專利名稱：降低了表面纖維讀出的模塑纖維面板及其模塑方法
技術領域：
本發明總的涉及一種降低了表面纖維讀出的模塑纖維面板及其模塑方法。
背景技術：
液體模塑的結構組件已被應用于汽車裝飾面板，但由于在固化和模塑部件的冷卻過程中的樹脂收縮而導致的稱之為“纖維讀出”(fiber readout)的表面外觀的因素，這種應用的范圍受到制約。為了降低樹脂收縮，已經提出了各種方法，諸如摻入填充劑和低型面(low profile)添加劑、以及選擇低固化收縮率和低固化溫度的樹脂等。但由于某些實際限制，這些方法通常不會將纖維讀出減小到可接受的水平。由此，開發出了用富樹脂表面層掩蓋纖維讀出的其它的方法。其方法之一是使用一個在對該部件進行模塑之前放置在纖維塑坯(fiberpreform)上方的面罩。然而，由于該方法對于在相對低的纖維容積率下使用高成本的小粗纖維時的有效性，它只具有有限的成功率。另一種方法是，通過手工涂敷、粉刷或噴涂工藝，首先涂敷一種B級樹脂膜或一種樹脂凝膠涂料到工具表面上。然后將該纖維塑坯裝入到模塑工具中進行樹脂浸滲和固化。使用樹脂膜或凝膠涂料的模塑周期一般為小時的數量級，這使得這些方法僅僅對于一年幾百個部件的產量才經濟可行。
為了進一步降低纖維讀出，已盡量在整個模塑周期中保持部件的外表面緊密接觸模塑工具表面。這種方法的一個例子是在部件的背面和工具表面之間放置一片橡膠片，當該工具首次被閉合并被施壓時，該橡膠片被模塑壓力壓縮。在固化步驟之后，壓縮橡膠延伸到由收縮的樹脂產生的自由空間，由此恒定地將部件暴露在模塑腔的壓力下。然而由于橡膠有限的耐用性和一致性，該方法也通常只對于低產量才可行，并且橡膠片的存在還會引起熱量從壓力面流到部件的背面，這會導致不均勻的加熱和更長的周期時間。
因此，在本技術領域中需要一種能克服這些缺陷的模塑纖維面板及其模塑方法。
發明內容
本發明的實施方式揭示了一種模塑纖維面板，其具有一種纖維材料，該纖維材料具有一個芯與一個外表面，在芯上設置有相對低密度的填充材料，且在外表面上設置有相對高密度的填充材料。該外表面具有等于或小于約2微米的模塑表面平均粗糙度。
本發明的其它實施例揭示了一種模塑纖維面板的方法。將一種第一填充材料涂敷到一種纖維材料中以產生一種浸漬纖維材料。將該浸漬纖維材料進行模塑塑坯并部分地固化來形成一種凝膠纖維塑坯。對該塑坯進行模塑并涂敷一種第二填充材料以形成模塑塑形。固化該模塑塑形以形成模塑面板。該方法產生的模塑面板的外表面具有等于或小于約2微米的模塑表面平均粗糙度。
本發明的其它實施例揭示了由前述方法制成的前述模塑纖維面板。
參見示例的附圖，其中相同的元件用相同的數字表示；圖1根據發明的實施例以方塊圖的方式描繪了示例的方法；圖2描繪了本發明的實施例中使用的示例纖維材料；圖3描繪了圖2的纖維材料的截面圖；以及圖4和5描繪了用于分析本發明的實施例的表面糙度的光學讀出的藝術處理(artistic rendition)。
具體實施例方式
本發明的實施例提供一種減少液體模塑結構組件表面的纖維讀出的方法，該組件表面可用于汽車面板和其它要求美容裝飾的外觀。通過對樹脂浸滲纖維墊進行模塑塑坯并僅部分地固化，然后可以對該部分固化的塑坯進行模塑并用表面樹脂進行整體固化以形成最終的具有降低的纖維讀出的部件(面板)。同時，作為一種示例的纖維墊，此處描述的實施例可以具體為玻璃，應當了解的是，本發明也可應用于其它的纖維墊材料，如棉、聚酯、碳或其它合適的材料等。
圖1是模塑一個纖維面板的示例性方法實施例100，該面板用作所需的美容裝飾外表面的汽車面板。在105處，一種第一填充材料110被添加到具有芯120與外表面125的纖維材料115中，由此產生一種浸滲纖維材料130。在135處，將浸滲纖維材料130成形并通過工具140進行部分固化以產生一個凝膠纖維塑坯150。在145和155處，該塑坯150被傳輸到工具160內。在170處，閉合工具160并且通過注射模塑或其它合適的方式，添加第二填充材料175以形成模塑塑形165和表面模塑塑形180。在185處，在工具160中固化表面模塑塑形180，由此產生一個模塑面板190，該模塑面板190在195被去模。在一個實施例中，模塑面板190具有一個外表面125，其具有等于或小于約2微米的平均表面粗糙度(Ra)，該值是由Wyko NT 3300三維光學顯廓(Profiling)系統(從制造商Veeco器械公司購得)測量的。如此處所使用的，術語“模塑面板”指的是在去模階段195處從工具160獲得的、不需要任何再次加工、打磨、拋光或添加其它填充劑的面板。在另一實施例中，模塑面板190的外表面125具有等于或小于約1微米的平均表面粗糙度(Ra)。
在獲得約0.8微米的模塑表面Ra的第一示例實施例中，纖維材料115是一種Rovcloth 2454玻璃纖維的三層結構(從制造商Fiber Glass工廠購得)，其具有F2/30的面罩(從制造商Owens Corning購得)，第一填充材料110是乙烯基酯樹脂(從Ashland特種化學購得的Arotech Q6055)，它含有約15重量百分比的低型面添加劑(LPA)(從Ashland特種化學購得的Epoxalloy 2110)和約60重量百分比的碳酸鈣(CaCO3)(從制造商Imerys購得的Camel-Fil)，且第二填充材料175是乙烯基酯樹脂，其含有約0重量百分比LPA和約60重量百分比的碳酸鈣(CaCO3)。模塑塑坯135是在室溫(約20攝氏度，deg-C)和約2.4MPa(兆帕)的條件下在工具140中進行約40分鐘形成的，而模塑170和固化185是在約70deg-C和約0.7MPa的常壓條件進行約20分鐘形成的。
雖然示例的實施例可以特定的纖維材料和特定的樹脂成分來描述，但本發明并不局限于此。例如，在獲得約0.9微米的模塑表面Ra的第二示例實施例中，纖維材料115是沒有面罩的2454玻璃纖維的三層結構，第一填充材料是含有約10重量百分比的LPA和約60重量百分比的CaCO3的乙烯基酯樹脂，并且第二填充材料是含有約10重量百分比的LPA和約60重量百分比的CaCO3的乙烯基酯樹脂。在獲得約2.0微米的模塑表面Ra的第三示例實施例中，纖維材料115是沒有面罩的2454玻璃纖維的三層結構，第一填充材料是含有約0重量百分比的LPA和約60重量百分比的CaCO3的乙烯基酯樹脂，并且第二填充材料是含有約0重量百分比的LPA和約30重量百分比的CaCO3的乙烯基酯樹脂。
雖然已知可使用含低型面添加劑(LPA)的樹脂來降低模塑面板的表面糙度，前面的第一實施例顯示了，使用約0重量百分比的LPA的第二填充材料175能得到等于或小于約1微米的表面Ra。更重要的是，本發明的實施例可以使用不同的填充材料110和175。相對而言，通過使用具有比填充材料175更低的密度的填充材料110，可以制造重量更輕的外觀面板。盡管已試圖通過例如使用泡沫填充劑來制造重量更輕的外觀面板，但這種方法只能取得有限的成功，因為面板表面存在的泡沫填充濟可能嚴重降低模塑面板的表面質量。對于填充劑110和175使用不同材料的另一優點在于增加了調節填充材料的粘稠度和固化動力學的自由度，以更好地調整和/或控制面板的可成形性與工藝周期時間。如前面的示例實施例所展現的那樣，第一與第二填充材料110、175是可以不同的，由此，相對而言，使得第一填充材料110具有比第二填充材料175更低的密度。也就是說，相對于彼此，第一填充材料可以是相對低密度的材料，而第二填充材料可以是相對高密度的材料。由此，在采用具有不同密度的第一與第二填充材料110、175的實施例中，已經觀察到其獲得的模塑面板190從芯120至外表面125具有可變的密度，外表面125有較高的密度，從而獲得一個重量輕的部件。在另一實施例中，第一填充材料110一般可以包括由玻璃或陶瓷的微形球粒或者微粒形成的泡沫填充材料，并可以通過接下來加入的填充材料175而將它覆蓋。
在一個變化的示例實施例中，纖維材料115可以由連續玻璃纖維、非連續玻璃纖維、無序玻璃纖維或玻璃織物組成。現在參見圖2和3，描繪了一種玻璃織物材料115，它具有一種織構圖案，其織構周期P等于或小于約5毫米。圖3顯示了橫切圖2的織構的截面圖。通過采用此處描述的本發明的實施例，已顯示出所獲得的模塑面板190可具有一個外表面125，但在這里看不到它的織構周期P，而現在參見圖4和5，我們可以看見它們。圖4和5的實施例都是由2454玻璃織物的3層結構模塑而成。圖4和5的每一個都是表示由模塑面板190的原始顏色圖得到的表面輪廓的藝術表現，其中實線200表示在各個面板190的外表面125處的“峰”島，而虛線205表示“谷”島。圖4表示未采用本發明的實施例的模塑面板的表面輪廓，而圖5表示采用了本發明的實施例的模塑面板的表面輪廓。為了顯示的目的，在圖4中描繪了從+33至-63微米范圍內的峰與谷(表面Ra約為7微米)，而圖5中描繪了從+4至-4微米范圍內的峰與谷(表面Ra約為0.8微米)，顯示出了采用本發明的實施例的面板190具有光滑得多的表面。可以看出，圖4中描繪的峰200與谷205具有織構周期P，而圖5中描繪的峰200與谷205沒有織構周期P，而是幾乎表現為無序外觀。圖4與5中描繪的表面輪廓使用前面提到的Wyko NT 3300三維光學顯廓系統產生的。
在模塑面板190的外表面125上的表面平均粗糙度(Ra)和織構周期P是存在于外表面125的纖維讀出(fiber readout)的指標。由此，通過采用本發明的實施例，可能降低模塑面板190的外表面125的纖維讀出。
方法100包括涂敷105、模塑塑坯和部分固化135、傳輸145、155、成模170、固化185和去模195操作，這些操作總體確定了模塑周期時間，并通過采用本發明的實施例，可以預料的就，該模塑周期時間可以等于或顯著地小于約一小時，特別就當部分固化135的操作在高于室溫的高溫下進行時。可進一步預料的是，通過操控溫度和固化動力學，該周期時間可以縮短到10至15分鐘。當該方法100連續時，在模塑塑坯135、成模170和固化185步驟處，具有調整溫度和固化動力學的自由度，據此能降低模塑周期時間。
通過應用方法100的實施例，可以預料，模塑纖維面板190會具有一種纖維性材料115，其具有一芯120和一外表面125，一種相對低密度的填充材料110設置在芯120處，且一相對高密度的填充材料175設置在外表面125，其中該外表面125在一個實施例中具有等于或小于約2微米的平均表面粗糙度(Ra)，且在另一個實施例中等于或小于約1微米。如前所述，纖維性材料115可以包括連續玻璃纖維、非連續玻璃纖維、無序玻璃纖維或玻璃織物，相對低密度的的填充材料110可以包括從玻璃或陶瓷微粒制成的泡沫填充材料，且相對高密度的填充材料175在一個實施例中可以包括等于或小于約15重量百分比的低型面添加劑，而在另一個實施例中其重量百分比等于或小于約10。
雖然已采用某些模塑工藝參數來描述本發明的實施例，例如溫度和壓強，但應當理解，有用的模塑工藝參數可能取決于樹脂的選擇和所要面板的尺寸而有所變化，并且本發明的范圍并不局限于僅在此處披露的那些模塑工藝參數。
如上所述，本發明的一些實施例可以包括下面的這些優點具有相對低密度芯與相對高密度表面的重量輕的面板；模塑面板具有等于或小于約1微米的平均表面粗糙度(Ra)；模塑面板適用于汽車裝飾面板；模塑面板適用于汽車A類成分面板；液體模塑工藝的模塑周期時間等于或顯著地小于約1小時；面板模塑工藝不需要再次表面修整；和通過在表面樹脂中減少低型面添加劑的使用而降低的表面缺陷，低型面添加劑會由于形微小空間而導致表面缺陷。
雖然已參照示例實施例描述了本發明，應當理解，本領域的技術人員可以在不背離本發明的范圍的條件下做出各種變化和對其替換以等效元件。除此之外，在本發明的教導下，在不脫離其本質范圍的條件下，可以進行許多修改來調整特定的狀況或材料。因此，本發明的意圖不是局限于所披露的具體實施例，這些具體實施例只是被考慮為最佳地實行本發明，本發明將包括所有落入所附權利要求的范圍內的實施例。而且，限定詞“第一”、“第二”等的使用并不代表其重要性的等級，而只不過用“第一”、“第二”等來將一個元件與另一個相區別。另外，數量詞“一”、“一個”等的使用并不意味著對其數量的限制，而是表示存在至少一個所指代的項目。
權利要求
1.一種模塑纖維面板，包括一種纖維性材料，其具有一個芯和一個外表面；設置于該芯上的一種相對低密度的填充材料；以及設置于該外表面上的相對高密度的填充材料，該外表面具有的模塑表面平均粗糙度等于或小于約2微米。
2.如權利要求1所述的面板，其中外表面具有的模塑表面平均粗糙度等于或小于約1微米。
3.如權利要求1所述的面板，其中纖維性材料包括玻璃纖維；且相對高密度的填充材料包括重量百分比等于或小于約15的低型面添加劑。
4.如權利要求3所述的面板，其中相對低密度的填充材料包括泡沫填充材料。
5.如權利要求4所述的面板，其中該泡沫填充材料包括玻璃微粒、陶瓷微粒或包括至少一種上述微粒的任何組合。
6.如權利要求3所述的面板，其中該相對高密度的填充材料包括重量百分比等于或小于約10的低型面添加劑。
7.如權利要求3所述的面板，其中該玻璃纖維包括連續玻璃纖維、非連續玻璃纖維、無序玻璃纖維、玻璃織物、或包括前述至少一種的任何組合。
8.如權利要求7所述的面板，其中該玻璃纖維包括具有織構周期的玻璃織物；且外表面不存在織構周期。
9.一種模塑纖維面板的方法，包括將一種第一填充材料涂敷到一種纖維材料上以產生一種浸漬纖維材料；塑坯預塑并部分地固化該浸漬纖維材料來形成一種凝膠纖維塑坯；對該塑坯進行模塑并涂敷一種第二填充材料以形成模塑塑形；以及固化該模塑塑形以形成模塑面板，該模塑面板的外表面具有等于或小于約2微米的模塑表面平均粗糙度。
10.如權利要求9所述的方法，其中該固化產生的模塑面板的外表面具有等于或小于約1微米的模塑表面平均粗糙度。
11.如權利要求9所述的方法，其中涂敷第一填充材料包括涂敷一種相對低密度的填充材料；涂敷第二填充材料包括涂敷一種相對高密度的填充材料；以及該固化產生的模塑面板具有從面板的芯到外表面的變化的密度。
12.如權利要求11所述的方法，其中涂敷第一填充材料包括涂敷一種泡沫填充材料。
13.如權利要求9所述的方法，其中該玻璃纖維包括連續玻璃纖維、非連續玻璃纖維、無序玻璃纖維、玻璃織物、或包括前述至少一種的任何組合。
14.如權利要求9所述的方法，其中涂敷第二填充材料包括涂敷包括重量百分比等于或小于約15的低型面添加劑的第二填充材料。
15.如權利要求14所述的方法，其中涂敷第二填充材料包括涂敷包括重量百分比等于或小于約10的低型面添加劑的第二填充材料。
16.如權利要求9所述的方法，進一步包括將第一填充材料涂敷到具有織構周期的玻璃纖維織物；其中固化產生的模塑面板的外表面不存在織構周期。
17.如權利要求9所述的方法，其中涂敷第一填充材料、塑坯預塑和部分固化、模塑和固化過程總體確定的模塑周期時間等于或小于約一小時。
18.如權利要求17所述的方法，其中模塑周期時間等于或小于約15分鐘。
19.一種模塑纖維面板，包括一種纖維性材料，其具有一個芯和一個外表面；設置于該芯上的一種相對低密度的填充材料；以及設置于該外表面上的相對高密度的填充材料，該外表面具有的模塑表面平均粗糙度等于或小于約2微米；其由一種方法制成，該方法包括將相對低密度的填充材料涂敷到一種纖維性材料上以產生一種浸漬纖維材料；塑坯預塑并部分地固化該浸漬材料來形成一種凝膠纖維塑坯；對該塑坯進行模塑并涂敷相對高密度的填充材料以形成模塑塑形；以及固化該模塑塑形以形成面板，該模塑面板的外表面具有等于或小于約2微米的模塑表面平均粗糙度。
全文摘要
本發明公開了一種模塑纖維面板，其具有一種包括一芯與一外表面的纖維性材料，一種相對低密度的填充材料設置于該芯上，且一種相對高密度的填充材料設置于外表面上。該外表面的模塑表面平均粗糙度等于或小于約2微米。
文檔編號D06N3/00GK101068976SQ200580030781
公開日2007年11月7日 申請日期2005年8月9日 優先權日2004年9月14日
發明者C·-S·王, S·A·喬布斯特 申請人:通用汽車公司