在制造車輛部件期間焊接熱屏蔽裝置的方法與流程

本發明涉及在制造由熱塑性材料制成的車輛部件(尤其是車輛儲箱或充裝管)期間焊接熱屏蔽裝置的方法。本發明還涉及這樣的車輛部件的制造方法。

背景技術：

現有技術的車輛部件可能會設有熱屏蔽裝置，用于阻擋和/或減少到該車輛部件的熱傳遞。例如，存在金屬制成的熱屏蔽裝置，這些熱屏蔽裝置例如被用夾具或粘合劑固定于車輛儲箱壁之上或附近。這樣的熱屏蔽裝置被用來減少被傳遞給車輛儲箱的熱量，這些熱例如來自于布置在車輛儲箱附近的熱元件，比如排氣管。

這樣的金屬熱屏蔽裝置操控起來是危險的，因為在操作這樣的熱屏蔽裝置時有被割傷的風險。而且，當熱屏蔽裝置是用夾具進行固定時，由于熱屏蔽裝置的振動可能產生噪音。并且，粘合的熱屏蔽裝置在老化后可能發生脫落。

技術實現要素：

本發明的實施例的目的在于提供一種在制造車輛部件期間焊接熱屏蔽裝置的方法。另一目的在于提供這樣的車輛部件的經改善的制造方法。

根據本發明的第一方面，提供了一種在制造由熱塑性材料制成的車輛部件期間焊接熱屏蔽裝置的方法。該熱屏蔽裝置包括加強層以及熱屏蔽材料，該加強層由能夠焊接到車輛部件的熱塑性材料的這樣的熱塑性材料制成，該熱屏蔽材料與所述加強層的熱塑性材料不同、且被配置為用于減少穿過加強層到車輛部件的熱傳遞。該方法包括以下步驟：

-加熱所述熱屏蔽裝置以使加強層的熱塑性材料達到熔融狀態；

-將被加熱的熱屏蔽裝置置于模具當中；

-將處于熔融狀態的車輛部件的熱塑性材料置入模具當中；

-通過在所述模具中吹氣模制車輛部件，將處于熔融狀態的加強層的熱塑性材料焊接到處于熔融狀態的車輛部件的熱塑性材料。

術語“焊接”指的是：車輛部件的熱塑性材料與加強層的熱塑性材料在均處于熔融狀態時彼此粘合。經常既在整個加熱階段也在整個冷卻階段使用的施加壓強被用來使各個部件保持在合適的朝向上并改善穿過焊接界面的熔融流。熔融層的壓縮促進這兩個部件之間的聚合物鏈纏繞。加熱階段的目的在于允許穿過接合面的從一個部件到另一部件的分子間纏繞(熔融混合)。

所述熱屏蔽裝置的加熱步驟允許使加強層的熱塑性材料達到熔融狀態。這允許在處于熔融狀態的加強層的熱塑性材料與被進一步置入模具當中的處于熔融狀態的車輛部件的熱塑性材料之間實現非常好的粘合。

事實上，這樣的粘合在壁的熱塑性材料與熱屏蔽裝置之間提供了真實的材料連續性。因此，連接比現有解決方案更加可靠。

而且，在將熱屏蔽裝置置于模具當中之前可預成型熱屏蔽裝置。

在另一具體實施例中，如在本申請人名下的專利申請WO2014/154900中所述的，熱屏蔽裝置被借助于夾持器而置入模具當中。所述夾持器旨在被機器人移動，以將熱屏蔽裝置置入模具當中。所述夾持器配置有約束裝置(比如吸墊)和熱屏蔽裝置的加熱裝置。在熱屏蔽裝置被置入模具當中之后，借助于穿過模壁的維持裝置(比如真空裝置)將其固定。

根據一個優選實施例，將車輛部件的熱塑性材料置入模具當中的步驟在于借助于擠出模的成型工具將管狀壁部分置入模具當中。

該成型工具包括用于待擠出材料的擠出模。該模包括成型工具，該擠出工具在擠出物從擠出室離開時作用于擠出物并用于使擠出物平滑地成型為其所期望的輪廓。該成型工具可以是一對切割器。

在另一實施例中，將車輛部件的熱塑性材料置入模具當中的步驟在于將被擠出的片材置入模具當中。

在焊接步驟期間，施加吹氣壓強，以使得處于熔融狀態的熱塑性材料壁鼓起與模具貼抵。處于熔融狀態的型坯被布置為與維持在模具內的處于熔融狀態的熱屏蔽裝置貼抵。由此獲得壁的熱塑性材料與熱屏蔽裝置之間可靠的粘合。

在進一步研發的實施例中，在吹氣模制之后，在預定時間段內將模具保持在預定溫度，以獲得加強層與吹氣模制的車輛部件的壁的良好的附著。

本發明的另一優點在于，熱屏蔽裝置是在車輛部件的模制過程期間(或者在通過吹氣模制來成型片材的過程期間、或者在吹氣后模制車輛部件的過程期間)同時(in line)被粘合到車輛部件的壁的。這允許縮短制造周期的時間。

加強層可以通過圍繞著纖維體或在纖維體中熔融熱塑性材料來形成，以獲得具有至少一個能夠焊接到車輛部件的表面的這樣的加強層，所述纖維體例如是編織的纖維墊。加強層可以通過壓延成型、壓縮模制、注射模制等來制造。

在一個優選實施例中，熱屏蔽材料包括由絕熱材料制成的絕熱層，所述絕熱層與加強層貼抵地布置。優選地，該絕熱材料是泡沫材料。可以用合適的膠合劑來將絕熱層布置為與加強層貼抵。

額外地或替代地，熱屏蔽材料可以包括形成熱屏蔽裝置的外層的反射層(例如金屬層)，所述反射層被配置為用于反射熱輻射。這樣的反射層可以與加強層或與絕熱層(如果存在絕熱層的話)貼抵著膠合。替代地，反射層可以與加強層壓合在一起，或者例如使用拉擠工藝在加強層的制造過程期間集成到加強層上。在一個優選實施例中，反射層是厚度小于0.5mm的薄的鋁片材。在一個替代性的實施例中，馬來酸酐接枝聚乙烯可以被用來改善與絕熱材料的結合。

通過關聯(coupling)加強層與熱屏蔽材料，獲得與車輛部件集成的熱屏蔽裝置。由此，對具有熱屏蔽裝置的車輛部件的操控更為容易，并且能夠避免振動噪音或老化導致的脫落。術語“被焊接”指的是：加強層的材料被粘合到處于熔融狀態的儲箱壁，以便實現連續且可靠的結合。而且，通過組合加強和熱屏蔽功能，還能夠顯著地減小車輛部件在關鍵位置(即接近熱元件之處)的變形。

根據一個實施例，加強層是填充有纖維的加強層，尤其是預浸漬纖維復合(“prepreg”即預浸漬料)層。換句話說，加強層可以包括熱塑性材料和纖維。纖維可以是切割纖維，或者是編織或非編織的長或連續的纖維。纖維優選地以纖維編織墊的形式被包含，更優選地以玻璃纖維編織墊的形式被包含。然而，也可以使用碳纖維、天然纖維或聚合物纖維(例如聚酰胺纖維)。熱塑性材料被配置為能夠焊接到儲箱的材料，并且可以是聚烯烴材料，尤其是聚乙烯材料，例如高密度聚乙烯。為了改善纖維與熱塑性材料之間的兼容性，纖維的表面可以用兼容化物質(比如硅烷或反應性結合劑)處理。優選地，熱塑性材料中的熱塑性材料含量低于50％，更優選地低于30％。優選地，纖維含量高于50％，更優選地高于70％。可以在本申請人名下的專利申請FR2957296-A1中找到關于合適的加強層的更多細節，該專利申請被通過引用包含于此。

優選地，加強層的厚度介于0.1到2.5mm之間，更優選地介于0.5到1.5mm之間。優選地，根據ASTM D638測試方法測量的加強層的拉伸模量高于3000MPa。

在一個優選實施例中，熱屏蔽材料包括絕熱材料的絕熱層，所述絕熱層被與加強層貼抵地設置。這樣的絕熱層將減少傳遞給車輛部件的熱量。優選地，該絕熱材料是泡沫材料，例如聚氨酯泡沫。這樣的泡沫材料可以與加強層貼抵地膠合(例如用氰基丙烯酸酯膠)。優選地，絕熱材料的熱導率(K值)低于0.06W/mK，更優選地低于0.04W/mK。例如，在25攝氏度下，通常而言，聚乙烯的熱導率大約為0.44W/mK，聚酰胺6的熱導率大約為0.29W/mK，聚氨酯泡沫的熱導率大約為0.03W/mK。優選地，根據ASTM D638測試方法測量的絕熱材料的拉伸模量高于900MPa。由此，絕熱層可以進一步有助于剛度，并且可以減小車輛部件變形的趨勢。在一個優選實施例中，絕熱層的厚度介于1到10mm之間，更優選地介于3到7mm之間。

在一個可能的實施例中，熱屏蔽材料包括形成熱屏蔽裝置的外層的反射層，所述反射層被配置為用于反射熱輻射。通過反射熱輻射，更少的熱量被傳遞給車輛部件。優選地，該反射層是金屬層。在一個示例性實施例中，反射層是厚度小于0.5mm的薄的鋁片材。當存在絕熱層時，反射層可以粘合到該絕熱層。當沒有設置絕熱層時，反射層可以粘合到加強層。通過使用與反射金屬層組合的加強層，加強層能夠阻止車輛部件在模制后的收縮，并確保反射金屬層的正確的布置。

在一個替代性實施例中，熱屏蔽材料包括至少布置在熱屏蔽裝置的外層中的金屬顆粒，使得在所述外層處反射熱量。這樣的金屬顆粒可以包含在加強層或位于加強層或絕熱層(如果存在絕熱層的話)上方的單獨的層中。也可以施加熱反射(或“熱量反射性”)覆層或漆層。

車輛部件可以是儲箱。該儲箱可以是車輛用的燃料儲箱或添加劑儲箱。該儲箱可以包括第一殼體和第二殼體，其中所述第一殼體和第二殼體的邊緣相互連接以使得所述第一殼體和第二殼體一起形成限定內部體積的容器。在這樣的實施例中，加強層可以例如通過包覆模制來焊接到第一殼體或第二殼體。儲箱由熱塑性材料制成。術語“熱塑性材料”應被理解為指任何熱塑性聚合物(包括熱塑性彈性體)及其混合物。術語“聚合物”應被理解為既指均聚物也指共聚物(尤其是二元或三元共聚物)。這樣的共聚物的例子有：無規共聚物、線性嵌段共聚物、其它嵌段共聚物和接枝共聚物。經常使用的一種聚合物是高密度聚乙烯(HDPE)。然而，用其它聚烯烴、用聚酰胺、用熱塑性聚酯、用聚酮以及用這些材料的共聚物也可以獲得良好的結果。而且，也可以使用不同聚合物或共聚物的混合物(可選地混有添加劑)。儲箱可以是單層儲箱或包括一個或更多個阻擋層(barrier layers)的多層儲箱。

術語“燃料儲箱”應被理解為指能夠在各種多變的環境和使用條件下存儲燃料的大致不可滲透的儲箱。優選地，燃料儲箱還包括燃料不可滲透樹脂、例如EVOH(部分水解乙烯/乙酸乙烯酯共聚物)的層。替代地，儲箱可以經受表面處理(氟化或磺化)以使其對于燃料不可滲透。包括處于兩個HDPE層之間的EVOH層的多層燃料儲箱被成功地用于本發明的情況。

術語“添加劑儲箱”應被理解為指能夠在各種多變的環境和使用條件下存儲添加劑的大致不可滲透的儲箱。添加劑通常是氨母體溶液。

車輛部件可以是充裝管。加強層于是可以被焊接到充裝管的外壁。充裝管是用于給儲箱充裝流體的管。通常，充裝管具有介于20到60mm之間、更優選地介于25到50mm之間的直徑，和大于15cm的長度。

根據本發明的第二方面，提供了一種包括由熱塑性材料制成的壁的車輛部件的制造方法，該制造方法包括將熱屏蔽裝置粘合到所述壁的粘合步驟，其特征在于，該粘合步驟包括上文所述的焊接熱屏蔽裝置的方法的步驟。

根據一個具體實施例，車輛部件是燃料儲箱。

根據另一具體實施例，車輛部件是充裝管。

本發明的方法集成了將熱屏蔽裝置焊接到車輛部件的壁的步驟，而無需設置單獨的焊接步驟。換句話說，這意味著在吹氣模制過程期間同時焊接熱屏蔽裝置。吹氣操作被設置用于成型片材并用于將熱屏蔽裝置焊接到車輛部件的壁。

與機械保持裝置相比，通過焊接實現的熱屏蔽裝置的固定提供了上文所述的益處。

在另一實施例中，熱屏蔽裝置被引入模具中以使其貼抵著模具的內壁。在該情況下，熱屏蔽裝置位于朝向車輛部件外部的片材部分上。

附圖說明

附圖被用來圖示本發明的裝置目前優選的非限制性的示例性實施例。通過結合附圖閱讀以下詳細的說明，本發明特征和主題的上文所述的以及其它的優點將變得更明顯，并且將更好地理解本發明，在附圖中：

圖1示意性地示出了根據本發明的一個實施例的具有熱屏蔽裝置的車輛儲箱的橫截面；

圖2示出了圖1的局部II的詳細橫截面；

圖3示出了圖2的橫截面的一個變型；

圖4A至圖4C示出了用于本發明實施例中的熱屏蔽裝置的三個變型的橫截面；以及

圖5至圖7示意性地示出了本發明的方法的一個實施例。

具體實施方式

圖1和圖2示出了由熱塑性材料(例如HDPE)制成的車輛儲箱10(在此為鞍形儲箱)的第一實施例，其中熱屏蔽裝置20被粘合到儲箱10的外壁、尤其是儲箱10底部中的凹處的壁部分。如圖2所示，熱屏蔽裝置20包括加強層21、絕熱層22和反射層23。加強層21由熱塑性材料(例如HDPE)制成，該熱塑性材料能夠被焊接到車輛儲箱的熱塑性塑料。加強層21被焊接到外壁10。在該實施例中，熱屏蔽材料包括絕熱層22和反射層23。這些層22、23被配置為用于減少穿過加強層21到車輛儲箱的熱傳遞。

優選地，加強層21是填充有纖維的加強層，更特別地是預浸漬纖維復合層，即所謂的預浸漬料層。換句話說，加強層21可以包括熱塑性材料和纖維。纖維可以是切割纖維，或者是編織或非編織的長或連續的纖維。優選地，纖維以纖維編織墊、更優選地以玻璃纖維編織墊的形式被包含。優選地，加強層21的厚度t2介于0.1到2.5mm之間，更優選地介于0.5到1.5mm之間。通常，儲箱10的壁的厚度t1介于2到10mm之間，優選地介于3到8mm之間。

絕熱層22被布置為與加強層21貼抵。這樣的絕熱層22將減少傳遞給儲箱10的熱量。優選地，絕熱層22由泡沫材料(例如聚氨酯泡沫)制成。這樣的泡沫材料可以與加強層21貼抵地膠合。優選地，該泡沫材料的熱導率(K值)低于0.06W/mK，更優選地低于0.04W/mK。在一個優選實施例中，絕熱層22的厚度t3介于1到10mm之間，更優選地介于3到7mm之間。

反射層23形成熱屏蔽裝置20的外層，并被配置為用于反射熱輻射。通過反射熱輻射，更少的熱量被傳遞給車輛儲箱。優選地，反射層23是金屬層。在一個示例性實施例中，反射層23是厚度t4小于0.5mm的薄的鋁片材。反射層23可以被粘合(例如膠合)到絕熱層。當沒有設置絕熱層22時，反射層23可以被粘合到加強層21，參見圖3的變型。

圖4A至圖4C示出了用于本發明的車輛部件中的熱屏蔽裝置的三個示例性實施例。在圖4A的實施例中，通過在兩個HDPE層之間包含纖維墊來形成(例如壓縮模制)加強層21。泡沫層22與加強層21貼抵地布置(例如膠合)。呈薄的鋁片材形式的反射外層23與泡沫材料貼抵地固定(例如膠合)。這樣的熱屏蔽裝置可以通過其HDPE外層被焊接到車輛部件(比如儲箱或充裝管)的壁。在圖4B的實施例中，不包含纖維的HDPE層形成加強層21。泡沫層22與加強層21貼抵地布置(例如膠合)。沒有設置反射層。在圖4C的實施例中，加強層21是通過與HDPE層貼抵地布置纖維墊或在HDPE層中布置纖維墊形成的。呈薄的鋁片材形式的反射外層23與該纖維材料貼抵地固定(例如膠合)。

圖5至圖7示出了根據本發明的由熱塑性材料來吹氣模制車輛儲箱的方法的一個實施例。在該實施例中，如下文所述地在儲箱上包覆模制熱屏蔽裝置。該方法包括將熱屏蔽裝置20、20’粘合到車輛儲箱的壁。在第一步驟中，一個或多個熱屏蔽裝置20、20’被置于模具30、30’當中。然后，由借助于擠出模50的成型工具60而置入模具當中的管狀壁部分10來吹氣模制儲箱。熱屏蔽裝置20、20’和模具30、30’的溫度使得加強層被焊接到儲箱的熱塑性材料10。可選地，可以在模具中設置額外的加熱裝置40、40’以用于加熱熱屏蔽裝置20、20’。

在一個替代性實施例中，有利地可以使用如本申請人名下的較早專利申請WO2007/000454A1、WO2011/110480A1中所述的雙片材吹氣模制工藝(Twin Sheet Blow Molding Process，簡稱TSBM)。在該情況下，熱屏蔽裝置被粘合到被擠出的片材上而不是管狀壁部分。

熱屏蔽裝置20、20’包括加強層和熱屏蔽材料，其中加強層由被焊接到儲箱的熱塑性材料的這樣的熱塑性材料制成，熱屏蔽材料與所述層的熱塑性材料不同、且被配置為用于減少穿過加強層到儲箱的熱傳遞。在一個可能的實施例中，在吹氣模制之后，在預定時間段內將模具30、30’保持在預定溫度，以獲得加強層與吹氣模制的儲箱的壁10的良好的附著。在一個可能的實施例中，在將熱屏蔽裝置20、20’置于模具30、30’當中之前，加熱熱屏蔽裝置20、20’以使其加強層的熱塑性材料達到熔融狀態。而且，可以在將熱屏蔽裝置20、20’置于模具30、30’當中之前預成型熱屏蔽裝置20、20’。

根據一個未示出的替代性實施例，熱屏蔽裝置與車輛儲箱或充裝管的粘合包括與已模制好的車輛儲箱或充裝管的外壁貼抵地焊接該熱屏蔽裝置。

在一個優選實施例中，熱屏蔽裝置20、20’包括絕熱材料的絕熱層，所述絕熱層與加強層貼抵地布置。優選地，絕熱材料是泡沫材料。附加地或替代地，熱屏蔽裝置20、20’可以包括反射層(例如金屬層)，該反射層構成熱屏蔽裝置的外層，所述反射層被配置為用于反射熱輻射。這樣的反射層可以與加強層或絕熱層(如果存在該層的話)貼抵地膠合。替代地，反射層可以與加強層壓合在一起。在一個優選實施例中，反射層是薄的鋁片材。

以上示出的實施例涉及儲箱，但本領域技術人員應理解本發明的技術特征和認識可以同樣地應用于充裝管。

盡管以上結合特定實施例闡述了本發明的原理，應理解這些說明僅是作為例子做出的，并不構成對保護范圍的限制，保護范圍由所附權利要求決定。