專利名稱：塑料復(fù)合構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塑料復(fù)合構(gòu)件，其包括至少兩個由不同材料例如金屬和塑料、不同的金屬或不同的塑料構(gòu)成的平板形工件，它們在其邊緣區(qū)域中相互連接，其特點(diǎn)是，所述工件的連接部由成型的熱塑性塑料構(gòu)成。
由不同材料制成的平板形部件的形狀配合連接是通過使熱塑性材料變形實(shí)現(xiàn)的。
該復(fù)合構(gòu)件在不同領(lǐng)域中完成不同的技術(shù)功能。例如它在功能性區(qū)域中使高強(qiáng)度的、耐高溫的和適于KTL(陰極鍍層)的部件與準(zhǔn)確切割工件相連。
在實(shí)際中應(yīng)用的復(fù)合構(gòu)件或半成品包括例如平板狀復(fù)合構(gòu)件，其中例如兩塊金屬板借助一個在其中間的塑料或塑料泡沫相連而形成夾層板結(jié)構(gòu)(參見EP 489 320 A1，EP 285 974 A1和EP 547 664 A2)。此外，存在一種制造具有外置板件和內(nèi)置肋結(jié)構(gòu)的復(fù)合板的方法(參見EP775 573A 2)。還有一種通過在模具中組合進(jìn)行加壓和注塑而使板件相連的方法(EP 721 831 A1)。還公開了塑料/金屬復(fù)合構(gòu)件，其中金屬板通過肋結(jié)構(gòu)來支承(EP 370 342 A3)。
這種在現(xiàn)有技術(shù)中常見的或在文獻(xiàn)中描述的復(fù)合構(gòu)件和復(fù)合件半成品是根據(jù)這樣的要求來設(shè)計(jì)的，即在整個構(gòu)件上獲得均勻的高強(qiáng)度和剛性或者隔音和隔熱的效果。
然而，某些特殊應(yīng)用場合要求，如在板件的情況下，必須在板件的不同位置上滿足不同的技術(shù)特性。這可能意味著，即可以在半塊板上要求隔音和隔熱效果并僅僅通過該構(gòu)件的另一半來實(shí)現(xiàn)與其它獨(dú)立構(gòu)件或結(jié)構(gòu)元件的連接或?qū)崿F(xiàn)孔的封閉。如果在這種情況下，例如應(yīng)用傳統(tǒng)的復(fù)合板件，則該構(gòu)件在功能方面整體超出規(guī)定并進(jìn)而導(dǎo)致制造困難或成本高。
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種如前言所述類型的復(fù)合構(gòu)件，它在構(gòu)件的不同區(qū)域中兼顧到了構(gòu)件要分別完成的功能所需的特殊的聲學(xué)性能、機(jī)械性能、光學(xué)性能或其它材料性能。
按照本發(fā)明，上述任務(wù)是如此完成的，即設(shè)置一個構(gòu)件，其包括至少兩個不同的由不同材料構(gòu)成的區(qū)域，它們通過使熱塑性塑料變形而形狀配合地相互連接。
本發(fā)明的主題是一種塑料復(fù)合構(gòu)件，其包括至少兩個平板形的、由不同材料且尤其是不同金屬、不同塑料或金屬件和塑料件構(gòu)成的工件，它們在其邊緣區(qū)域中相互連接，其特征在于，該連接件由成型的且尤其是注塑成型的熱塑性塑料構(gòu)成，并且尤其是至少一個工件在連接件區(qū)域中被該熱塑性塑料穿透地或形狀配合地包封住。
作為適用的高強(qiáng)度金屬材料，可以考慮鋼、鋁、鎂。該工件也可以由陶瓷、熱固性塑料或塑料合成材料構(gòu)成。
作為用作工件材料和連接件材料的熱塑性塑料，可以考慮非強(qiáng)化的或強(qiáng)化的且或許加有填料的塑料，如聚酰胺且尤其是聚酰胺-6、聚酰胺-6.6、聚酰胺-12、聚酰胺-11，或聚酯且尤其是聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯，或聚烯烴且尤其是聚丙烯、苯乙烯共聚物，尤其是SAN(苯乙烯-丙烯腈)樹脂或ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)樹脂或聚碳酸酯、聚環(huán)氧丙烷、聚苯硫醚、聚酰亞胺、PSO或PEEK(聚醚醚酮)或上述塑料的可能的混合物。
該復(fù)合構(gòu)件是在大多數(shù)情況下都成平板形的復(fù)合構(gòu)件，它也可以包括線形的或點(diǎn)形的功能元件。優(yōu)選在可能與其它構(gòu)件相連的潛在連接件上設(shè)置有限的接縫區(qū)域，該接縫區(qū)域在結(jié)構(gòu)形狀、位置和尺寸以及在材料上都有設(shè)置成是可變化的。
在該復(fù)合構(gòu)件的一個優(yōu)選結(jié)構(gòu)方案中，該復(fù)合構(gòu)件的一個或多個工件在連接件的區(qū)域中具有缺口或空腔，被注入的熱塑性塑料流過該缺口或空腔并形成工件的形狀配合連接。
該復(fù)合構(gòu)件的一個特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)方案的特征在于，其中一個工件由與應(yīng)用位置的材料相同的熱塑性塑料構(gòu)成。
在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，其中一個工件由一種合成橡膠且尤其是熱塑性合成橡膠構(gòu)成。這種構(gòu)件例如可以通過基本上已公知的雙組分注塑技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選該合成橡膠為熱塑性聚烯烴和熱塑性聚氨酯。
如果需要，在本發(fā)明的一個優(yōu)選結(jié)構(gòu)方案中，該構(gòu)件的工件中的一個為屏蔽電磁性輻射而由一與其它非金屬工件相連的金屬構(gòu)成。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)件的工件將被連接在一個與該復(fù)合構(gòu)件不同的結(jié)構(gòu)或其它構(gòu)件上時，可以根據(jù)適用于此的接縫技術(shù)或連接技術(shù)來自由選擇該工件。
如果根據(jù)本發(fā)明的塑料復(fù)合構(gòu)件例如要與一個鋼框架焊接時，則鄰接此框架的工件是一塊可焊接的鋼板。
這樣就能實(shí)現(xiàn)，在不同位置上用完全不同的連接技術(shù)將本發(fā)明的整個塑料復(fù)合構(gòu)件固定到外部構(gòu)件或結(jié)構(gòu)上，如借助金屬焊和塑料摩擦焊。
本發(fā)明的另一個技術(shù)主題是把該塑料復(fù)合構(gòu)件用作機(jī)器和機(jī)動車且尤其是汽車、電子產(chǎn)品、家用產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)元件或應(yīng)建筑要求的結(jié)構(gòu)元件。
該工件被以金屬片、板、板材、型材(開口或封閉的型廓)或中空型材的形式相互連接。此外，工件的材料類型、數(shù)目和結(jié)構(gòu)形狀是可任意變化的。在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，平板工件如金屬板和塑料板在其邊緣上形狀配合地相互連接。為此，在連接件處的疊置缺口區(qū)域中形成了由熱塑料構(gòu)成的鉚釘頭，它們能實(shí)現(xiàn)與高強(qiáng)度工件(如金屬板)的牢固連接。
這樣一來，也可以使多個高強(qiáng)度工件相互連接。在這種情況下，塑料的功能可以局限于以鉚釘頭的形式將高強(qiáng)度工件固定在一起。
此外，存在提供這樣一種復(fù)合構(gòu)件的可行方案，即該構(gòu)件包括多個直接相互連接的高強(qiáng)度工件，它們同樣借助塑料鉚接連接進(jìn)行固定，其中，例如成塑料板形狀的塑料部件也體現(xiàn)其它的功能。
通過將由柔性的熱塑性塑料、熱塑性合成橡膠或人造橡膠制成的柔性部件設(shè)置在復(fù)合構(gòu)件的高強(qiáng)度的、非柔性或剛性區(qū)域之間，使得該整個構(gòu)件的動態(tài)學(xué)性能得到改善或使構(gòu)件裝配變得容易。此外，通過將柔性工件設(shè)置為薄膜折頁，該構(gòu)件可被設(shè)計(jì)成是部分活動的。
在一個構(gòu)件的單獨(dú)位置上，可以如此實(shí)現(xiàn)對電磁輻射的屏蔽，即把金屬板用作工件，該金屬板與非導(dǎo)體材料例如熱塑性塑料或其它非金屬工件相連。
通過單個工件的形狀配合連接，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)件的可能與其它構(gòu)件或結(jié)構(gòu)相連的連接件可以由任何基本上已公知的材料制成。因此，自由選擇連接方法。
當(dāng)選用一種耐高溫塑料(聚酰胺、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚環(huán)氧丙烷、PSO、聚苯硫醚、聚酰亞胺、PEEK或這些材料的未強(qiáng)化的或未填料的混合物及以纖維強(qiáng)化型或加填料形式的混合物)時，可以與工件的形狀配合連接相結(jié)合地獲得復(fù)合構(gòu)件的高耐溫強(qiáng)度及適于KTL的特性。
可按不同方式來制造復(fù)合構(gòu)件。在這里，差別主要在于例如塑料和高強(qiáng)度部件(金屬工件)的連接類型1.塑料工件和高強(qiáng)度工件通過材料變形的形狀配合連接。
在這種制造方法中，這種連接既可以通過注塑成型，又可以通過借助預(yù)成型連接件的塑料鉚接來實(shí)現(xiàn)。在這兩種情況下，各高強(qiáng)度工件在連接件區(qū)域中設(shè)有缺口(例如金屬板在邊緣區(qū)域中設(shè)有孔)，熱塑性塑料流入所述缺口并由此實(shí)現(xiàn)形狀配合連接。
在通過注塑成型得到的連接結(jié)構(gòu)的情況中，例如首先將一塊金屬板放在一注塑成型模具中。通過注塑成型法，不僅制成一個例如平板狀的、強(qiáng)度較低的工件，而且還實(shí)現(xiàn)了與金屬板的連接。當(dāng)塑料以流動(體)形式填入該注塑成型模具中時，它就可以流過金屬板中的缺口并在金屬板的背面上形成鉚釘頭。由此一來，可以使由金屬或復(fù)合材料構(gòu)成的不同部件在一個工序中直接或間接地通過由熱塑性材料構(gòu)成的區(qū)域而相連。
也可按照類似方式在采用塑料鉚接的情況下實(shí)現(xiàn)將強(qiáng)度較低的工件連接到高強(qiáng)度工件上。在這種情況下，首先該熱塑性塑料分別在一個注塑成型模具中、無金屬板但卻有成型連接銷地注塑成型。接著，一個或多個金屬板被置于該塑料部件上，其中該連接銷就伸過金屬板的預(yù)制缺口。然后，該連接銷借助變形過程(例如借助超聲波焊接)變形為鉚釘頭。此外，這種焊接連接可以在采用單獨(dú)附加元件(如銷焊接件)的情況下實(shí)現(xiàn)或通過兩個帶有成型連接元件的熱塑性工件的連接來實(shí)現(xiàn)。
2.一個熱塑性工件與高強(qiáng)度工件的通過插接或卡扣連接形成的形狀配合連接。在該方法中，首先制造一個塑料工件，它具有必需的插接或卡扣元件。為此，例如可以采用一個具有成型銷的注塑成型的塑料件，該銷插入高強(qiáng)度工件的預(yù)制缺口中。
其它用于工件連接的可行方案在于，采用所述方法的不同組合形式。因而存在著在高強(qiáng)度工件間實(shí)現(xiàn)形狀配合連接的可能性，其中在兩個部件中設(shè)置套合的卷邊。可以例如通過使在塑料件上成型的連接銷變形而把鉚釘接頭安裝到在兩個高強(qiáng)度工件中的附加的套合的缺口上。
通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)可總結(jié)為如下該復(fù)合構(gòu)件實(shí)現(xiàn)了一個由采用任意可變化的材料的工件構(gòu)成的平板復(fù)合連接構(gòu)件。
還存在這樣一種可行方案，即滿足要求地設(shè)計(jì)具有局部不同的負(fù)荷特性和負(fù)荷值的連接構(gòu)件。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了具有局部不同的特性截面的復(fù)合構(gòu)件的成本最優(yōu)的和重量最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。
此外，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了自由選擇用于與其它構(gòu)件和結(jié)構(gòu)元件相連的連接方法并實(shí)現(xiàn)了在一個工序中制成由不同材料構(gòu)成的平板復(fù)合構(gòu)件。
本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)件在相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案中具有多種應(yīng)用形式，如作為機(jī)器、機(jī)動車的結(jié)構(gòu)元件和所有類型的部件，尤其是用于汽車、電子產(chǎn)品、家用產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件和應(yīng)建筑要求的結(jié)構(gòu)件。
該復(fù)合構(gòu)件的特別適宜的用途是汽車的門構(gòu)件、保險杠、托架、轎車前后部件、車門檻支架及結(jié)合了高強(qiáng)度和其它材料特性的裝飾元件。
下面，借助附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明，其中
圖1是一塊由熱塑性材料制成的平板1，一鋼板2通過形狀配合件與之相連；圖2表示通過一個中等強(qiáng)度的塑料工件將兩個高強(qiáng)度工件連接起來；圖3表示通過一個由熱塑性聚氨酯構(gòu)成的工件將多個金屬板連接起來；圖4表示了在一機(jī)動車的通道區(qū)域中的底板總成的局部；圖5是三塊金屬板用彎折形成連接的截面圖。
實(shí)施例實(shí)例1圖1表示了具有部分不同功能的平板復(fù)合結(jié)構(gòu)。
圖1表示一塊由熱塑性塑料構(gòu)成的平板1，并在其左端部上通過用于承擔(dān)點(diǎn)形作用力的形狀配合件6連接了一塊鋼板2。平板1的左半邊在其上側(cè)面上設(shè)有隔音泡沫材料3。在平板1的右半邊上，為了承載較高的平面載荷，平板1通過兩個設(shè)置在下方的鋁制U型材5和一個由與平板1相同的材料制成的、且與之制成整體的肋結(jié)構(gòu)4來支承。在這里，平板1、肋結(jié)構(gòu)4和連接件的所有形狀配合件6都是通過熱塑性部件構(gòu)成的。
這種復(fù)合構(gòu)件可以通過兩種不同方式制成。一方面，可行方案是將平板2、泡沫材料3和U型材5放入一個相應(yīng)成型的注塑成型模具中并接著注塑熱塑性部件，由此制成平板1、肋結(jié)構(gòu)4和形狀配合件6。隨著熔融物在注塑過程中的硬化，這些單個部件就相互固定連接在一起。在第二變型方案中，首先制造出帶有整體式肋結(jié)構(gòu)4和形狀配合件6所需的銷的平板1。然后，包括平板2、泡沫材料3和U型材5的眾部件如此安置到平板1上，即平板1的銷穿過部件2、3和5的預(yù)制缺口。然后，借助超聲波焊接使銷變形為形狀配合件6。
實(shí)例2圖2是由三塊金屬板組成的復(fù)合構(gòu)件的截面圖。
圖2示出了不同的高強(qiáng)度工件(金屬板)如何能直接相互連接。在這里，金屬板2在邊緣區(qū)域中設(shè)有彎折11，從而金屬板2、10形狀配合地相互連接。通過借助注塑工藝用熱塑部件15封住這些連接件，確保了不同金屬板的形狀配合連接。
實(shí)例3圖3是一個由金屬板和熱塑性元件組成的柔性復(fù)合構(gòu)件的截面圖。
在這個實(shí)施例中，兩塊金屬板2通過一個由熱塑性聚氨酯構(gòu)成的彈性板9柔性相連。借助由與平板9相同的材料構(gòu)成的形狀配合件6并與實(shí)例1或2的實(shí)施方案一致地形成這種連接。通過一個由硬塑料制成的熱塑性元件16，在該復(fù)合構(gòu)件的另一個平面中連接另一塊金屬板12。彈性板件9和熱塑性元件16可以在一個工序中通過雙組分注塑法成型于放入注塑成型模具中的金屬板上。
實(shí)例4圖4是一機(jī)動車底板總成的橫截面圖。
圖4表示了在機(jī)動車通道區(qū)域中的一底板總成的局部。底板2、通道區(qū)域板7和通道區(qū)域蓋8是分別由鋼材制成的并且通過熱塑料件17相互連接。在這種情況下，工件2、7被置入一個注塑成型模具中并在其邊緣區(qū)中部分澆注上熱塑性塑料。同時也形成連接銷，這些銷在一個安放了通道區(qū)域蓋8之后的工序中借助超聲波焊接變形為鉚釘連接結(jié)構(gòu)6。
按照這種操作方法，也可以在機(jī)動車中使底板與前圍板或在車門檻區(qū)域中使縱梁與底板相互連接。
實(shí)例5圖5是由三塊金屬板形成的復(fù)合構(gòu)件的橫截面圖。
圖5表示了不同的高強(qiáng)度工件(金屬板)如何能直接相互連接。在這里，金屬板52、10在邊緣區(qū)域中設(shè)有一個彎折51，因此金屬板52、10形狀配合地相互連接。通過借助注塑工藝用熱塑料部件55包封住這個連接件，確保了不同金屬板52、10形狀配合地連接。
權(quán)利要求
1.一種塑料復(fù)合構(gòu)件，其包括至少兩個平板形的、并由不同材料且尤其是不同金屬、不同塑料或金屬件和塑料件制成的工件(1)和(2)，這些工件在其邊緣區(qū)域(13)中相互連接，其特征在于，連接件(6)由成型的且尤其是注塑成型的熱塑性塑料構(gòu)成并且尤其是至少一個工件(1)或(2)在連接件(6)區(qū)域中被熱塑性塑料穿透地或形狀配合地包封住。
2.按照權(quán)利要求1所述的塑料復(fù)合構(gòu)件，其特征在于該復(fù)合構(gòu)件的一個或多個工件在該連接件(6)區(qū)域(13)中具有缺口或空腔，熱塑性塑料流過所述缺口或空腔并形成工件的形狀配合連接。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的塑料復(fù)合構(gòu)件，其特征在于其中一個工件(1)由與連接件(6)相同的熱塑性材料構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求1-3中的一項(xiàng)所述的塑料復(fù)合構(gòu)件，其特征在于其中一個工件(1)由一種合成橡膠且尤其是熱塑性合成橡膠構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求4的塑料復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，所述合成橡膠是一種熱塑性聚烯烴或熱塑性聚氨酯。
6.按照權(quán)利要求1-5中的一項(xiàng)所述的塑料復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，其中一個工件(2)為屏蔽電磁輻射而由與非金屬的工件(1)相連的金屬構(gòu)成。
7.按照權(quán)利要求1-6中的一項(xiàng)所述的塑料復(fù)合構(gòu)件，其特征在于，該熱塑性塑料是由下列材料中選出的聚酰胺，聚酯，聚烯烴，苯乙烯共聚物，聚碳酸酯，聚環(huán)氧丙烷，聚苯硫醚，聚酰亞胺，PSO或PEEK或這些聚合物的可能的混合物。
8.把權(quán)利要求1-7中的一項(xiàng)所述的塑料復(fù)合構(gòu)件用作機(jī)器和機(jī)動車且尤其是汽車的結(jié)構(gòu)元件，或作為電子產(chǎn)品、家用產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)元件或應(yīng)建筑要求的結(jié)構(gòu)元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種塑料復(fù)合構(gòu)件，其包括至少兩個由不同材料如金屬和塑料、不同金屬或不同塑料制成的平板形工件。該工件在其邊緣區(qū)域中相互連接，其中該連接結(jié)構(gòu)由成型的熱塑性塑料構(gòu)成。
文檔編號F16B5/08GK1399590SQ00816238
公開日2003年2月26日 申請日期2000年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月25日
發(fā)明者J·瓦根布拉斯特, H·哥德巴赫 申請人:拜爾公司