84。儀表板26的中控面板部44位于駕駛員側部40和乘客側部48之間。中控面板部44包括可由車輛14的駕駛員側和乘客側區(qū)域18、22二者的乘員操控的界面88。中控面板部44與儀表板26的駕駛員側部40和乘客側部48二者連接。

圖1中也說明了儀表板26的乘客側部48包括雜物箱總成110和位于總成110之上的乘客安全氣囊總成114。雜物箱總成110包括允許進入雜物箱倉(未示出)的雜物箱門118。在一些實施例中，雜物箱總成110是與儀表板26分離的部件并且在車輛制造過程中被插入和附接。在其它實施例中，總成110的雜物箱倉由儀表板26的儀表板基底120(圖2A)整體形成，并且雜物箱門118是在制造過程中附接的單獨的部件。取決于乘客側部48的結構，可以具有需要額外的機械增強的中心區(qū)域或位置，例如包含或附接于雜物箱總成110的地方。

乘客安全氣囊總成114包括乘客安全氣囊滑槽124(圖2A)，以及其它部件，例如乘客安全氣囊、安全氣囊罐(airbag canister)和氣體發(fā)生器。在車輛碰撞事件過程中，乘客安全氣囊由氣體發(fā)生器(未示出)充氣，從而使得乘客安全氣囊從罐中膨脹穿過乘客安全氣囊滑槽124(圖2A)并離開儀表板26。如果儀表板26沒有適當加固，則安全氣囊的充氣和膨脹在周圍的部件中產(chǎn)生會導致儀表板26的結構損壞的高應力。在一些實施例 中，儀表板26的儀表板基底120(圖2A)也可以包括用于駕駛員側和乘客側區(qū)域18、22二者的乘員的膝部安全氣囊罐，這潛在地需要附加的加固。

現(xiàn)在參照圖2A，儀表板26包括儀表板基底120和加強件150。加強件150位于基底120的車輛前方并在多個點處與基底120連接?；?20和加強件150可以通過粘合、振動焊接、熱板焊接或其它接合形式來連接。加強件150包括駕駛員側部154、中控面板部158以及乘客側部162。加強件150在各自的駕駛員側部和乘客側部154、162上限定了轉向柱孔166和雜物箱孔170。凸緣174位于加強件150的中控面板部158內(nèi)，并向車輛后方延伸，以與基底120的中控面板部180接合和連接。

圖2A也描述了儀表板基底120包括駕駛員側部184、中控面板部180以及乘客側部188?；?20的駕駛員側部184限定了當基底120與加強件150連接時與加強件150的轉向柱孔166相對齊的轉向柱開口192。如圖2A所示，轉向柱68(圖1)穿過轉向柱孔166和轉向柱開口192二者，并通過轉向柱安裝區(qū)域196與基底120附接。轉向柱安裝區(qū)域196位于基底120上靠近轉向柱開口192處。在一些實施例中，轉向柱68的護套可以整體形成于靠近安裝區(qū)域196的基底120中。在其它實施例中，安裝支架或支撐支架可以整體形成于靠近轉向柱開口192的基底120中用于支撐轉向柱68。加強件150與基底120的連接給安裝區(qū)域196提供足夠的強度，并且最終為儀表板26提供足夠的強度，從而無需使用橫梁的情況下來支撐轉向柱68的重量。就這一點而言，基底120的駕駛員側部184中的某些區(qū)域或位置會需要附加的加強件和/或從附加的加強件中受益。

儀表板基底120的中控面板部180包括用于容納和安裝界面88(圖1)以及其它電子部件的電子設備倉200。中控面板部180位于基底120的駕駛員側部和乘客側部184、188之間并整體上與它們連接。取決于部署在中控面板部180中的電子部件和其它部件，在基底120中的這些區(qū)域中的帶有混雜復合材料(hybrid composite)的額外的局部加強件可以提供機械性能和/或重量節(jié)省的效益。

儀表板基底120的乘客側部188限定了用于容納各自的雜物箱總成 110(圖1)和乘客安全氣囊總成114(圖1)的雜物箱開口204和乘客安全氣囊總成開口208。在一些實施例中，基底120可以配置為進一步限定作為整體主體從各自的雜物箱和乘客安全氣囊總成開口204、208延伸的雜物箱倉和/或安全氣囊罐。在其它實施例中，加強件150可以配置為限定雜物箱倉和/或安全氣囊罐?；?20和加強件150也可以配置為限定膝部安全氣囊罐。

結構風道212位于儀表板基底120和加強件150之間。當結構風道212結合到加強件150和基底120時，結構風道212形成中空管，中空管通過儀表板26輸送空氣并且給儀表板提供結構剛性?？諝饨?jīng)過結構風道212輸送至一組基底通風口216，基底通風口216將空氣引導至儀表板26(圖1)的側面和中心通風裝置80、84。與加強件150附接的是與車輛14的防火墻(未示出)連接的集氣室支架220。集氣室支架220阻止儀表板26在車輛的向前和向后方向彎曲。集氣室支架220也可以給與基底120連接的轉向柱68(圖1)提供額外的支撐。

現(xiàn)在參照圖2A，儀表板基底120由根據(jù)本發(fā)明實施例的混雜復合材料形成。在一個示例性實施例中，駕駛員側部184由具有設置在樹脂中的短切碳纖維的尼龍樹脂形成。乘客側部188由具有設置在樹脂中的短切玻璃纖維的尼龍樹脂形成。通常，基底120中的具有較高百分比短切碳纖維的區(qū)域可以具有增強的機械性能(例如韌性、抗拉強度、抗疲勞性)。乘客側部和駕駛員側部184、188內(nèi)的碳纖維體積分數(shù)和玻璃纖維的體積分數(shù)可以在大約1％到大約60％之間，優(yōu)選在大約15％到大約40％之間，并且更優(yōu)選在大約30％到大約40％之間。在一些實施例中，駕駛員側部184中的纖維體積分數(shù)可以不同于基底120的乘客側部188中的纖維體積分數(shù)。在附加的實施例中，基底120的預期承遇高應力的區(qū)域配置為比預期不會承受高應力的區(qū)域包含較高纖維體積分數(shù)的短切碳纖維。例如，安裝區(qū)域196可以比基底120的駕駛員側部184的剩余區(qū)域包含有較高的纖維體積分數(shù)的尤其是短切碳纖維，從而有助于支撐轉向柱68。在另一個示例中，在安全氣囊展開過程中承受高應力的儀表板基底120和加強件150的表面可以包含較高纖維體積分數(shù)。在進一步的實施例中，基底120的駕駛 員側部和乘客側部184、188可以包含兩種以上復合材料。

在一些實施例中，儀表板基底120的駕駛員側部和乘客側部184、188中使用的纖維可以由包括碳、芳綸、金屬鋁、氧化鋁、鋼、硼、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、超高分子量聚乙烯、高堿玻璃(A-glass)、無堿玻璃(E-glass)、無硼無堿玻璃(E-CR-glass)、中堿玻璃(C-glass)、低介電玻璃(D-glass)、R-玻璃(R-glass)以及S-玻璃(S-glass)的材料組成。駕駛員側部和乘客側部184、188也可以包含不只一種類型的纖維。在一些實施例中，短切纖維的長度可以在大約3mm-大約11mm之間，并且更優(yōu)選在大約5mm-大約7mm之間。典型地，駕駛員側部和乘客側部184、188內(nèi)的纖維在樹脂中是無規(guī)定向的。然而，纖維也可以大體上在基底120承受高定向應力的區(qū)域定向對齊。進一步地，駕駛員側部和乘客側部184、188中使用的樹脂可以包含尼龍、聚丙烯、環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯、聚醚醚酮樹脂、聚苯硫醚、聚醚酰亞胺、聚碳酸酯、硅樹脂、聚酰亞胺、聚醚砜、三聚氰胺甲醛樹脂、酚醛樹脂和聚苯并咪唑，或它們的組合。在一些實施例中，駕駛員側部184的樹脂可以不同于基底120的乘客側部188中使用的樹脂。還應當理解的是，加強件150與它的駕駛員側部、中控面板部以及乘客側部154、158、162可以由與以上關于基底120所述的那些材料可比較的混雜復合材料制造，或者完全是單一復合材料。在另一示例中，加強件150的駕駛員側部154可以由具有設置在樹脂中的短切碳纖維的尼龍樹脂形成。乘客側部162可以由具有設置在樹脂中的短切玻璃纖維的尼龍樹脂形成。進一步地，在承受較高應力水平的區(qū)域的樹脂中的纖維——優(yōu)選短切碳纖維——的體積分數(shù)比加強件150的其它區(qū)域或剩余區(qū)域的大。

仍然參照圖2A，短切碳纖維和玻璃纖維在儀表板26的基底120中是分離的，使得碳纖維大體上集中在基底120的駕駛員側部184，并且玻璃纖維大體上集中在基底120的乘客側部188?；?20的中控面板部180大體由短切碳纖維和玻璃纖維二者組成。在一些實施例中，中控面板部180可以主要包括碳纖維或主要包括玻璃纖維。在其它實施例中，主要包含在駕駛員側部184中的碳纖維也可以部分地占據(jù)基底120的乘客側部188。 在進一步的實施例中，主要在駕駛員側部184中的碳纖維也可以占據(jù)承受高應力的部分基底120，無論乘客側或駕駛員側方向。例如，位于基底120或加強件150里面或上面的安全氣囊展開面可以包括用于附加的機械加強的較高百分比的碳纖維?；?20中的纖維——例如短切碳纖維和玻璃纖維——的分離允許基底120在有特別高強度需求的地方有選擇地使用較高強度纖維，例如碳纖維，例如用于支撐轉向柱68。基于相對于車輛14的駕駛員/乘客取向有選擇地使用高百分比的碳纖維，使得通過僅僅在需要的地方有效地使用更昂貴的碳纖維來節(jié)約成本。

在一些實施例中，在儀表板基底120的駕駛員側部和乘客側部184、188之間的界面處存在邊界區(qū)域240。邊界區(qū)域240包括在基底120的駕駛員側部和乘客側部184、188中使用的纖維和樹脂類型的混合物。邊界區(qū)域240內(nèi)的纖維的混合確保在由不同復合材料組成的基底120的部分之間存在整體的連接。在一個實施例中，邊界區(qū)域240可以橫跨或另外包含整個基底120的中控面板部180。在另一個實施例中，邊界區(qū)域240可以僅在基底120的中控面板部和乘客側部180、188之間，或在駕駛員側部和中控面板部184、180之間出現(xiàn)。邊界區(qū)域240也可以位于基底120中存在包含不同纖維分數(shù)、纖維類型和/或樹脂的部分之間的界面的任何地方。在一個示例性實施例中，駕駛員側部184可以具有樹脂中大約30％-40％體積分數(shù)的短切碳纖維，乘客側部188可以具有樹脂中大約30％-40％體積分數(shù)的短切玻璃纖維，以及中控面板部180或邊界區(qū)域240可以具有樹脂中大約15％-20％體積分數(shù)的短切碳纖維和大約15％-20％體積分數(shù)的短切玻璃纖維。在該結構中，通過相對于基底120的其它部分具有高百分比的短切碳纖維，駕駛員側部184尤其被增強。

現(xiàn)在參照圖2B-F所示的實施例，基底120的駕駛員側部被描述為具有設置在第一尼龍樹脂185中的多個第一短切碳纖維186。基底120的乘客側部188被描述為具有設置在第二尼龍樹脂189中的多個第一玻璃纖維190。如上所述，基底120內(nèi)的邊界區(qū)域240包括多個第一短切碳纖維186、多個第一短切玻璃纖維190、第一尼龍樹脂185以及第二尼龍樹脂189的混合物。加強件150包括設置在第三尼龍樹脂194中的多個第二短切碳纖 維193。風道212包括設置在第四尼龍樹脂197中的多個第二短切玻璃纖維195。

根據(jù)一些實施例，除了在樹脂中包含短切纖維的部分之外，儀表板基底120和/或儀表板26的加強件150可以包含一個或多個預成型的纖維墊。預成型的纖維墊可以包括使用與在基底120的駕駛員側部和乘客側部184、188中使用的樹脂相同或不同的樹脂固定在一起的紡織或非紡織纖維。該墊也可包括具有與基底120的駕駛員側部和乘客側部184、188中使用的纖維不同尺寸的纖維。類似地，該墊的纖維可以是連續(xù)的或短切結構。該墊的纖維也可以由具有與基底120的駕駛員側部和乘客側部184、188中使用的纖維的組分相同或不同的組分的材料組成。該墊可以被包含在具有高或低纖維體積分數(shù)的基底120和/或加強件150的區(qū)域中。多個墊可以以不同取向被使用和分層以便進一步提高基底120和/或加強件150在特定位置的機械性能?；?20中用于放置墊的示例性位置包括但不限于：轉向柱安裝區(qū)域196、安全氣囊總成開口208、雜物箱開口204、加強件150和基底120間的連接位置、以及與基底120的其它區(qū)域的應力相比預期經(jīng)受更高應力水平的其它位置。

在一些實施例中，可以通過以下詳細所述的注塑膨脹成型過程使儀表板26的部件(例如，基底120、加強件150、結構風道212)膨脹、起泡沫或做成多孔的。在這樣的實施例中，在部件中使用的樹脂可以包含一種或多種膨脹劑，在將樹脂注入模具之后膨脹劑導致成核并且形成大量氣泡。在其它實施例中，其中將被注入樹脂和纖維的模具充滿了與樹脂混合的氣體膨脹劑。膨脹劑用于在儀表板26的每個部件內(nèi)形成多個氣泡。由一種或多種膨脹劑形成的氣泡可以具有平均尺寸分布或大體上可以是均勻的。氣泡可以形成封閉小室結構、敞開小室結構或遍布整個部件變化的封閉和敞開結構的混合。此外，可以對儀表板26部件的整個部件或僅對有選擇的部分(例如，駕駛員側部、乘客側部或中控面板部)進行通過形成氣泡造成的膨脹。另外地或可供選擇地，可以控制基底120或加強件150的膨脹或孔隙百分數(shù)的梯度。

儀表板26的部件(例如基底120、加強件150、風道212)的膨脹可 以增加大約10％和大約300％之間，以及尤其大約50％到約100％的部件尺寸。通過形成較大和/或較厚的部件，部件的尺寸的膨脹增加了部件的結構剛性。通過增加易受彎曲的部件的尺寸，獲得了剛度的相應的增加。通過減少所用材料的數(shù)量，膨脹部件的使用允許成本和重量節(jié)省，同時保持了高水平的結構剛性。此外，由于膨脹，由較厚部件形成的增加的剛度可以允許使用較少的纖維并且實現(xiàn)成本節(jié)省。

包含碳纖維的混雜復合材料在基底120和加強件150中的使用使得車輛14被設計為和制造為沒有橫梁。常規(guī)橫梁是傳統(tǒng)上用于支撐車輛14的儀表板26和轉向柱68的厚金屬部件。除了給車輛14增加顯著的重量之外，橫梁占用了儀表板26背后的潛在的存儲空間，并妨礙乘客安全氣囊總成和雜物箱總成110的布置。在沒有橫梁的情況下，車輛14可以實現(xiàn)更高的燃油效率，以及對儀表板26及其子總成的增強的設計自由度。

此外，使用注塑膨脹成型以便形成膨脹的結構部件(例如基底120、加強件150和結構風道212)允許車輛的還沒有使用注塑膨脹成型的部分的成本和重量節(jié)省。典型地，注塑膨脹成型用于形成裝飾部件和用于車輛內(nèi)部部分的不易遭受結構負荷的護板。通過注塑膨脹形成的零件中的氣泡或多孔結構通常阻止零件以任何結構方式的使用，這是由于氣泡造成的強度降低。然而，通過使用注塑膨脹成型形成混雜復合材料部件，該部件可以被用作車輛的結構元件，同時仍然發(fā)揮通過注塑膨脹成型提供的成本和重量減少的優(yōu)勢。

現(xiàn)在參照圖3，說明了根據(jù)一個實施例的注塑成型系統(tǒng)300的示意性代表，其包括加熱器302、泵304、控制器308、模具312和一對注塑管線316。加熱器302熔化第一復合材料230和第二復合材料234，并且泵304對熔化的第一和第二復合材料230、234增壓并迫使熔化的第一和第二復合材料230、234穿過注塑管線316并通過連接口320進入模具312。泵304能夠產(chǎn)生允許第一和第二復合材料230、234在高壓力和速度下被注入模具312的高流體壓力。每個注塑管線316與模具312上的其中一個連接口320接合使得第一和第二復合材料230、234可以在不同位置進入模具312。在系統(tǒng)300的一些實施例中，多于兩種的復合材料可以被注入模具 312。在這些結構中，注塑成型系統(tǒng)300可以包括用于每種材料的獨立的注塑管線316，并且模具312可以包含用于每種額外的注塑管線316的獨立的連接口320。在使用注塑膨脹成型的實施例中，系統(tǒng)300可以包括氣體系統(tǒng)(未示出)，氣體系統(tǒng)用于使氣體膨脹劑混合并且溶解到第一和第二復合材料230、234。

當固化時，圖3中的第一和第二復合材料230、234適于形成最終部件，例如儀表板基底120、加強件150和結構風道212。第一復合材料230包括在第一樹脂內(nèi)的第一纖維材料。類似地，第二復合材料234包括在第二樹脂內(nèi)的第二纖維材料。因此，第一和第二纖維材料和第一和第二樹脂可以由任何結合儀表板基底120、加強件150或結構風道212公開的各自的纖維和樹脂組成。

再次參照圖3，模具312具有A板324和B板328，每個板限定了大約二分之一個模具312的型腔332。A板324包括連接口320，第一和第二復合材料230、234通過該連接口320進入模具312。A和B板324、328的每個包含大約二分之一個最終車輛部件(例如結構風道212、基底120、加強件150等)的壓痕，使得當關閉模具312時，負壓痕限定具有接近最終部件的尺寸的模具型腔332。在一些實施例中，模具312可以包括鑲塊和/或子組件以幫助最終部件的形成。在使用注塑膨脹成型的實施例中，模具312被設計為當型腔332保持加壓時可以分離A板324和B板328。

如圖4A所示，當模具312配置為形成基底120時，其具有適于形成基底120的各部184、180、188(圖2A)的駕駛員側部336、中控面板部340和乘客側部344。在注入熔化的第一和第二復合材料230、234的過程中，合模壓力施加于模具312上使得A板324和B板328壓靠在一起。作用于模具312上的力阻止基底120上發(fā)生模具分離和飛邊。當處于圖5A中說明的關閉狀態(tài)時，模具312可以通過分離A板324和B板328打開。當模具312處于打開狀態(tài)時，基底120可以被排出，然后可以清洗模具312和型腔332。使用模具312的注塑成型系統(tǒng)300可以以上述的同樣的方式用于形成加強件150、集氣室支架220、風道212或各種其它適合由混雜復合材料制造的車輛部件。

現(xiàn)在參照圖6，提供了配置為形成最終部件——例如儀表板26的基底120——的方法360的原理圖。方法360包括六個主要步驟，編號步驟364、368、372、374、376和380。方法360開始于準備第一和第二復合材料230、234的步驟364，緊跟著是準備注塑成型系統(tǒng)300的步驟368。然后進行將第一和第二熔化的復合材料230、234注入模具312的型腔332的步驟372。進行打開模具和使復合材料230、234膨脹的步驟374。然后進行冷卻熔化的第一和第二復合材料230、234形成最終部件——例如儀表板26的基底120——的步驟376。最后進行將最終部件從模具312移除的步驟380。

參照圖4A-6，步驟364涉及在加熱器302中將第一和第二復合材料230、234加熱至足以熔化樹脂組分的溫度。隨著樹脂的熔化，泵304能夠推動熔化的第一和第二復合材料230、234穿過注塑管線316并通過連接口320進入模具312的型腔332。第一和第二復合材料230、234——尤其當包含尼龍樹脂時——可以在100℃-400℃之間的溫度被注入，更優(yōu)選在210℃-275℃之間的溫度被注入。典型地使熔化的第一和第二復合材料230、234過熱至足夠高的溫度，以阻止它們在到達型腔332之前在注塑管線316中過早固化。這里使用的術語“過熱”指的是第一和第二復合材料230、234的熔化溫度和注入溫度之間的溫度差。過熱也是必需的，以確保第一和第二復合材料230、234具有足夠低的粘度進入型腔332的狹窄的區(qū)域。對于復合材料230、234，過熱可以在10℃-50℃之間。根據(jù)選擇用于復合材料230、234的組分、模具312的幾何結構以及其它條件，其它注入溫度和過熱條件可以是合適的。

在使用注塑膨脹成型的方法360的實施例中，步驟364還可以包含通過加入膨脹劑來準備第一和第二復合材料230、234?？梢砸愿鞣N方式將膨脹劑加入到第一和第二復合材料230、234。在一個實施例中，可以提供具有已經(jīng)混合在第一和第二復合材料230、234中的化學膨脹劑的固體的第一和第二復合材料230、234?？梢允褂玫氖纠曰瘜W制劑包括肼、碳酸氫鈉和氮基材料。在其它實施例中，系統(tǒng)300可以包括配置為在壓力下將液化氣體混合到熔化的第一和第二復合材料230、234以便用作膨脹劑的氣體系統(tǒng)。氣體可以在加熱器302的下游被混合到第一和第二復合材料230、 234以便氣體可以溶解到熔化的復合材料230、234。用于膨脹劑的示例性氣體可以包括氮、二氧化碳以及與第一和第二復合材料230、234不起反應的其它氣體。

準備注塑成型系統(tǒng)300的步驟368可以包括例如預加熱模具312、引導注入管線316，啟動氣體系統(tǒng)和/或將預裝配的一個或多個纖維墊放置到模具312的型腔332中。注入第一和第二復合材料230、234的步驟372可以具有5秒至30秒之間——更優(yōu)選10秒至20秒之間——的持續(xù)時間。其它持續(xù)時間可以適合于更復雜的模具型腔332的幾何結構和/或復合材料230、234的較低熔化粘度的組分。在一些實施例中，可以同時發(fā)生熔化的第一和第二復合材料230、234的注入，而在其它實施例中，分別注入每種復合材料。在注入步驟372過程中，熔化的第一和第二復合材料230、234被注入到各自的模具312的駕駛員側部和乘客側部336、344(參見圖5A)，從而使得纖維在最終部件——例如基底120——里面的實質(zhì)上分離。復合材料230、234也可以在型腔332的其它點被注入，來建立需要的分離或其它性能。在一些實施例中，可以在第一和第二復合材料230、234之前將氣體注入到模具312以用作膨脹劑。

特別參照圖4A，其說明了在將第一和第二復合材料230、234注入模具312的型腔332的步驟372過程中的配置為生產(chǎn)基底120的模具312的橫截面。通過一系列澆口(未示出)注入第一和第二復合材料230、234。通過將第一和第二復合材料230、234注入到各自的型腔332的駕駛員側部和乘客側部336、344來填充型腔332。一旦進入模具312，熔化的第一和第二復合材料230、234流暢地朝向彼此流過型腔332。一個或多個通風裝置可以在鄰近中控面板部340或其中第一和第二復合材料230、234相匯的其它區(qū)域處被合并到模具312，以便可以從模具312排出空氣。

現(xiàn)在參照圖4B，在型腔332的預定位置，熔化的第一和第二復合材料230、234繼續(xù)朝向彼此流動并結合形成邊界區(qū)域240。邊界區(qū)域240包括來自第一和第二復合材料230、234的纖維和樹脂的混合物，并可以具有1mm到50mm之間的寬度。通過設計模具312、注塑成型系統(tǒng)300的工藝參數(shù)以及選擇用于第一和第二復合材料230、234的特定組分來控 制邊界區(qū)域240的位置和寬度。工藝參數(shù)可以由控制器308(圖4)控制。在一個示例性實施例中，在注入步驟372過程中可以將多于兩種的具有不同組分的復合材料注入到型腔332。在該結構中，在每個復合材料之間有邊界區(qū)域240，使得每個邊界區(qū)域240具有與其它的邊界區(qū)域不同的組分。一旦冷卻和固化第一和第二復合材料230、234，邊界區(qū)域240內(nèi)的樹脂和纖維的混合物在第一復合材料230和第二復合材料234之間建立了整體連接，從而將基底120或其它最終部件保持在一起。

特別參照圖5A和5B，通過將A板324和B板328分開一預定距離來完成打開模具312的步驟374，以便使型腔332膨脹到儀表板26部件的最終所需的尺寸。典型地，打開距離在大約0.1mm到大約10.0mm的范圍，以及尤其在大約1.0mm到大約4.0mm之間。當打開模具312時，由于施加于模具312的壓力的變化和型腔332的體積的變化，第一和第二復合材料230、234中存在的膨脹劑迅速產(chǎn)生氣泡。當氣泡在第一和第二復合材料230、234的樹脂內(nèi)產(chǎn)生時，所形成的儀表板26部件(例如基底120、加強件150、結構風道212)的體積增加并且導致部件尺寸相應的增加。存在的足夠數(shù)量的膨脹劑使得第一和第二復合材料230、234膨脹并且充滿增大的型腔332。應當注意的是在其它實施例中，可以從模具312釋放合模壓力，以允許通過第一和第二復合材料230、234的膨脹來分離A板324和B板328。

再次參照圖4-6，當模具312冷卻時，發(fā)生冷卻熔化的第一和第二復合材料230、234以便形成最終部件(例如基底120)的步驟376。模具312可以被水冷卻或可以被空氣冷卻以便促進最終部件的固化。在固化基底120之后，打開模具并且通過致動一系列頂桿(ejection pin)(未示出)來進行移除最終部件的步驟380，以便從模具312的B板328排出最終部件的。

應當理解的是在沒有脫離本發(fā)明的構思的情況下可以對上述結構作出改變和變化。例如，本發(fā)明的混雜復合材料及其制造方法可以同樣適用于機動車輛的格柵。例如，混雜復合材料格柵的附著點需要以短切碳纖維形式的額外加強。進一步應當理解的是這樣的構思旨在被以下權利要求覆 蓋，除非這些權利要求通過它們的文字明確另外說明。