本發(fā)明涉及由基于一種或多種(熱塑性)塑料化合物的材料制成的機(jī)動車輛部件的制造。本發(fā)明特別地涉及一種能夠制造機(jī)動車輛部件、尤其是車身部件的方法。
背景技術(shù)：
機(jī)動車輛可能會包括眾多由塑料制成的部件，這些部件通常通過借助于注射的模制工藝來實(shí)現(xiàn)，并包括一個或多個插件。這些插件是預(yù)成型件，其并入所述被模制的部件和/或與所述被模制的部件聯(lián)結(jié)一體，其一般用于加強(qiáng)所述被模制的部件和/或之后固定機(jī)械元件。這些插件可以由鋼、鋁制成或由復(fù)合塑料材料制成。所獲得的部件可以是所涉及的機(jī)動車輛的結(jié)構(gòu)性或半結(jié)構(gòu)性部件。由此，部件的包覆模制不是通過插件與并入該插件的層的同時注塑獲得。然而，該包覆模制可以通過相繼的注塑實(shí)現(xiàn)。該包覆模制也可以通過使用多個不同的模具實(shí)現(xiàn)，這些模具每個都具有模腔；該包覆模制還可以通過使用具有可動旋轉(zhuǎn)模具部分的單一模具(具有多個可旋轉(zhuǎn)模腔的模具)來實(shí)現(xiàn)，該單一模具包括至少2個不同的模腔，并能夠在同一次注塑期間同時實(shí)現(xiàn)被包覆模制的部件和插件。
顯然，對于所生產(chǎn)的部件的質(zhì)量，非常重要之處在于確保插件與并入該插件或該插件附接于其上的塑料材料之間良好的固定連接，其中所述塑料材料由于最經(jīng)常使用的制造技術(shù)，通常稱作“包覆模制材料”。該固定連接可以是機(jī)械連接。例如如果插件被穿孔，包覆模制的材料蠕動到孔中，產(chǎn)生鉚釘類型的連接。
該固定可以是接觸表面的粘附。例如，諸如樹脂或膠合劑的化學(xué)粘結(jié)劑可尤其被施加在插件的接觸表面上。例如，dupont公司的專利(專利公開號為ep1313780b1)描述了一種由聚丙烯制成的材料，在該材料上接枝有馬來酸酐(am)分子。該材料由于其流變特性(這些流變特性不允許該材料在注塑機(jī)上被直接注射)不能夠被用作包覆模制材料。而且，該材料的機(jī)械強(qiáng)度對于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性或半結(jié)構(gòu)性的部件過小。
這些機(jī)械或化學(xué)固定連接方式經(jīng)常是復(fù)合部件的脆弱點(diǎn)，尤其是在機(jī)動車輛情況下由沖擊產(chǎn)生的受力期間。
粘附也可通過插件和包覆模制部的材料之間的化學(xué)反應(yīng)過程實(shí)現(xiàn)。在該情況下，只有在兼容的插件與包覆模制材料之間才能獲得令人滿意的粘附，即具有相同的化學(xué)性質(zhì)(pp/pp、pa/pa)和/或通過將材料熔融。由此，包括一個或多個插件的復(fù)合部件的制造要求：要么有額外的步驟(例如加熱、膠合、穿孔、表面處理)，要么限制構(gòu)成插件和包覆模制材料的材料性質(zhì)方面的可行的(兼容的)選擇和組合。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于通過在塑料插件上包覆模制來制造復(fù)合部件的方法來解決一個或多個這些缺陷。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，所述方法涉及通過包覆模制來制造機(jī)動車輛復(fù)合部件，所述包覆模制在包含塑料第一材料的插件的至少一個表面上包覆模制熱塑性第二材料的層，所述方法包括以下相繼的步驟：
a)將所述插件定位在模具中的定位步驟，和
b)將所述熱塑性第二材料模制，優(yōu)選地注射模制，到所述插件上的模制步驟；
所述第一和第二材料中的至少一個包含添加劑，所述添加劑包括聚合物，在該聚合物上接枝有羧酸酐單體。
由此能夠在化學(xué)不兼容的、不同性質(zhì)的材料之間制造具有插件的復(fù)合部件，其中該插件的材料是不熔融的(不可變形的)。該方法能夠?qū)⒉寮c包覆模制材料之間粘合的步驟合并到通過模制來成型所述復(fù)合部件的步驟。由此，復(fù)合部件可以僅通過包覆模制一個操作來制造，該包覆模制可借助于注射或借助于壓縮來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法還能夠更好地使包覆模制材料(即“第二材料”)與機(jī)動車輛部件所期望的要求相匹配，諸如楊氏模量(例如通過改變填料的類型或比率)和/或抗沖擊性(例如通過改變彈性體的比率)和/或流變特性(例如通過選擇塑料基質(zhì)的性質(zhì)或等級)。由此，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方面，第一材料和第二材料是不同性質(zhì)的材料，優(yōu)選地，當(dāng)它們處于注射模制典型的壓強(qiáng)和溫度條件下時，不易于以令人滿意的方式彼此粘附。令人滿意的粘附可由國際標(biāo)準(zhǔn)astmd5868定義。
有利地，所述第一和第二材料分別基于聚酰胺和基于聚丙烯，或者相反。
所述包覆模制材料是塑料材料。優(yōu)選地，該材料被選擇為能夠作為注射模制的對象。由此，該材料可有利地基于聚烯烴，所述聚烯烴在由聚丙烯(pp)、高或低密度的聚乙烯(pe)、和/或丙烯和乙烯的共聚物構(gòu)成的集合中選擇。這些材料可以是初始的或循環(huán)利用的。
術(shù)語“基于”是指一種材料包含至少50重量％的同一成分，該成分緊接著該術(shù)語之后。
優(yōu)選地，所述塑料材料包括相對于包覆模制材料總重量至少60％的聚丙烯，更具體地至少70重量％、優(yōu)選地至少80重量％的烯烴。
包含在第一和/或第二材料中的添加劑還包括至少一種、優(yōu)選地多種(例如兩種)添加劑。該添加劑在由這樣的聚合物構(gòu)成的集合中選擇：在這些聚合物上接枝有羧酸酐、更具體地馬來酸酐以及它們的衍生物的單體。該聚合物可以是性質(zhì)或結(jié)構(gòu)與形成其添加于其中的材料基質(zhì)的聚合物相似或相同的聚合物。有利地，這些聚合物在由聚丙烯、高或低密度的聚乙烯(pe)、丙烯和乙烯的共聚物、和/或基于諸如苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrèneethylènebutadiènestyrène，sebs)(聚苯乙烯-b-聚(乙烯-丁烯)-b-聚苯乙烯)的苯乙烯嵌段共聚物(copolymèresblocsstyréniques，tps)的熱塑性彈性體構(gòu)成的集合中選擇。
優(yōu)選地，該或這些添加劑相對于所述材料的總重量以0.1-25質(zhì)量％、有利地2-25質(zhì)量％、更具體地0.1-20質(zhì)量％、例如2-20質(zhì)量％的比例存在。有利地，該比例大約為10質(zhì)量％±2％。
當(dāng)添加劑包括sebs時，其可以有利地相對于材料的總質(zhì)量以0.1-10質(zhì)量％的比例存在。
當(dāng)添加劑包括接枝pp時，其可以有利地相對于材料的總質(zhì)量以2-25質(zhì)量％的比例存在。
根據(jù)本發(fā)明的一個尤其優(yōu)選的實(shí)施方式，所述添加劑包括或由sebs和馬來酸單體接枝的pp的混合物構(gòu)成。這些組成成分相對于材料的總質(zhì)量的相對比例可以分別大約為0.1質(zhì)量％和15質(zhì)量％。
根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，第二材料(即包覆模制材料)包括所述添加劑。
優(yōu)選地，包覆模制材料包括無機(jī)或有機(jī)填料，例如石英、云母、高嶺土、磷酸鈣、長石、塊滑石、白堊、滑石、合成硅石的碳黑、硫酸鋇、鋇鐵氧體(laferritedebaryum)、木粉或水果皮粉、紙漿、玻璃纖維、碳纖維、很經(jīng)常使用的空心玻璃微小珠、合成硅石、納米粘土、亞麻等，以及這些材料的混合物。
該填料可以根據(jù)填料的性質(zhì)相對于包覆模制材料的重量從1至49.9重量％變化，例如從3至30重量％、更特別地從1至40重量％。優(yōu)選地，該填料相對于包覆模制材料總重量的重量比包含在5-40重量％、優(yōu)選地5-30重量％，例如10重量％、并優(yōu)選地12重量％。
優(yōu)選地，填料包括無機(jī)填料，尤其是滑石。
同樣有利之處在于，包覆模制材料包括彈性體材料，例如epr(ethylenepropylenerubber，即乙烯丙烯橡膠)類型的共聚物，其可以以包覆模制材料的總質(zhì)量的5-35質(zhì)量％的比例存在。乙烯丙烯橡膠的量有利地相對于塑料材料的總重量為5-15重量％、優(yōu)選地為10重量％。
包覆模制材料也可以包括諸如比例為0.5質(zhì)量％的碳黑的染色劑。
第二材料(即包覆模制材料)因此可包括或由丙烯/乙烯共聚物和/或彈性體和/或無機(jī)填料(例如滑石)構(gòu)成。有利地，所述包覆模制材料包括或由聚丙烯、聚乙烯、滑石和乙烯丙烯橡膠和添加劑組成的混合物構(gòu)成。包覆模制材料的聚丙烯的量有利地相對于所述材料的總重量為至少50重量％。乙烯丙烯橡膠的量有利地相對于塑料的總重量為5-15重量％、優(yōu)選地為10重量％。
優(yōu)選地，所述復(fù)合部件的包覆模制層是由這樣的聚合物制成的，該聚合物包括或由基于丙烯聚乙烯的p/e共聚物構(gòu)成，該共聚物包括12質(zhì)量％的滑石、10質(zhì)量％的epr類型的彈性體材料、0.2-0.5質(zhì)量％的sebs、5-10質(zhì)量％的與馬來酸酐單體接枝的聚丙烯。
優(yōu)選地，插件和/或包覆模制材料基本上不包含金屬離子。例如，該材料包括少于3％的被一個或多個金屬離子中和的羧酸官能團(tuán)。
優(yōu)選地，包覆模制材料可以通過標(biāo)準(zhǔn)擠出成型工藝來制造，在該工藝中，基礎(chǔ)聚合物被軟化或液化，然后與預(yù)定比例的其它成分混合，之后被擠出成型，并可能地經(jīng)過造粒步驟以獲得固態(tài)粒料。有利地，這些粒料可以在制造復(fù)合部件期間被直接使用。替代地，包覆模制材料也可以在模制復(fù)合部件期間獲得，這通過其各個成分以所要求的比例在模制設(shè)備的注射壓機(jī)的螺桿中添加與混合來實(shí)現(xiàn)。
插件優(yōu)選地是包括塑料材料的部件，該塑料材料有利地基于聚酰胺，諸如聚己內(nèi)酰胺(lespolycaprolactames)：[nh-(ch2)5-co]n(pa6)和聚己二酰己二胺(lespolyhexaméthylèneadipamides)：[nh-(ch2)6-nh-co-(ch2)4-co]n(pa-6,6,)。形成插件的整個或一部分的塑料材料(即第一材料)也可以基于聚丙烯和/或聚乙烯。該部件可以包括如上所述的無機(jī)或有機(jī)填料。
當(dāng)插件具有結(jié)構(gòu)性、半結(jié)構(gòu)性、或加強(qiáng)功能時，填料可包括或由能夠確保這樣的功能的材料(例如玻璃纖維或碳纖維)構(gòu)成。該填料的比例可相對于由此加強(qiáng)的插件材料的總質(zhì)量從10至95質(zhì)量％、優(yōu)選地從15至90質(zhì)量％、有利地從20至85質(zhì)量％、更具體地從75至85質(zhì)量％變化。
如前所述，插件的形狀和功能可以是多種的。根據(jù)一個具體實(shí)施方式，插件可以是用于布置在機(jī)動車輛保險杠后方的梁的剛性部分。這樣的梁能夠支撐保險杠并承受沖擊期間的變形。梁因此一般包括剛性部分(插件)和更具柔性的部分(模制材料)。剛性部分提供高速沖擊下的支承與限制變形。更具柔性的部分更特別地用于吸收低速下的沖擊。傳統(tǒng)地，剛性部分會定位在前部，即與保險杠接觸，柔性部分則被定位在剛性部分與車輛的鋼制車身之間。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的定位插件的步驟期間，該插件不處于熔融狀態(tài)和/或處于環(huán)境溫度和/或不經(jīng)受預(yù)加熱。
有利地，插件不被加熱，或被加熱到小于所述第一材料的熔融點(diǎn)的溫度。例如，由填充有玻璃纖維的pa制成的插件當(dāng)其布置到模具中時的溫度是環(huán)境溫度或可以達(dá)到180℃，例如50-180℃。加熱可以通過應(yīng)用紅外線燈來實(shí)現(xiàn)。
為了進(jìn)一步改善插件的外表面與包覆模制材料之間的粘附，可行的是實(shí)施一個或多個通過化學(xué)或機(jī)械方式對該表面處理的預(yù)先步驟。
一個能夠增強(qiáng)粘附性的化學(xué)表面處理例子是火燒處理(flammage)，其中接受處理的表面經(jīng)受火焰的施加。該火燒處理步驟在本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域中是已知的，并可以借助于天然氣燃燒器在略微氧化或非氧化的條件下實(shí)現(xiàn)。
一個能夠增強(qiáng)粘附性的對插件的表面物理處理的例子是施加打磨
本發(fā)明還涉及一種復(fù)合部件、尤其是機(jī)動車輛部件，其包括插件和第二塑料材料的層，所述插件包括或由第一塑料材料構(gòu)成，所述復(fù)合部件的特征在于，所述第一和第二材料中的至少一個包括添加劑，所述添加劑包括其上接枝有羧酸酐單體的聚合物。形成所述復(fù)合部件的材料及其分別的比例可以是在本申請中所述的那樣的。根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方式，所述復(fù)合部件包括介于插件與第二材料之間的粘附表面，該表面基本上不包括構(gòu)成第一和第二材料的材料之外的其它材料。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合部件可采用各種形狀、尤其是用于機(jī)動車輛制造的部件的形狀。優(yōu)選地，該部件是像梁(例如保險杠梁)那樣的結(jié)構(gòu)性或半結(jié)構(gòu)性部件。
本發(fā)明還涉及一種通過本發(fā)明的方法直接獲得的復(fù)合部件、尤其是機(jī)動車輛部件，以及包括所述部件的機(jī)動車輛。
本發(fā)明的另一主題在于一種優(yōu)選地為熱塑性塑料的塑料組合，其包括聚合物和接枝添加劑，如在本申請中所述的那樣。該組合優(yōu)選地是能夠被注射的，并用于注射模制工藝中，尤其是用于制造機(jī)動車輛部件。
本發(fā)明的另一主題在于將所述塑料組合用于所述復(fù)合部件、尤其是機(jī)動車輛復(fù)合部件的制造中。
附圖說明
閱讀示例性地提供的、不具有任何限制性的附圖，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中；
圖1是示意圖，其示出了用于測試根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合部件的材料的粘附性的試樣相應(yīng)的位置。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的包覆模制材料如下地制成：
在標(biāo)準(zhǔn)雙螺桿擠出機(jī)中，將比例分別為p/e80/20的聚丙烯/乙烯共聚物粒料倒入進(jìn)料料斗。該擠出機(jī)允許在初始聚合物已經(jīng)熔融時在擠出路徑的大約三分之一處添加各種化合物。由此添加：
-質(zhì)量比12％的滑石；
-質(zhì)量比10％的epr(saudibasicindustriescorporation(sabic)公司銷售的pp108mf10，該公司地址為lemonge–22placedesvosges,ladéfense5,92979parisladéfensecedex,france)；
-質(zhì)量比0.2％的、接枝有馬來酸酐的sebs(kratonfg1901g類型)；以及
-質(zhì)量比10％的、接枝有am的pp，orevacca100類型。
kratonfg類型的聚合物是通過添加馬來酸酐而接枝的聚合物。這些聚合物的接枝率大約為質(zhì)量比1.0至1.7％。這些聚合物由kratonperformancepolymerinc公司銷售，該公司的地址是15170johnfkennedyblvd,houston,tx77032,etats-unis。
聚合物
在擠出機(jī)輸出處通過造粒獲得的粒料(溫度大約220℃)因此包含以上給出的％。
根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合部件的制造：
制造用于設(shè)置在機(jī)動車輛保險杠后方的復(fù)合梁。
通過擠壓拉伸制造由pa-6pa聚酰胺制成的部件或梁。該部件包含質(zhì)量比80％的玻璃纖維。該插件在表面處被加熱到150℃，并被布置在用于制造機(jī)動車輛部件的標(biāo)準(zhǔn)類型的注射模具中。
前述包覆模制材料被倒入料斗，以供給塑化螺桿(蝸桿類型)。該材料經(jīng)由塑化套被加熱并控溫在250℃，以能夠轉(zhuǎn)變至熔融狀態(tài)(可變形的)。
該材料被送到塑化螺桿前部，以被分配劑量并在高壓下注射到模具內(nèi)部，該模具具有所期望的部件形狀。該材料被直接注射到插件的被模具暴露的表面上。模具被調(diào)節(jié)到小于轉(zhuǎn)變溫度、即大約40到50℃的溫度。保持壓強(qiáng)10至20秒(在本例中，10秒)，以在材料冷卻期間緩解材料的收縮。將部件冷卻數(shù)秒，然后脫模。
由此，該復(fù)合梁是直接從注射模具脫出而獲得的，其包括更具剛性的部分(插件)和通過包覆模制直接固定到該插件上的更具柔性的部分。這兩個構(gòu)件彼此之間的粘附滿足所要求的標(biāo)準(zhǔn)。例如，當(dāng)沖擊測試之后包覆模制的梁與包覆模制材料之間無剝離時，則可判斷粘附是令人滿意的。
一種能夠應(yīng)用于確保復(fù)合部件的粘附性的規(guī)范在于在試樣(滑片)上實(shí)施剩余搭接剪切應(yīng)力國際標(biāo)準(zhǔn)測試(“l(fā)apsheartest”，搭接剪切試驗(yàn))，如標(biāo)準(zhǔn)astmd5868那樣的測試。試樣用與復(fù)合部件的材料相同的材料制成。所用部件的形狀在圖1中示出。
由此，尺寸為125x25mm并且厚度為2mm的pa矩形試塊1被置入模具中，該矩形試塊包括質(zhì)量比為83％的玻璃纖維。注射根據(jù)本發(fā)明的、包括與馬來酸酐接枝的聚合物的塑料混合物。所用壓機(jī)為200t的，模制溫度為80℃。包覆模制的部件是具有與試塊1相同的125x25mm尺寸但厚度為3mm的矩形試塊2。如圖1所示的那樣，包覆模制僅表現(xiàn)為試塊的一個表面的覆蓋。覆蓋面積為25x25mm。然后，這些試塊經(jīng)由拉伸機(jī)在13mm/mn的速度下經(jīng)受拉伸測試。應(yīng)力數(shù)值必須大于1mpa。測試必須成功地至少重復(fù)5次。
本發(fā)明不限于所說明的實(shí)施方式，其它實(shí)施方式對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的。尤其可行的是使用其它塑料材料來制造插件或制造可能的能夠與前述材料一起注射的注塑材料。該材料可以在基于或包括聚酯、環(huán)氧或乙烯基酯(ve)的熱固性材料中選擇。該材料也可以在聚烯烴(例如由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)構(gòu)成的集合中的)、聚酰胺(諸如聚己內(nèi)酰胺：[nh-(ch2)5-co]n(pa-6)和聚己二酰己二胺：[nh-(ch2)6-nh-co-(ch2)4-co]n(pa-6,6,))、聚碳酸酯(pc)、高密度聚乙烯(pe-hd)、低密度聚乙烯(pe-ld)、晶形或非晶形的聚(對苯二甲酸乙二酯)(pet)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、聚丙烯(pp)、“晶體”聚苯乙烯(ps)、剛性聚氯乙烯(pvc)及其它們的混合物中選擇。也可以考慮使用壓縮而不是注射作為模制方式。該替代方案使用預(yù)浸漬材料，諸如樹脂(也稱作基質(zhì))預(yù)浸漬的織物，該材料被施加到插件上并被模制。