專利名稱：結構增強系統的制作方法
結構增強系統
背景技術：
客車、貨車、輪船、火車和飛機一般都包括帶有多個中空腔體的框架。通常，在這些產品中制出多個中空腔體是為了減輕產品的總重量以及減少材料成本。然而，在框架中采用多個中空腔體可能會降低該框架的總體強度，同時還可能會增加車輛的其它部件中的噪音和振動。為了緩解這些問題以及其它負面影響，中空腔體通常包括增強件 (reinforcements)(包括各種可膨脹材料)。這類增強件能夠在增加產品結構剛度 (stiffness)的同時減少噪音和振動，從而允許重量和材料成本顯著減小。一些當前的增強系統包括應用于剛性載體的可膨脹泡沫。泡沫在生產過程中膨脹，同時在泡沫接觸到中空腔體的壁時將剛性載體固定在適當的位置。通過采用新穎的形狀、材料和結構，增強系統能夠提供額外的結構增強(件)和其它優點。
發明內容
因此，本發明的一個目的是提供更好的結構增強系統。根據本發明，通過獨立權利要求所述的特征可實現此目的。可以看到，本發明的優點尤其在于，當可膨脹材料膨脹時，粘合劑從存放位置被移動到結合位置。從屬權利要求將顯露本發明的其它優選實施例。
圖1是具有多個腔體的汽車框架的立體圖。圖2是激活(activation)前在結構本體的水平腔體中的結構增強系統的立體圖。圖3是激活前在結構本體的水平腔體中的結構增強系統的側向剖視圖。圖4是激活后在結構本體的水平腔體中的結構增強系統的側向剖視圖。圖5是激活前在結構本體的水平腔體中的另一個結構增強系統的側向剖視圖。圖6是激活后在結構本體的水平腔體中的另一個結構增強系統的側向剖視圖。
具體實施例方式這里公開了結構增強系統的各種實施例。該系統增強各種產品內的中空腔體，以增加產品的結構剛性。該系統通常包括剛性載體、可膨脹材料和粘合劑。剛性載體提供腔體內的主要的(primary)結構增強(reinforcement，增強件)，并且還用作基底來承載可膨脹材料和粘合劑。可膨脹材料被放置在載體內，而粘合劑被放置在可膨脹材料的頂部上。該系統被構造成使得當可膨脹材料膨脹時，粘合劑將被推靠在腔體壁上并結合到剛性載體和腔體壁。圖1示出了包括多個腔體的車輛框架10，所述腔體能夠利用所公開的結構增強系統而得以增強。這類腔體可以是任何尺寸、形狀或取向，而且可由任何材料(包括各種金屬、復合材料和/或塑料)形成。比如，在車輛框架10的各種部件(包括A-支柱12、B-支柱14、搖臂(rocker) 16、框架導軌(frame rails) 18、油箱密封器20和保險杠22)內都能找到車輛框架10中的潛在可增強腔體。一般地，通過增強車輛框架10內的這類中空腔體，車輛框架10的結構剛性能夠被極大地提高。當然，所公開的結構增強系統也能用于各種車身板件、門和其它車輛部件中，而不限于車輛框架內的中空腔體。圖2，圖3和圖4描述了結構增強系統30的一個實施例，該結構增強系統30用于增強車輛框架10內的腔體40。腔體40可以是車輛框架10內的任何腔體，并且一般包括至少一個內部腔體壁42。通常，系統30將被設計成用于特定的腔體40，比如在A-支柱12 內，但是系統30通常也能夠被設計成適于不同尺寸的腔體。系統30可以被設計成適于腔體40的一部分，或者，也可設計成適于或充滿整個腔體40。系統30通常被放置在腔體內并且一般包括剛性載體32、膨脹材料34和粘合劑36。載體32通常是剛性結構，其能夠在腔體40內提供結構增強(件)，并且為膨脹材料34和粘合劑36提供基體或基底。載體32可由單個材料形成，或者可由緊固在一起的多個單獨的組件形成。載體32可由多種不同的材料(包括各種金屬、塑料、復合材料以及包括各種聚酰胺的類似物等)制成。當然，還可以根據具體的應用場合來決定具體的某種材料或多種材料。載體32可形成為各種形狀和結構，其包括圓柱形的、矩形的、波狀外形的、 成角度的、彎曲的、弧形的和/或平坦的部分，包括被設計成適于(裝配在)腔體40內的許多種形狀組合。如圖2、圖3和圖4所示，載體32包括多個肋，所述肋均勻地間隔，而且一般通過一個或多個正交壁(perpendicular wall)而連接。比如，如圖2所示，載體32包括多個肋和連接這些肋的大體正交的連接壁33。當然，載體32可被構造成包括許多的肋和連接壁33。比如，載體32可以包括設置在肋的外表面上的連接壁33。一般地，每個肋包括外露的豎直(vertical)表面和外露的水平(horizontal，橫向)表面，所述水平表面定位成緊鄰腔體壁42。如圖3所示，各個肋的外露表面通常為粘合劑36提供結合表面，這將在下文進行更詳細地說明。載體32可以包括各種化學的或機械的緊固件，這些緊固件將系統30保持在腔體 40內的適當位置。通過使用多種不同的方法或者材料(包括使用化學結合劑、機械緊固件和/或包括粘合劑36在內的粘合劑)可以將載體32初步地安置或固定在腔體40中。比如， 通過使用一個或多個夾子，或某種其它的機械緊固件可以將載體32固定在適當的位置。可替代地，載體32可具有腿支撐件(未圖示)，以在不使用任何機械的或化學的緊固件的情況下，將載體32保持在腔體40中。而且，腔體40可包括各種特征(包括支架、支腿、凸出部等)，以將系統30保持在特定的位置和/或取向上。顯然，載體32將膨脹材料34和粘合劑 36保持在腔體40內的適當位置。載體32通常將膨脹材料34和粘合劑36保持在保持區域38中。通過采用任何可行的方法(包括化學的或機械的緊固件，諸如膠水、粘合劑或機械夾子)將膨脹材料34和粘合劑36保持在保持區域38中。載體32 —般包括至少一個保持區域38以容納膨脹材料 34和粘合劑36。如圖2、圖3和圖4所示，載體32包括多個豎向取向的保持區域38，所述保持區域38在整個載體32中被周期性地間隔開(periodically spaced) 0如圖3所示，系統30被構造成使膨脹材料34被粘合劑36大體覆蓋。換言之，膨脹材料34提供內芯或內層，而粘合劑36提供外層。通常，這兩層(膨脹材料34和粘合劑36)被構造成，在激活之前使系統30與壁42之間保留有預膨脹間隙44。設置預膨脹間隙 44使得制造商能夠將液體涂料涂覆到腔體40內的壁42上，同時也允許更大的組裝公差。通常，系統30被構造成使得當膨脹材料34被激活時，粘合劑36被推出保持區域 38并與腔體壁42接觸。在激活過程中，膨脹材料34和粘合劑36都從固態(固相)或可成形的面團(formable dough)的狀態向液態(液相)或大體液態轉變。膨脹材料34膨脹， 從而迫使粘合劑36流出保持區域38并與載體32的外部及壁42接觸，進而基本上充滿預膨脹間隙44。激活過程之后，粘合劑36固化并轉變成大體固態(固相)，而且具有足夠的強度來增強腔體40。由于粘合劑36直接結合到腔體壁42和載體32上，因此膨脹材料34 一般只用于將粘合劑推送到其位置上而不必用作內部結構增強件。所以，系統30不必依賴可膨脹材料34來提供腔體40內的內部結構增強，而是可以依賴于通過粘合劑36直接結合到腔體壁42上的載體32。圖3示出了在激活可膨脹材料34或粘合劑36之前的腔體40內的系統30。在激活之前，膨脹材料34處于非膨脹狀態，并占據載體32內的空間(比如在保持區域38內)。 通常，在車輛制造過程的初期，系統30被放置在車輛框架10內的腔體40中。在后期，車輛框架10要經歷熱處理或烘烤過程(比如在噴漆的過程中)。一般地，膨脹材料34和粘合劑36都是熱激活的材料，并且像這樣保持未激活狀態直到被施加熱量。當膨脹材料34和粘合劑36被熱量激活時，粘合劑36的熔化或激活溫度可以較低，以便在膨脹材料34開始膨脹前，粘合劑36轉變成大體液態。可替代地，可膨脹材料34和粘合劑36的激活溫度可以相對接近。可替代地，膨脹材料34的激活溫度低于粘合劑36的激活溫度，使得在粘合劑 36轉變成大體液態之前，膨脹材料開始膨脹。盡管一般是通過施加熱量來產生激活，但是系統30也能夠通過各種其它的電處理或化學處理(包括使用微波、超聲波、輻射、電流、化學反應等)來激活。合適的激活方法可以取決于若干因素，其包括用于膨脹材料34和粘合劑 36的材料種類。圖4示出了在經歷激活過程之后腔體40內的系統30。在激活過程之后，可膨脹材料34和粘合劑36固化，轉變成固態或熱固態。如圖4所示，粘合劑36將載體32結合到壁42上，并基本上充滿預膨脹間隙44。另一方面，膨脹材料34基本保持在保持區域38的范圍內并且不接觸腔體40的壁42。這樣的構造提供了一個超強的增強系統，因為許多傳統的粘合劑能夠提供比傳統的結構泡沫更好的機械強度或剛度。與傳統的增強系統不同，系統30不依賴于膨脹材料34來提供腔體40內的結構增強。相反，首先是由載體32來提供結構增強，其次由粘合劑36來提供結構增強。像這樣，系統30可以以多種方式被構造成確保膨脹材料34將粘合劑36推出并使粘合劑36抵靠腔體40內的壁42，所公開的實施例僅是多個這種構造的示例而已。圖5和圖6還示出結構增強系統30的另一種構造。如圖所示，載體32包括水平取向的保持區域38，所述保持區域38包括周期性的開口(periodic opening)39。如圖5 和圖6所示，載體32包括細長的(elongated)剛性本體，所述剛性本體包括周期性的開口 39。可膨脹材料34被放置在開口 39中間，粘合劑36被放置在可膨脹材料34的區塊中間。 如圖6所示，在激活過程中，可膨脹材料34沿水平方向膨脹，迫使粘合劑36通過開口 39而出。粘合劑36于是基本上充滿預膨脹間隙44并將腔體壁42結合到載體32。可膨脹材料34可以是在激活過程中膨脹的任何材料(包括結構泡沫和非結構泡沫)。例如，可膨脹材料34可以是非結構性的可膨脹泡沫，比如，美國密歇根州麥迪遜海茨市的 Sika 公司(Sika Corporation of Madison Heights, Mich.)銷售的 SikaBaffle (Sika 擋板)。在 Hanley 等人申請的美國專利 No. 5，266, 133 和 No. 5，373，027 中描述了 SikaBaffle，其公開內容以引用方式并入本文。可替代地，如果期望增強性能較好而膨脹較少，則可膨脹材料34可以采用增強材料或結構泡沫，比如，Sika公司銷售的名為 SikaReinforcer (Sika增強件)的增強材料或結構泡沫。在美國專利No. 6，387，470中描述了屬于Sika公司的一系列可熱膨脹的材料，該專利文獻的全部內容以引用方式并入本文。 可膨脹材料34也可以是其它的可熱膨脹的材料，比如，Sika公司所銷售的SikaF0am(Sika 泡沫)。而且，可膨脹材料34可以被外部熱源激活，或者可以通過放熱反應內部激活。此外， 可膨脹材料34也可以通過某些其它方法激活(包括使用電流、微波、超聲波、輻射等)。通常，可膨脹材料34所用的激活過程與粘合劑36所用的激活過程相同，盡管可想得到的是， 這兩者可以使用不同的激活過程。粘合劑36通常是熱固的單組分環氧樹脂劑配方，其在激活之前是固體或可成形的面團狀。合適的液態環氧樹脂包括諸如DER液態環氧樹脂(其通過美國密歇根州中部的Dow化學公司(Dow Chemical Co.)可在市場上買到)和EPON液態環氧樹脂(其通過美國德克薩斯州休斯敦市的銳意卓越產品公司(Resolution Performance Products in Houston, Texas)可在市場上買到)的雙酚A環氧樹脂。粘合劑36也可以是Sika公司所銷售的SikaPower (Sika強力粘合劑)。粘合劑36可以是任何其它熱固性物質(thermoset)， 只要該熱固性物質能夠轉變狀態并能夠將載體32結合到壁42。而且，粘合劑36可以是能夠經受上述激活過程的任何其它合適的結合劑。可膨脹材料34和粘合劑36也可以包括各種添加劑。合適的添加劑包括色素、 著色劑、阻燃劑、稀釋劑、偶聯劑、增韌劑、化學發泡劑、物理發泡劑、微量固化促進劑(cure accelerators)、分散劑、潤濕劑、消泡劑、抗氧化劑、紫外線吸收體、諸如HALS的光穩定劑和諸如橡膠顆粒的增強劑，等等。盡管參照上述優選和可替代的實施例對本發明進行具體說明和描述，但是本領域技術人員應該理解的是，在不背離以下權利要求所限定的本發明的精神和范圍的情況下， 在實施本發明的過程中可以采用本文所描述的本發明實施例的各種替代方案。以下權利要求試圖限定本發明的范圍，并且試圖涵蓋落在這些權利要求及其等效方案的范圍內的方法和裝置。應該理解的是，本發明的該說明內容包括此處所描述的部件的所有最新和非顯而易見的組合，而且在該申請或隨后的申請中要求保護這些部件的任何最新或非顯而易見的組合方案。上述實施例是示例性的，而且對于在該申請或隨后的申請中所要求的所有可能的組合方案而言，沒有單個特征或部件是必要的。
權利要求
1.一種結構增強系統(30)，包括:剛性載體(32)；粘合劑(36)；和可膨脹材料(34)，所述可膨脹材料設置為鄰近所述剛性載體(3 和所述粘合劑(36)， 從而當所述可膨脹材料(34)膨脹時，所述可膨脹材料使所述粘合劑(36)從存放位置移動到結合位置。
2.如權利要求1所述的結構增強系統(30)，其中，所述剛性載體(32)包括通過多個內壁G2)互連的多個肋。
3.如權利要求1或2所述的結構增強系統(30)，其中，所述剛性載體(32)包括由多個肋限定的保持區域(38)。
4.如前述權利要求中的任一項所述的結構增強系統(30)，其中，所述剛性載體(32)包括大體細長的中空本體，所述中空本體具有多個開口，從而限定至少一個保持區域(38)。
5.如前述權利要求中的任一項所述的結構增強系統(30)，其中，所述可膨脹材料(34) 是結構泡沫和非結構泡沫中的一種，并且所述粘合劑(36)是熱固環氧樹脂。
6.如前述權利要求中的任一項所述的結構增強系統(30)，其中，所述粘合劑(36)被基本上設置在所述剛性載體(3 內的保持區域(38)中，當所述可膨脹材料(34)膨脹時，所述粘合劑(36)被所述可膨脹材料(34)沿所述剛性載體(3 的外表面推動。
7.如前述權利要求中的任一項所述的結構增強系統(30)，其中，所述可膨脹材料(34) 和所述粘合劑(36)通過至少一種激活過程被激活，所述激活過程從包括熱、電流、微波、超聲波和輻射的組中選出。
8.如前述權利要求中的任一項所述的結構增強系統(30)，其中，所述可膨脹材料(34) 在激活過程中膨脹，從而推動所述粘合劑(36)離開所述剛性載體(3 內的保持區域(38)。
9.一種增強腔體GO)的方法，包括形成剛性載體(32)，其中，所述剛性載體(3 形成為裝配在車輛框架(10)內的腔體 (40)的一部分中；將可膨脹材料(34)附接到所述載體(3 ；以及將粘合劑(36)附接到所述載體(32)，其中，所述可膨脹材料(34)和所述粘合劑(36) 被構造成，當所述可膨脹材料(34)膨脹時使所述粘合劑(36)從存放位置移動到結合位置。
10.如權利要求9所述的方法，還包括形成所述剛性載體(3 以便包括通過多個內壁 (42)互連的多個肋。
11.如權利要求9或10所述的方法，還包括形成所述剛性載體(3 以便包括由多個肋限定的保持區域(38)。
12.如權利要求9到11中任一項所述的方法，還包括形成所述剛性載體(3 以便包括大體細長的中空本體，所述中空本體具有多個開口，從而限定至少一個保持區域(38)。
13.如權利要求9到12中任一項所述的方法，其中，所述可膨脹材料(34)是結構泡沫和非結構泡沫中的一種，并且所述粘合劑(36)是熱固環氧樹脂。
14.如權利要求9到13中任一項所述的方法，還包括將所述粘合劑(36)大體設置在所述剛性載體(3 中的保持區域(38)內，其中，當所述可膨脹材料(34)膨脹時，所述可膨脹材料(34)致使所述粘合劑(36)沿著所述剛性載體(3 的外表面移動。
15.如權利要求9到14中任一項所述的方法，其中，所述可膨脹材料(34)和所述粘合劑(36)通過至少一種激活過程被激活，所述激活過程從包括熱、電流、微波、超聲波和輻射的組中選出。
16.如權利要求9到15中任一項所述的方法，還包括將所述載體(32)、所述可膨脹材料(34)和所述粘合劑(36)構造成在激活之前使車輛框架(10)內的腔體壁0 與所述載體(32)之間保持預膨脹間隙。
17.如權利要求9到16中任一項所述的方法，還包括將所述可膨脹材料(34)放置在所述載體(3 內的保持區域(3 中，以及將所述粘合劑(36)層鋪在所述可膨脹材料(34) 上。
18.如權利要求9到17中任一項所述的方法，還包括將所述載體(3 改型成包括至少一個開口(39)，其中，所述開口(39)被構造成控制所述粘合劑(36)的流動，從而當所述可膨脹材料(34)膨脹時，引導所述粘合劑(36)接觸所述載體(3 的外表面。
19.一種結構增強系統(30)，包括剛性載體(32)，所述剛性載體具有保持區域(38)，其中，所述載體(3 被構造成裝配在車輛框架(10)的腔體00)內；可膨脹材料(34)，所述可膨脹材料設置在所述載體(3 的所述保持區域(3 內；粘合劑(36)，所述粘合劑設置在所述載體(3 的所述保持區域(38)內，其中，所述可膨脹材料(34)和所述粘合劑(36)被設置成，當所述可膨脹材料(34)膨脹時，所述可膨脹材料(34)致使所述粘合劑(36)移動離開所述保持區域(38)，并且與所述載體(32)的外表面和所述腔體GO)的內壁接觸。
20.如權利要求19所述的結構增強系統(30)，其中所述剛性載體(32)包括大體細長的中空本體，所述中空本體具有多個開口(39)。
全文摘要
本發明公開了結構增強系統(30)的各種實施例。該系統(30)使各種產品內的中空腔體(40)得以增強，從而增加所述產品的結構剛性。該系統(30)一般包括剛性載體(32)、可膨脹材料(34)和粘合劑(36)。可膨脹材料(34)和粘合劑(36)被放置在載體(32)內，使得當可膨脹材料(34)膨脹時，粘合劑(36)移動以被定位成將剛性載體(32)結合到腔體壁(42)。
文檔編號B62D25/04GK102317140SQ200980156991
公開日2012年1月11日 申請日期2009年2月27日 優先權日2009年2月27日
發明者托馬斯·克勞夏爾 申請人:Sika技術股份公司