多材料連接件和方法

多材料連接件和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多材料連接件，包括第一主體構件、第二主體構件、U形釘、絲梯以及粘合劑。第一主體構件包括纖維加強材料的第一層，纖維加強材料的第一層具有第一上表面和第一下表面。第二主體構件包括金屬。U形釘包括由冠部連接的第一叉和第二叉。第一叉和第二叉穿過第一層插入，從而冠部鄰近第一上表面定位。絲梯鄰近第一下表面定位，并包括通過多個橫檔聯(lián)接到一起的第一軌道和第二軌道。第一叉和第二叉分別鉤跨過第一橫檔和第二橫檔。粘合劑定位在第一主體構件和第二主體構件之間并覆蓋冠部的至少一部分。也提供了其它的多材料連接件以及制造多材料連接件的方法。
【專利說明】多材料連接件和方法

【技術領域】
[0001 ] 本申請總體涉及一種例如可用在車輛中的多材料連接件(mult1-materialjoint)ο

【背景技術】
[0002]連接不同的材料是減輕民用和軍用車輛重量的重要技術障礙。


【發(fā)明內容】

[0003]根據(jù)一個實施例，多材料連接件包括第一主體構件、第二主體構件、U形釘(staple)、絲梯(wire ladder)以及粘合劑。第一主體構件包括纖維加強材料的第一層。纖維加強材料的第一層具有第一上表面和第一下表面。第二主體構件包括金屬。U形釘包括第一叉、第二叉以及連接第一叉和第二叉的冠部。第一叉和第二叉穿過纖維加強材料的第一層插入，從而冠部鄰近第一上表面定位。絲梯鄰近第一下表面定位，并包括通過多個橫檔(rungs)聯(lián)接到一起的第一軌道和第二軌道。U形釘?shù)牡谝徊婧偷诙娣謩e鉤跨過絲梯的第一橫檔和第二橫檔。粘合劑定位在第一主體構件和第二主體構件之間，并覆蓋U形釘冠部的至少一部分。
[0004]根據(jù)另一實施例，提供了一種制造多材料連接件的方法。該方法包括:用U形釘穿刺第一主體構件的纖維加強材料的第一層，使得U形釘?shù)牡谝徊婧偷诙娲┻^第一層，并且使得U形釘?shù)墓诓苦徑谝粚拥纳媳砻娑ㄎ?。該方法還包括:使絲梯鄰近纖維加強材料的第一層的下表面定位。絲梯包括通過多個橫檔聯(lián)接到一起的第一軌道和第二軌道。該方法還包括:彎曲U形釘?shù)谝徊婧偷诙娴亩瞬?，以分別鉤跨過絲梯的第一橫檔和第二橫檔。該方法還包括:將粘合劑定位在第一層和第二主體構件之間，使得粘合劑覆蓋U形釘冠部的至少一部分。第二主體構件包括金屬。
[0005]根據(jù)又一實施例，多材料連接件包括第一主體構件、第二主體構件、加強構件、緊固件主體以及粘合劑。第一主體構件包括纖維加強材料的第一層。第一主體構件具有第一表面以及與第一表面相對的第二表面。第二主體構件包括金屬，并且定位在第一主體構件的第一表面對面。加強構件鄰近第一主體構件的第二表面定位。緊固件主體定位在第一主體構件和第二主體構件之間，以保持兩者之間的間隙。緊固件主體包括第一腿部和第二腿部，每個腿部從第一主體構件和加強構件延伸并穿過第一主體構件和加強構件。第一腿部和第二腿部被構造為將加強構件的至少一部分定位在第一主體構件與第一腿部和第二腿部之間。粘合劑定位在第一主體構件與第二主體構件之間的間隙中，并接觸緊固件主體的至少一部分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]參考下述的說明書、所附的權利要求以及附圖，將更好理解各實施例，其中:
[0007]圖1是示出根據(jù)一個實施例的纖維加強材料的第一層的一部分的剖視圖；
[0008]圖2A-2H是示出根據(jù)一個實施例的相對于圖1的第一層和其它部件關聯(lián)并壓接U形釘?shù)钠室晥D；
[0009]圖3A-3C是示出根據(jù)一個實施例的使用圖2H的布置完成多材料連接件的剖視圖；
[0010]圖4A-4H是相應于各個圖2A-2G的透視圖；
[0011]圖5A-5B是示出根據(jù)另一實施例的使用一布置完成多材料連接件的剖視圖；
[0012]圖6A是示出復合金屬類型的超級搭接剪切測試試件(super lap shear testcoupon)或試樣；
[0013]圖6B是示出機械測試機器和爐的透視圖，可以用于圖6A試樣的準靜態(tài)和動態(tài)測試；
[0014]圖6C是示出軸向扭轉測試機器的透視圖，可以用于圖6A試樣的準靜態(tài)扭轉動態(tài)測試；以及
[0015]圖7是示出車輛的透視圖，其中一個或多個部件、例如內部或外部車身面板可以包括一個或多個多材料連接件。

【具體實施方式】
[0016]下文中結合圖1、2A-2H、3A-3C、4A-4H、5A-5B、6A-6C和7的視圖和示例詳細地描述特定實施例，其中，在所有附圖中相同的附圖標記指代相同的構件。
[0017]U形釘可以用來方便彼此組分不同的第一主體構件和第二主體構件的連接，以如下所述地提供多材料連接件在汽車或其它車輛、裝備或其它物體上。在一個實施例中，第一主體構件可以包括纖維加強材料的第一層和第二層。纖維加強材料可以包括碳纖維加強材料或纖維加強塑料(FRP)。在一個實施例中，F(xiàn)RP包括基體材料(matrix material)，其基本封裝了纖維材料?；w材料可以是環(huán)氧樹脂，與具有顯著拉伸屬性的更強得多的纖維材料相比是相對弱的。當使用碳纖維時，F(xiàn)RP成為碳纖維加強聚合物(CFRP)。碳纖維具有很高的拉伸強度，但是在其它負載情形的強度下使用樹脂基體。此外，纖維材料的各向異性屬性可以與不同的纖維方位平衡，其通過傳遍基體的力負載。
[0018]例如，第二主體構件可以包括車輛或其它裝備或物體的部件，并且可以由金屬形成，例如鋁(例如，鋁合金)。在一個實施例中，第二主體構件可以包括6000系列的鋁合金。作為輕質金屬，鋁能夠便于汽車結構質量的減輕。然而，有了比鋼更低的密度，鋁具有與疲勞、極限強度和腐蝕相關的若干問題。
[0019]圖1的剖視圖和圖4A的底部透視圖中示出了纖維加強材料的第一層10的一部分。在一個實施例中，第一層10可以包括CFRP干纖維，具有大約1.2mm的厚度，并且其自身可以包括六個子層(例如,0、45、90、_45、90、0)。不出的第一層10具有上表面12和下表面14。可以理解的是，在此使用的“上”和“下”標識一層的相反表面，但是不必要求該層任何的特定水平或豎直的方向。
[0020]現(xiàn)在轉向圖2A的剖視圖和圖4A的底部透視圖，示出的絲梯20定位在下表面14的附近，并包括通過多個橫檔(例如，24)聯(lián)接到一起的至少兩個軌道(例如，22)。絲梯20可以由金屬形成，例如鋼。圖2A示出了與第一層10間隔關聯(lián)的U形釘30，U形釘30與第一層10的上表面12按要求對齊。圖2A示出的U形釘30包括第一叉32、第二叉42以及連接第一叉32和第二叉42的冠部52。第一叉32、第二叉42和冠部52可以例如由金屬絲一起形成為整體結構，也示出在圖2A中。第一叉32可以包括第一叉端34，第二叉42可以包括第二叉端44。在一個實施例中，第一叉端34和第二叉端44可以有斜面，如圖2A所示?？梢岳斫獾氖?，U形釘可以具有除圖2A所示以外的任何各種構造。當U形釘30處于未緊固的構造時，例如在圖2A中所示，每個第一叉32和第二叉42可以彼此大致平行。在一個實施例中，例如，U形釘30可以由金屬形成，例如鋼、不銹鋼、鋁或金屬合金。在第一叉32、第二叉42、冠部52的一個或多個上可以提供涂層，從而防止腐蝕和/或便于與粘合劑的有效相互作用和/或嵌入(如下所述)。U形釘30可以通過任何各種適合的工藝形成，例如，絲彎曲和剪切工藝。
[0021]然后，U形釘30可以從圖2A的位置移動，從而第一叉32和第二叉42可以接近纖維加強材料的第一層10，如圖2B所示。然后，可以移入U形釘工具，以便于壓接U形釘30，如參考圖2B-2F的剖視圖所示。更具體地，然后模具90可以定位在絲梯20和下表面14附近，如圖2B所示。模具90可以包括匹配的成型模具，特為該工藝而設計。U形釘30的進一步移動可以導致第一叉32和第二叉42穿入到第一層10中，如圖2C所示，然后最終穿透第一層10 (參見圖4B的底部透視圖，未示出模具90)并與模具90接觸，如圖2D所示。每個第一叉端34和第二叉端44斜角所帶來的楔形幾何結構可以橫向地移動第一層10的纖維，而不是剪切或損壞纖維，由此最小化或避免對纖維的損害。
[0022]U形釘30的更進一步移動可以導致第一叉32和第二叉42，通過與模具90的接觸，開始彎曲鉤跨過絲梯20各自的橫檔24，如圖2E所示。這也可以從圖4C的底部透視圖(未示出模具90)和圖4F的頂部透視圖看到。
[0023]圖2F示出了 U形釘30完全插入并抵著模具90壓縮，第一叉32和第二叉42完全彎曲并鉤跨過各自的橫檔24，冠部52定位在第一層10上表面12的附近并與其接觸。這也可以從圖4D的底部透視圖(模具90未示出)和圖4G的頂部透視圖看到。在圖2F示出的情形中，第一叉32和第二叉42示出為與橫檔24間隔。彎曲的U形釘30和絲梯20之間的這些小間隙對于預負載U形釘30使之牢固地進入位置可以是重要的。
[0024]當移除了模具90時，如圖2G的剖視圖中所示，U形釘30的冠部52可以偏移，從而第一叉32和第二叉42接觸橫檔24，冠部52的中央部54接觸第一層10的上表面12，冠部52的側部56與第一層10的上表面12間隔。這也可以從圖4E的底部透視圖和圖4H的頂部透視圖看到。模具90移除后，U形釘30可以“彈回”，以應力釋放到較小變形的情形。這可以帶來U形釘30和橫檔24之間的主動接觸，由此方便了位置定向和位置控制，并且U形釘30牢牢地緊固至或“釘”至第一層10?？梢赃x擇絲材料屬性和U形釘30的幾何結構，以避免U形釘30在插入工藝期間的塑性變形。絲梯20可以控制每個U形釘30第一叉32和第二叉42的形狀，并且可以將每個U形釘30與整個復合結構連接，以在整個復合結構上整合并分配負載。承受U形釘30的“應力”由此可以分配到絲梯20中，并且絲梯20可以方便連接件傳遞來的負載在整個復合基板上平均且徹底地分配，減少局部應力的靈敏度。模具90可以使用計算機輔助工程進行設計，從而U形釘30將平滑地在絲梯20上彎曲，然后彎曲使產(chǎn)生的端部36和46與第一層10的平面接近平行，如圖2F-2H所示。模具90也可以控制U形釘30中心的曲率。
[0025]然后，第一主體構件的纖維加強材料的第二層70可以定位在絲梯20的附近，如圖2H的剖視圖所示。更具體地，第二層70可以包括上表面72和下表面74，上表面72在絲梯20的附近。第二層70也可以包括例如與第一層10的類型相同的CFRP。在這種構造中，絲梯20和U形釘30各自第一叉32和第二叉42的端部36和46可以嵌入或夾入(在空間64中)在第一層10和第二層70之間，如圖2H所示。然后，在采取任何進一步步驟之前，樹脂可以噴射在第一層10和第二層70上面，并允許被固化。然而，為了簡明示意，樹脂未示出在圖2H中或下面討論的圖3A-3C中。可以理解的是，在可替換的實施例中，樹脂可以在本文中描述的工藝之前或之后施加并固化。盡管本示例描述了非固化的復合/樹脂系統(tǒng)，但可以理解的是，其它的變形可以便于固化系統(tǒng)的使用。
[0026]由于第一叉32和第二叉42的部分存留在空間64內，空間64有成為“富樹脂”區(qū)域的可能性。為了防止或減少該區(qū)域在復合分層時出現(xiàn)弱帶的可能性，額外的纖維材料可被添加至絲梯20，以減少富樹脂區(qū)域并幫助應力在第一層10和第二層70之間流動。任何額外的纖維材料可以實現(xiàn)，從而完全安裝的U形釘30將不會直接裸露于纖維上，潛在地導致“后工藝”滑移并有可能在負載時過早的纖維損壞或斷裂。
[0027]例如，粘合劑66可以施加至第二主體構件68，例如(例如，由鋁形成的)車輛的框架部件，如圖3A所示。例如，粘合劑66可在固化之前以凝膠狀態(tài)施加。U形釘30然后可以定位為使U形釘30的冠部52穿過粘合劑66并接觸第二主體構件68，如圖3B所示。U形釘30在前述步驟中的壓接或變形的方式和程度可以為U形釘30提供固定的U形釘輪廓，該輪廓建立并控制粘合劑66在下述粘合操作中使用的粘合線厚度。因此，粘合劑66的粘合線厚度可以通過U形釘30冠部52的幾何結構牢牢地控制，導致連接件“自固定”。U形釘30可以避免常規(guī)復合/金屬連接件中存在的鋒利界面，由此減少模式I的斷裂敏感度。在一個實施例中，粘合劑層可以具有從復合材料(例如，第一層10)突起進入其中的加強部。在另一實施例中，復合層(例如，10、70)可以釘?shù)揭黄?，以減少層間剪切力的敏感度。
[0028]粘合劑66可以覆蓋U形釘30冠部52的至少一部分。在該構造中，粘合劑66可以定位在第二主體構件68和第一層10之間。U形釘30獨特的形狀可以幫助確保一旦U形釘30接觸第二主體構件68即獲得理想的粘合劑厚度，提高連接件性能的一致性。粘合劑66可以選擇，以實現(xiàn)第二層70和第二主體構件68兩者的可接受粘合品質。粘合劑66也可以提供隔離層，以減少或防止電偶腐蝕，這是不相似材料連接件的主要問題。
[0029]在一個實施例中，U形釘30的一部分，或者更具體的是U形釘30冠部52的至少一部分，可以嵌入第二主體構件68中，如圖3C所示。將U形釘30的一部分(例如，由鋼制成)嵌入第二主體構件68 (例如，由鋁制成)的工藝可以包括給CFRP部分施加輕微壓力，以使粘合劑66散布至合適的厚度，這要結合另一動作，例如便于嵌入的下述之一或多個:超聲波連接，對鋁進行局部激光加熱然后擠壓，以及混合合金解決方案一可以將低硬度鋁置入U形釘?shù)奈恢貌⑶铱梢允褂弥苯拥膲嚎s壓力或超聲波壓縮工藝做成連接件。在一個實施例中，復合材料的樹脂可以在嵌入工藝之前在原位與U形釘30固化，但是粘合劑66可以在嵌入工藝之后固化。U形釘30可以由此強化粘合劑66，承受模式I負載，并幫助整個結構整合到一起。在圖3C中示出完成的多材料連接件80。
[0030]圖5A-5B分別示出了與圖3A-3B大致相似的布置，但是具有不同形狀的U形釘。規(guī)定選擇的附圖標號代表與圖U2A-2H和3A-3C的相似的元件，除了具有前綴“I”。在圖5A-5B的布置中，粘合劑166可以便于U形釘130連接至第二主體構件168，不具有嵌入工藝。例如，在第一復合層I1和第二復合層170的樹脂已經(jīng)固化后，粘合劑166粘合至U形釘130，粘合劑166還粘合至第二主體構件168 (例如，由鋁形成)，由此方便多材料連接件180。除了粘合，U形釘130幫助確保粘合劑166厚度的一致性。相反地，如上所述，圖3C的多材料連接件80額外地包括U形釘30的一部分嵌入到第二主體構件68中。
[0031]如本文中公開的多材料連接件80、180可以由此便于高速金屬釘扎系統(tǒng)(highrate metal pinning system)能夠鎖定復合/金屬界面到一起，同時對其進行強化并生成自固定連接件。這可以允許粘合劑在接下來的制造操作中完全固化，同時也維持恒定的粘合線厚度。高強度纖維由此可以直接或間接地通過使用鋼絲與鋁基板連接，鋼絲在樹脂注入之前整合在纖維預型件中。
[0032]因此，可以理解的是，多材料連接件80、180可以便于有效地限制或連接不相似的材料，例如CFRP層至鋁層的連接。在一些實施例中，若干多材料連接件80、180可以設置為彼此非常接近，例如僅分開數(shù)毫米，緊簇或均勻地分布。功能強度要求可以指示組件的位置，以增加的每單位面積的U形釘?shù)拿芏葋硖峁┰黾拥膹姸?。各向異性連接件特征可以影響U形釘30、130相對于多材料連接件80、180其它部件的期望取向。圖7示出了車輛，其中一個或多個部件，例如內部或外部車身面板，可以包括一個或多個多材料連接件80、180。
[0033]圖6A示出了復合金屬類型的超級搭接剪切測試試件或試樣，它可以用于例如圖6B中的機械測試機器和爐，以允許多材料連接件在高溫下進行準靜態(tài)和動態(tài)測試。此外，準靜態(tài)扭轉測試可以使用如圖6C所示的MTS軸向扭轉測試機器以復合金屬試樣進行?；谠摐y試的結果和腐蝕的評估，U形釘包含物和粘合劑粘合操作兩者的工藝參數(shù)可以被優(yōu)化。
[0034]任何的各種合適的U形釘幾何結構、安裝模式以及安裝參數(shù)(速度、力等)可以選擇為便于與多材料連接件的其它部件優(yōu)化使用?？梢岳斫獾氖?，U形釘?shù)臉嬙炜梢院线m地變化，以獲得U形釘?shù)倪m合度，用于不同類型的層，從而防止將U形釘插入層中時對層的損害。還可以理解的是，U形釘?shù)母g可以通過適當?shù)剡x擇形成U形釘?shù)暮线m的材料來防止，和/或通過對U形釘涂覆來防止。腐蝕可以額外或可選地通過涂覆第二主體構件來防止。多材料連接件的構造的選擇可以響應于:連接件準靜態(tài)拉伸、屈曲、疲勞和蠕變負載的評估；組合不相似材料產(chǎn)生的問題；加速的腐蝕測試；由于釘入工藝帶來的對復合材料的損害評估；以及不相似材料的電偶腐蝕。
[0035]多材料連接件80、180與連接或粘合不相似材料的常規(guī)粘合劑方法相比可以提供若干個優(yōu)勢。多材料連接件80、180都可以在高強度纖維和鋁或其它金屬之間建立更加有效的負載傳遞，同時避免或最小化纖維的損害，由此改進連接件的整體效能。將U形釘整合到FRP織物布局中減少或消除了對纖維的損害。此外，例如通過具有強化的粘合劑連接件以及硬化的復合結構，多材料連接件80、180可以比常規(guī)的連接件至少更強20%，復合材料具有額外的彎曲剛度。多材料連接件80、180不僅可以用于連接碳纖維復合材料和鋁質汽車部件，還可以用于連接其它的金屬-復合材料對，例如碳纖維復合材料與高強度鋼、鎂系統(tǒng)以及其它的金屬系統(tǒng)，例如，使用在或推薦使用在汽車或其它應用中。結果，可應用于一定范圍的輕質材料以及各種潛在的汽車和其它連接件幾何結構中。
[0036]連接不相似的材料對于減輕民用和軍用車輛的質量是重要的技術障礙。金屬復合材料連接件強度的改善可以允許鋁和碳纖維復合材料兩者用在更多的應用中。例如，多材料連接件80、180的實現(xiàn)可以允許在大容積乘用、商用和軍用車輛平臺中更高度地使用輕質的金屬和復合材料，這可以提高這些車輛的燃料經(jīng)濟性。該技術可以方便在大范圍上將低質量的材料更有效地合并在未來的車輛上。當用于替換鋼結構時，鋁的質量可以減少30-50% ;當替換鋼結構時，碳纖維復合材料的質量可以減少40-60%。車輛質量每減少10%，可以實現(xiàn)5-8%燃料消耗的減少。通過更大范圍地使用輕的金屬和碳纖維復合材料，可以實現(xiàn)顯著的石油用量減少。
[0037]使用多材料連接件80、180也可以通過高速釘扎工藝方便CFRP與金屬的連接，這可以容易地以最小的成本并入大容量汽車工廠，由此提供制造和成本效率，并克服通常用典型的粘合劑將復合材料粘合至不相似材料的一些可靠性和制造障礙。該技術使用低成本材料(例如，絲和U形釘)，其可以使用汽車制造商已經(jīng)使用的工業(yè)標準機器人和自動化技術以及稍加專業(yè)培訓的工業(yè)可接受工具和工藝實現(xiàn)，因此在經(jīng)濟上可用于汽車工業(yè)。
[0038]多材料連接件80、180可以克服連接不相似材料的常規(guī)途徑的其它劣勢。結構連接的最終目標是以高效的方式結構性地“連接”顯著的材料。盡管當前的粘合方法在壓縮和剪切負載情形下是有效的，但它們在拉伸或剝離負載中是無效的。常規(guī)的方法具有與纖維損害或弱連接性有關的劣勢，因為粘合至樹脂而不是直接粘合至高強度纖維。
[0039]例如，連接金屬和CFRP面板的當前方法包括典型的例如螺栓連接、鉚接和粘合的方法。螺栓連接和鉚接通過在復合材料中打孔破壞了連續(xù)的纖維。常規(guī)的粘合技術不能有效地將高強度纖維連接至高強度金屬。最近的方法仍然處于研究階段，包括螺紋連接、釘釘和夾持(screwing, nailing, and sandwiching)。螺紋連接和釘釘仍然包括一定程度的纖維和樹脂基質的損害。夾持僅僅是兩側粘合的翻版，在一些情形中仍然包括了在CFRP面板上打孔，這會危及CFRP材料的一體性。
[0040]粘合劑結合是將碳纖維復合材料連接至金屬材料系統(tǒng)的另一種常規(guī)方法。這在以汽車制造環(huán)境需要的速度形成連接件的方面存在若干困難并且在汽車結構遇到的工況負載中也產(chǎn)生困難。例如，粘合劑/復合樹脂粘合和粘合劑/金屬粘合通常急劇地收縮界面，這是模式I “剝離”負載中最弱的，由此通常需要關注避免這種負載的設計。同樣，維持恒定的、可預測的粘合線厚度對連接件的性能也是重要的，粘合劑趨向于粘合至復合材料的富樹脂表面層，而不是粘合至更堅固的纖維加強部。結果，粘合劑粘合需要大量的時間，并在組裝車間上固定至連接部件，這會導致制造成本增加。各種途徑已被嘗試來減少固化周期時間，但是感覺不足以獲取結構應用上的高容量(> 200000單元/年)實施。
[0041]此外，常規(guī)的FRP和CFRP部件使用包括聚氨酯粘合、機械鉚接和螺栓連接的各種方法與鋁部件連接。粘合不能有效地將FRP的高強度纖維與鋁連接。由于樹脂基質在樹脂/纖維界面斷裂，剝離或拉伸負載會發(fā)生失效模式?；蛘咄ㄟ^在纖維上穿孔/鉆孔或者通過撕裂該纖維，例如鉚接或螺栓連接的機械連接可以導致高強度纖維的顯著損害。撕裂纖維對FRP材料是更具破壞性的，因為它可以將纖維從局部樹脂基質中拉出，對局部基質造成損害并進一步降低局部FRP材料的強度。下面內容因此以其整體合并在本文中:
[0042](I)Warren, C.D.、Boeman, R.G.和 Paulauskas, F.L.,“Adhesive Bonding ofPolymeric Materials for Automotive Applicat1n，，,發(fā)表并公開在 Proceeds of the1994 DOE Contractors Coordinat1n Meeting Conference.底特律，密歇木艮州，卷 2 第24-27 頁，十月(1994)。
[0043](2)Paulauskas, F.L.、McMillan, A.D.以及 Warren, C.D.,“Adhesive BondingVia Exposure to Variable Frequency Microwave Radiat1n，，,發(fā)表并公開在 Proceedsof the Spring Materials Research Society (MRS)，舊金山，力口利福尼亞，第 8_12 頁，四月(1996) ο
[0044](3) Warren, C.D.和 Boeman，R.G.，“Adhesive Bonding of Polymeric Materialsfor Automotive Applicat1n”，發(fā)表并公開在 Proceeds of the 1994D0E ContractorsCoordinat1n Meeting Conference.底特律，密歇根州，卷 2 第 24_27 頁，十月(1994)。
[0045](4) Warren, C.D.和 Boeman，R.G.，“DOE Automotive Composite MaterialsResearch:Present and Future Efforts”，發(fā)表并公開在 Proceedings of theComposites ‘99 Manufacturing and Tooling Conference,阿納海姆，力口利福尼亞，二月(1999) ο
[0046](5) Warren, C.D., iiCarbon Fiber in the Next Generat1n of Vehicles”，出自The Global Outlook for Carbon Fiber2000，Intertech,圣安東尼奧，德克薩斯州，第 4-6頁，十二月(2000) ο
[0047](6)Warren, C.D.，“Carbon Fiber in Future Vehicles”，Sample Journal,卷37/2，三月/四月2001ο
[0048](7) Warren，C.D.，“The Development of Lightweight,High Strength Materialsfor Fuel Efficient Vehicles”，The Global Outlook for Carbon Fiber2005，辜地亞哥，加利福尼亞州，第11-13頁，十月(2005)。
[0049]為了示例和描述的目的，已經(jīng)呈現(xiàn)實施方式和示例的前述描述。并不意欲窮舉或限制于所述的方式。在上述教導啟示下，各種修改是可能的。已經(jīng)討論了這些修改中的一部分，其它的修改對于本領域技術人員而言是能理解的。選擇和描述的實施方式能最好地示出適合預期的特定使用的各種實施方式的原理。當然，該范圍不被限制于本文中闡述的示例，而是可以由本領域普通技術人員應用在任何數(shù)目的應用以及等同的設備中。
[0050]相關申請的交叉引用
[0051]本申請要求享有于2013年4月26日提交的美國臨時專利申請序列號61/816，477的優(yōu)先權，并且在此通過整體參考合并該臨時專利申請。
【權利要求】
1.一種多材料連接件，包括: 第一主體構件，包括纖維加強材料的第一層，纖維加強材料的第一層具有第一上表面和第一下表面； 第二主體構件，包括金屬； U形釘，U形釘包括第一叉、第二叉以及連接第一叉和第二叉的冠部，其中，第一叉和第二叉穿過纖維加強材料的第一層插入，使得冠部鄰近第一上表面定位； 絲梯，鄰近第一下表面定位，并包括通過多個橫檔聯(lián)接到一起的第一軌道和第二軌道，其中U形釘?shù)牡谝徊婧偷诙娣謩e鉤跨過絲梯的第一橫檔和第二橫檔；以及 粘合劑，定位在第一主體構件和第二主體構件之間，粘合劑覆蓋U形釘?shù)墓诓康闹辽僖徊糠帧?br> 2.如權利要求1所述的多材料連接件，其中，所述第一主體構件進一步包括纖維加強材料的第二層，纖維加強材料的第二層具有第二上表面和第二下表面，并且第二上表面鄰近絲梯，使得絲梯以及第一叉和第二叉各自的端部夾在纖維加強材料的第一層和第二層之間。
3.如權利要求1所述的多材料連接件,其中,所述纖維加強材料包括碳纖維加強材料。
4.如權利要求1所述的多材料連接件,其中,所述纖維加強材料包括纖維加強塑料。
5.如權利要求1所述的多材料連接件，其中，所述纖維加強材料被基質材料大致封裝。
6.如權利要求5所述的多材料連接件，其中，所述基質材料包括環(huán)氧樹脂。
7.如權利要求1所述的多材料連接件，其中，所述金屬包括金屬合金。
8.如權利要求1所述的多材料連接件，其中，所述第二主體構件的金屬包括鋁。
9.如權利要求8所述的多材料連接件，其中，所述纖維加強材料包括碳纖維加強塑料。
10.如權利要求1所述的多材料連接件，其中，當所述U形釘處于非緊固構造時，所述第一叉和第二叉大致彼此平行。
11.如權利要求1所述的多材料連接件，其中，所述第一叉包括第一叉端，所述第二叉包括第二叉端，并且第一叉端和第二叉端中的每個是傾斜的。
12.如權利要求1所述的多材料連接件，其中，所述第一叉和第二叉以及冠部一起形成為整體結構。
13.如權利要求12所述的多材料連接件，其中，所述U形釘由金屬形成。
14.如權利要求12所述的多材料連接件，其中，所述U形釘由金屬合金形成。
15.如權利要求12所述的多材料連接件，進一步包括在U形釘上的涂層。
16.如權利要求1所述的多材料連接件，進一步包括在第一叉、第二叉以及冠部中至少一個上的涂層。
17.如權利要求1所述的多材料連接件，進一步包括多個U形釘。
18.—種車輛，包括如權利要求1所述的多材料連接件。
19.一種車輛,包括多個如權利要求1所述的多材料連接件。
20.如權利要求1所述的多材料連接件，其中，所述U形釘?shù)墓诓康闹辽僖徊糠智度朐诘诙黧w構件中。
21.如權利要求1所述的多材料連接件，其中，所述U形釘?shù)墓诓勘黄疲沟霉诓康闹醒氩拷佑|纖維加強材料的第一層的上表面，冠部的側部與纖維加強材料的第一層的上表面隔開。
22.一種制造多材料連接件的方法，所述方法包括: 用U形釘穿刺第一主體構件的纖維加強材料的第一層，使得U形釘?shù)牡谝徊婧偷诙娲┻^第一層，并且使得U形釘?shù)墓诓苦徑谝粚拥纳媳砻娑ㄎ唬? 使絲梯鄰近纖維加強材料的第一層的下表面定位，絲梯包括通過多個橫檔聯(lián)接到一起的第一軌道和第二軌道； 彎曲U形釘?shù)牡谝徊婧偷诙娴亩瞬?，以分別鉤跨過絲梯的第一橫檔和第二橫檔；以及 將粘合劑定位在第一層和第二主體構件之間，使得粘合劑覆蓋U形釘?shù)墓诓康闹辽僖徊糠?，其中第二主體構件包括金屬。
23.如權利要求22所述的方法，進一步包括將U形釘?shù)闹辽僖徊糠智度氲诙黧w構件中。
24.如權利要求23所述的方法，進一步包括在嵌入之后固化粘合劑。
25.如權利要求22所述的方法，進一步包括使第一主體構件的纖維加強材料的第二層鄰近絲梯定位，使得絲梯以及U形釘?shù)牡谝徊婧偷诙娴亩瞬繆A在纖維加強材料的第一層和第二層之間。
26.如權利要求22所述的方法，其中，所述纖維加強材料是碳纖維加強塑料，第二主體構件是鋁。
27.如權利要求22所述的方法，進一步包括用基質材料大致封裝纖維加強材料。
28.如權利要求27所述的方法，其中，所述基質材料包括環(huán)氧樹脂。
29.如權利要求22所述的方法，進一步包括多個U形釘。
30.如權利要求22所述的方法，其中: 使模具接觸冠部，以便于端部的彎曲以鉤跨過各自的第一橫檔和第二橫檔，使得第一叉和第二叉與各自的第一橫檔和第二橫檔隔開；以及 U形釘?shù)墓诓客ㄟ^模具偏移，從而在移除模具時，第一叉和第二叉接觸各自的第一橫檔和第二橫檔。
31.如權利要求30所述的方法，其中，當移除模具時，U形釘?shù)墓诓勘黄?，使得冠部的中央部接觸第一層的上表面，并且使得冠部的側部與第一層的上表面隔開。
32.如權利要求22所述的方法，進一步包括涂覆U形釘。
33.如權利要求22所述的方法，其中，所述金屬包括金屬合金。
34.如權利要求22所述的方法，進一步包括使第一叉端和第二叉端傾斜。
35.如權利要求22所述的方法，其中，所述第一叉、第二叉以及冠部一起形成為整體結構。
36.一種多材料連接件，包括: 第一主體構件，包括纖維加強材料的第一層，第一主體構件具有第一表面以及與第一表面相對的第二表面； 第二主體構件，包括金屬，并且定位在第一主體構件的第一表面對面； 加強構件，鄰近第一主體構件的第二表面定位； 緊固件主體，定位在第一主體構件和第二主體構件之間，以保持第一主體構件和第二主體構件之間的間隙，緊固件主體包括第一腿部和第二腿部，每個腿部從第一主體構件和加強構件延伸并穿過第一主體構件和加強構件，第一腿部和第二腿部被構造為將加強構件的至少一部分定位在第一主體構件與第一腿部和第二腿部之間；以及 粘合劑，定位在第一主體構件與第二主體構件之間的間隙中，并接觸緊固件主體的至少一部分。
37.如權利要求36所述的多材料連接件，其中，所述加強構件是絲梯，包括通過多個橫檔聯(lián)接到一起的第一軌道和第二軌道，其中第一腿部和第二腿部鉤跨過絲梯各自的第一橫檔和第二橫檔。
38.如權利要求36所述的多材料連接件，其中，緊固件主體的第一部分接合第二主體構件，緊固件主體的第二部分從第一部分延伸，以接合第一主體構件。
【文檔編號】B32B27/38GK104210157SQ201410316951
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權日:2013年4月26日
【發(fā)明者】E.J·貝徹 申請人:本田技研工業(yè)株式會社