专利名称：降低了表面纤维读出的模塑纤维面板及其模塑方法
技术领域：
本发明总的涉及一种降低了表面纤维读出的模塑纤维面板及其模塑方法。
背景技术：
液体模塑的结构组件已被应用于汽车装饰面板，但由于在固化和模塑部件的冷却过程中的树脂收缩而导致的称之为“纤维读出”(fiber readout)的表面外观的因素，这种应用的范围受到制约。为了降低树脂收缩，已经提出了各种方法，诸如掺入填充剂和低型面(low profile)添加剂、以及选择低固化收缩率和低固化温度的树脂等。但由于某些实际限制，这些方法通常不会将纤维读出减小到可接受的水平。由此，开发出了用富树脂表面层掩盖纤维读出的其它的方法。其方法之一是使用一个在对该部件进行模塑之前放置在纤维塑坯(fiberpreform)上方的面罩。然而，由于该方法对于在相对低的纤维容积率下使用高成本的小粗纤维时的有效性，它只具有有限的成功率。另一种方法是，通过手工涂敷、粉刷或喷涂工艺，首先涂敷一种B级树脂膜或一种树脂凝胶涂料到工具表面上。然后将该纤维塑坯装入到模塑工具中进行树脂浸渗和固化。使用树脂膜或凝胶涂料的模塑周期一般为小时的数量级，这使得这些方法仅仅对于一年几百个部件的产量才经济可行。
为了进一步降低纤维读出，已尽量在整个模塑周期中保持部件的外表面紧密接触模塑工具表面。这种方法的一个例子是在部件的背面和工具表面之间放置一片橡胶片，当该工具首次被闭合并被施压时，该橡胶片被模塑压力压缩。在固化步骤之后，压缩橡胶延伸到由收缩的树脂产生的自由空间，由此恒定地将部件暴露在模塑腔的压力下。然而由于橡胶有限的耐用性和一致性，该方法也通常只对于低产量才可行，并且橡胶片的存在还会引起热量从压力面流到部件的背面，这会导致不均匀的加热和更长的周期时间。
因此，在本技术领域中需要一种能克服这些缺陷的模塑纤维面板及其模塑方法。
发明内容
本发明的实施方式揭示了一种模塑纤维面板，其具有一种纤维材料，该纤维材料具有一个芯与一个外表面，在芯上设置有相对低密度的填充材料，且在外表面上设置有相对高密度的填充材料。该外表面具有等于或小于约2微米的模塑表面平均粗糙度。
本发明的其它实施例揭示了一种模塑纤维面板的方法。将一种第一填充材料涂敷到一种纤维材料中以产生一种浸渍纤维材料。将该浸渍纤维材料进行模塑塑坯并部分地固化来形成一种凝胶纤维塑坯。对该塑坯进行模塑并涂敷一种第二填充材料以形成模塑塑形。固化该模塑塑形以形成模塑面板。该方法产生的模塑面板的外表面具有等于或小于约2微米的模塑表面平均粗糙度。
本发明的其它实施例揭示了由前述方法制成的前述模塑纤维面板。
参见示例的附图，其中相同的元件用相同的数字表示；图1根据发明的实施例以方块图的方式描绘了示例的方法；图2描绘了本发明的实施例中使用的示例纤维材料；图3描绘了图2的纤维材料的截面图；以及图4和5描绘了用于分析本发明的实施例的表面糙度的光学读出的艺术处理(artistic rendition)。
具体实施例方式
本发明的实施例提供一种减少液体模塑结构组件表面的纤维读出的方法，该组件表面可用于汽车面板和其它要求美容装饰的外观。通过对树脂浸渗纤维垫进行模塑塑坯并仅部分地固化，然后可以对该部分固化的塑坯进行模塑并用表面树脂进行整体固化以形成最终的具有降低的纤维读出的部件(面板)。同时，作为一种示例的纤维垫，此处描述的实施例可以具体为玻璃，应当了解的是，本发明也可应用于其它的纤维垫材料，如棉、聚酯、碳或其它合适的材料等。
图1是模塑一个纤维面板的示例性方法实施例100，该面板用作所需的美容装饰外表面的汽车面板。在105处，一种第一填充材料110被添加到具有芯120与外表面125的纤维材料115中，由此产生一种浸渗纤维材料130。在135处，将浸渗纤维材料130成形并通过工具140进行部分固化以产生一个凝胶纤维塑坯150。在145和155处，该塑坯150被传输到工具160内。在170处，闭合工具160并且通过注射模塑或其它合适的方式，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处，在工具160中固化表面模塑塑形180，由此产生一个模塑面板190，该模塑面板190在195被去模。在一个实施例中，模塑面板190具有一个外表面125，其具有等于或小于约2微米的平均表面粗糙度(Ra)，该值是由Wyko NT 3300三维光学显廓(Profiling)系统(从制造商Veeco器械公司购得)测量的。如此处所使用的，术语“模塑面板”指的是在去模阶段195处从工具160获得的、不需要任何再次加工、打磨、抛光或添加其它填充剂的面板。在另一实施例中，模塑面板190的外表面125具有等于或小于约1微米的平均表面粗糙度(Ra)。
在获得约0.8微米的模塑表面Ra的第一示例实施例中，纤维材料115是一种Rovcloth 2454玻璃纤维的三层结构(从制造商Fiber Glass工厂购得)，其具有F2/30的面罩(从制造商Owens Corning购得)，第一填充材料110是乙烯基酯树脂(从Ashland特种化学购得的Arotech Q6055)，它含有约15重量百分比的低型面添加剂(LPA)(从Ashland特种化学购得的Epoxalloy 2110)和约60重量百分比的碳酸钙(CaCO3)(从制造商Imerys购得的Camel-Fil)，且第二填充材料175是乙烯基酯树脂，其含有约0重量百分比LPA和约60重量百分比的碳酸钙(CaCO3)。模塑塑坯135是在室温(约20摄氏度，deg-C)和约2.4MPa(兆帕)的条件下在工具140中进行约40分钟形成的，而模塑170和固化185是在约70deg-C和约0.7MPa的常压条件进行约20分钟形成的。
虽然示例的实施例可以特定的纤维材料和特定的树脂成分来描述，但本发明并不局限于此。例如，在获得约0.9微米的模塑表面Ra的第二示例实施例中，纤维材料115是没有面罩的2454玻璃纤维的三层结构，第一填充材料是含有约10重量百分比的LPA和约60重量百分比的CaCO3的乙烯基酯树脂，并且第二填充材料是含有约10重量百分比的LPA和约60重量百分比的CaCO3的乙烯基酯树脂。在获得约2.0微米的模塑表面Ra的第三示例实施例中，纤维材料115是没有面罩的2454玻璃纤维的三层结构，第一填充材料是含有约0重量百分比的LPA和约60重量百分比的CaCO3的乙烯基酯树脂，并且第二填充材料是含有约0重量百分比的LPA和约30重量百分比的CaCO3的乙烯基酯树脂。
虽然已知可使用含低型面添加剂(LPA)的树脂来降低模塑面板的表面糙度，前面的第一实施例显示了，使用约0重量百分比的LPA的第二填充材料175能得到等于或小于约1微米的表面Ra。更重要的是，本发明的实施例可以使用不同的填充材料110和175。相对而言，通过使用具有比填充材料175更低的密度的填充材料110，可以制造重量更轻的外观面板。尽管已试图通过例如使用泡沫填充剂来制造重量更轻的外观面板，但这种方法只能取得有限的成功，因为面板表面存在的泡沫填充济可能严重降低模塑面板的表面质量。对于填充剂110和175使用不同材料的另一优点在于增加了调节填充材料的粘稠度和固化动力学的自由度，以更好地调整和/或控制面板的可成形性与工艺周期时间。如前面的示例实施例所展现的那样，第一与第二填充材料110、175是可以不同的，由此，相对而言，使得第一填充材料110具有比第二填充材料175更低的密度。也就是说，相对于彼此，第一填充材料可以是相对低密度的材料，而第二填充材料可以是相对高密度的材料。由此，在采用具有不同密度的第一与第二填充材料110、175的实施例中，已经观察到其获得的模塑面板190从芯120至外表面125具有可变的密度，外表面125有较高的密度，从而获得一个重量轻的部件。在另一实施例中，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，并可以通过接下来加入的填充材料175而将它覆盖。
在一个变化的示例实施例中，纤维材料115可以由连续玻璃纤维、非连续玻璃纤维、无序玻璃纤维或玻璃织物组成。现在参见图2和3，描绘了一种玻璃织物材料115，它具有一种织构图案，其织构周期P等于或小于约5毫米。图3显示了横切图2的织构的截面图。通过采用此处描述的本发明的实施例，已显示出所获得的模塑面板190可具有一个外表面125，但在这里看不到它的织构周期P，而现在参见图4和5，我们可以看见它们。图4和5的实施例都是由2454玻璃织物的3层结构模塑而成。图4和5的每一个都是表示由模塑面板190的原始颜色图得到的表面轮廓的艺术表现，其中实线200表示在各个面板190的外表面125处的“峰”岛，而虚线205表示“谷”岛。图4表示未采用本发明的实施例的模塑面板的表面轮廓，而图5表示采用了本发明的实施例的模塑面板的表面轮廓。为了显示的目的，在图4中描绘了从+33至-63微米范围内的峰与谷(表面Ra约为7微米)，而图5中描绘了从+4至-4微米范围内的峰与谷(表面Ra约为0.8微米)，显示出了采用本发明的实施例的面板190具有光滑得多的表面。可以看出，图4中描绘的峰200与谷205具有织构周期P，而图5中描绘的峰200与谷205没有织构周期P，而是几乎表现为无序外观。图4与5中描绘的表面轮廓使用前面提到的Wyko NT 3300三维光学显廓系统产生的。
在模塑面板190的外表面125上的表面平均粗糙度(Ra)和织构周期P是存在于外表面125的纤维读出(fiber readout)的指标。由此，通过采用本发明的实施例，可能降低模塑面板190的外表面125的纤维读出。
方法100包括涂敷105、模塑塑坯和部分固化135、传输145、155、成模170、固化185和去模195操作，这些操作总体确定了模塑周期时间，并通过采用本发明的实施例，可以预料的就，该模塑周期时间可以等于或显著地小于约一小时，特别就当部分固化135的操作在高于室温的高温下进行时。可进一步预料的是，通过操控温度和固化动力学，该周期时间可以缩短到10至15分钟。当该方法100连续时，在模塑塑坯135、成模170和固化185步骤处，具有调整温度和固化动力学的自由度，据此能降低模塑周期时间。
通过应用方法100的实施例，可以预料，模塑纤维面板190会具有一种纤维性材料115，其具有一芯120和一外表面125，一种相对低密度的填充材料110设置在芯120处，且一相对高密度的填充材料175设置在外表面125，其中该外表面125在一个实施例中具有等于或小于约2微米的平均表面粗糙度(Ra)，且在另一个实施例中等于或小于约1微米。如前所述，纤维性材料115可以包括连续玻璃纤维、非连续玻璃纤维、无序玻璃纤维或玻璃织物，相对低密度的的填充材料110可以包括从玻璃或陶瓷微粒制成的泡沫填充材料，且相对高密度的填充材料175在一个实施例中可以包括等于或小于约15重量百分比的低型面添加剂，而在另一个实施例中其重量百分比等于或小于约10。
虽然已采用某些模塑工艺参数来描述本发明的实施例，例如温度和压强，但应当理解，有用的模塑工艺参数可能取决于树脂的选择和所要面板的尺寸而有所变化，并且本发明的范围并不局限于仅在此处披露的那些模塑工艺参数。
如上所述，本发明的一些实施例可以包括下面的这些优点具有相对低密度芯与相对高密度表面的重量轻的面板；模塑面板具有等于或小于约1微米的平均表面粗糙度(Ra)；模塑面板适用于汽车装饰面板；模塑面板适用于汽车A类成分面板；液体模塑工艺的模塑周期时间等于或显著地小于约1小时；面板模塑工艺不需要再次表面修整；和通过在表面树脂中减少低型面添加剂的使用而降低的表面缺陷，低型面添加剂会由于形微小空间而导致表面缺陷。
虽然已参照示例实施例描述了本发明，应当理解，本领域的技术人员可以在不背离本发明的范围的条件下做出各种变化和对其替换以等效元件。除此之外，在本发明的教导下，在不脱离其本质范围的条件下，可以进行许多修改来调整特定的状况或材料。因此，本发明的意图不是局限于所披露的具体实施例，这些具体实施例只是被考虑为最佳地实行本发明，本发明将包括所有落入所附权利要求的范围内的实施例。而且，限定词“第一”、“第二”等的使用并不代表其重要性的等级，而只不过用“第一”、“第二”等来将一个元件与另一个相区别。另外，数量词“一”、“一个”等的使用并不意味着对其数量的限制，而是表示存在至少一个所指代的项目。
权利要求
1.一种模塑纤维面板，包括一种纤维性材料，其具有一个芯和一个外表面；设置于该芯上的一种相对低密度的填充材料；以及设置于该外表面上的相对高密度的填充材料，该外表面具有的模塑表面平均粗糙度等于或小于约2微米。
2.如权利要求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约1微米。
3.如权利要求1所述的面板，其中纤维性材料包括玻璃纤维；且相对高密度的填充材料包括重量百分比等于或小于约15的低型面添加剂。
4.如权利要求3所述的面板，其中相对低密度的填充材料包括泡沫填充材料。
5.如权利要求4所述的面板，其中该泡沫填充材料包括玻璃微粒、陶瓷微粒或包括至少一种上述微粒的任何组合。
6.如权利要求3所述的面板，其中该相对高密度的填充材料包括重量百分比等于或小于约10的低型面添加剂。
7.如权利要求3所述的面板，其中该玻璃纤维包括连续玻璃纤维、非连续玻璃纤维、无序玻璃纤维、玻璃织物、或包括前述至少一种的任何组合。
8.如权利要求7所述的面板，其中该玻璃纤维包括具有织构周期的玻璃织物；且外表面不存在织构周期。
9.一种模塑纤维面板的方法，包括将一种第一填充材料涂敷到一种纤维材料上以产生一种浸渍纤维材料；塑坯预塑并部分地固化该浸渍纤维材料来形成一种凝胶纤维塑坯；对该塑坯进行模塑并涂敷一种第二填充材料以形成模塑塑形；以及固化该模塑塑形以形成模塑面板，该模塑面板的外表面具有等于或小于约2微米的模塑表面平均粗糙度。
10.如权利要求9所述的方法，其中该固化产生的模塑面板的外表面具有等于或小于约1微米的模塑表面平均粗糙度。
11.如权利要求9所述的方法，其中涂敷第一填充材料包括涂敷一种相对低密度的填充材料；涂敷第二填充材料包括涂敷一种相对高密度的填充材料；以及该固化产生的模塑面板具有从面板的芯到外表面的变化的密度。
12.如权利要求11所述的方法，其中涂敷第一填充材料包括涂敷一种泡沫填充材料。
13.如权利要求9所述的方法，其中该玻璃纤维包括连续玻璃纤维、非连续玻璃纤维、无序玻璃纤维、玻璃织物、或包括前述至少一种的任何组合。
14.如权利要求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约15的低型面添加剂的第二填充材料。
15.如权利要求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约10的低型面添加剂的第二填充材料。
16.如权利要求9所述的方法，进一步包括将第一填充材料涂敷到具有织构周期的玻璃纤维织物；其中固化产生的模塑面板的外表面不存在织构周期。
17.如权利要求9所述的方法，其中涂敷第一填充材料、塑坯预塑和部分固化、模塑和固化过程总体确定的模塑周期时间等于或小于约一小时。
18.如权利要求17所述的方法，其中模塑周期时间等于或小于约15分钟。
19.一种模塑纤维面板，包括一种纤维性材料，其具有一个芯和一个外表面；设置于该芯上的一种相对低密度的填充材料；以及设置于该外表面上的相对高密度的填充材料，该外表面具有的模塑表面平均粗糙度等于或小于约2微米；其由一种方法制成，该方法包括将相对低密度的填充材料涂敷到一种纤维性材料上以产生一种浸渍纤维材料；塑坯预塑并部分地固化该浸渍材料来形成一种凝胶纤维塑坯；对该塑坯进行模塑并涂敷相对高密度的填充材料以形成模塑塑形；以及固化该模塑塑形以形成面板，该模塑面板的外表面具有等于或小于约2微米的模塑表面平均粗糙度。
全文摘要
本发明公开了一种模塑纤维面板，其具有一种包括一芯与一外表面的纤维性材料，一种相对低密度的填充材料设置于该芯上，且一种相对高密度的填充材料设置于外表面上。该外表面的模塑表面平均粗糙度等于或小于约2微米。
文档编号D06N3/00GK101068976SQ200580030781
公开日2007年11月7日 申请日期2005年8月9日 优先权日2004年9月14日
发明者C·-S·王, S·A·乔布斯特 申请人:通用汽车公司