纤维增强复合材料保险杠梁和挤压构件的制作方法

本公开涉及纤维增强复合材料能量吸收组件，并且更具体地涉及纤维增强复合材料保险杠梁和挤压构件组件。

本部分提供与本公开相关的背景信息并且不一定是现有技术。

改进车辆部件的挤压性能是有利的。然而，汽车或其它车辆的部件重量轻以提高燃料效率也是有利的。因此，在正常使用期间和在诸如碰撞等特殊条件下表现出足够强度同时使部件重量最小化的车辆部件是有利的。

技术实现要素：

本部分提供了对本公开的总体概述，而不是对其全部范围或其所有特征的全面公开。

在各个方面中，本公开提供了一种用于车辆的能量吸收结构。能量吸收结构包括第一部件和第二部件。第一部件包括聚合物和被设置在其中的第一多根增强纤维。第一部件包括第一保险杠梁部分和第一挤压构件部分。第一保险杠梁部分至少部分地由第一壁限定。第一挤压构件部分至少部分地由从第一壁中突出的第二壁限定。第一保险杠梁部分与第一挤压构件部分壁一体地形成。第一多根增强纤维的至少一些增强纤维在第一壁与第二壁之间连续延伸。第二部件包括聚合物和第二多根增强纤维。第二部件包括第二保险杠梁部分和第二挤压构件部分。第二保险杠梁部分至少部分地由第三壁限定。第二挤压构件部分至少部分地由从第三壁中突出的第四壁限定。第二保险杠梁部分壁与第二挤压构件部分一体地形成。第二多根增强纤维的至少一些增强纤维在第三壁与第四壁之间连续延伸。第一部件接合到第二部件。第一壁和第三壁配合以限定保险杠梁。第二壁和第四壁配合以限定挤压构件。

在一个方面中，挤压构件进一步包括内部隔室和横向板。内部隔室由第二壁和第四壁限定。横向板设置在内部隔室内。横向板固定到第二壁和第四壁中的至少一个。

在一个方面中，横向板限定具有多个波峰和多个波谷的波形形状。

在一个方面中，保险杠梁进一步包括内部隔室和多个突起。内部隔室由第一壁和第三壁限定。突起固定到第一壁和第三壁中的一个。突起延伸到内部隔室中。

在一个方面中，每个相应的突起包括聚合物和多根短切纤维。

在一个方面中，挤压构件包括第一端和第二端。第一端与保险杠梁相邻。第二端与第一端相对。第二端包括向外延伸的凸缘，该凸缘可以接合车辆的梁。

在一个方面中，聚合物包括选自由以下各项组成的组的热塑性聚合物：聚酰胺(pa)、聚醚醚酮(peek)、聚醚酮(pek)、聚苯硫醚(pps)、热塑性聚氨酯(tpu)、聚丙烯(pp)、它们的共聚物，以及它们的组合。

在一个方面中，聚合物包括选自由以下各项组成的组的热固性聚合物：苯并恶嗪、双马来酰亚胺(bmi)、氰酸酯、环氧树脂、酚醛树脂(pf)、聚丙烯酸酯(丙烯酸树脂)、聚酰亚胺(pi)、不饱和聚酯、聚氨酯(pur)、乙烯基酯、硅氧烷、它们的共聚物，以及它们的组合。

在一个方面中，第一多根增强纤维和第二多根增强纤维独立地选自由以下各项组成的组：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维，以及它们的组合。

在各个方面中，本公开提供了一种用于车辆的能量吸收结构。能量吸收结构包括保险杠梁和至少一个挤压构件。保险杠梁包括第一周壁。第一周壁包括第一聚合物和分布在其中的第一多根增强纤维。挤压构件限定纵向轴线。挤压构件具有第二周壁。挤压构件包括第二聚合物和分布在其中的第二多根增强纤维。第二周壁沿着纵向轴线从第一周壁中突出。第一多根增强纤维的至少一些增强纤维从第一周壁连续延伸到第二周壁。

在一个方面中，第一聚合物和第二聚合物分别是包括各自独立地选自由以下各项组成的组的热塑性聚合物：聚酰胺(pa)、聚醚醚酮(peek)、聚醚酮(pek)、聚苯硫醚(pps)、热塑性聚氨酯(tpu)、聚丙烯(pp)，以及它们的组合。第一多根增强纤维中的增强纤维和第二多根增强纤维中的增强纤维选自由以下各项组成的组：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维，以及它们的组合。

在一个方面中，第一聚合物和第二聚合物分别是各自独立地选自由以下各项组成的组的热固性聚合物：苯并恶嗪、双马来酰亚胺(bmi)、氰酸酯、环氧树脂、酚醛树脂(pf)、聚丙烯酸酯(丙烯酸树脂)、聚酰胺-酰亚胺(pai)、不饱和聚酯、聚氨酯(pur)、乙烯基酯、硅氧烷，以及它们的组合。第一多根增强纤维中的增强纤维和第二多根增强纤维中的增强纤维独立地选自由以下各项组成的组：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维，以及它们的组合。

在各个方面中，本公开提供了一种制造用于车辆的能量吸收结构的方法。该方法包括形成第一部件和第二部件。相应的第一部件和第二部件中的每一个包括聚合物和多根增强纤维。第一部件包括至少部分地由第一壁限定的第一保险杠梁部分和至少部分地由第二壁限定的第一挤压构件部分。第二壁从第一壁中突出。第二部件包括至少部分地由第三壁限定的第二保险杠梁部分和至少部分地由从第一壁中突出的第四壁限定的第二挤压构件部分。该方法进一步包括将第一部件接合到第二部件以形成能量吸收结构。第一壁和第三壁配合以限定保险杠梁。第二壁和第四壁配合以限定挤压构件。

在一个方面中，至少一些增强纤维在第一部件的第一壁和第二壁之间连续延伸。多根增强纤维中的至少一些增强纤维在第二部件的第三壁和第四壁之间连续延伸。

在一个方面中，形成相应的第一部件和第二部件中的每一个包括高压树脂传递模塑(hp-rtm)。该形成进一步包括将纤维预制件设置在模腔中。纤维预制件包括多根增强纤维。该形成进一步包括将热固性聚合物树脂注射到模腔中。该形成进一步包括用热固性聚合物树脂浸渍纤维预制件中的多个空隙。该形成进一步包括固化热固性聚合物树脂并且形成相应的第一部件和第二部件。

在一个方面中，形成相应的第一部件和第二部件中的每一个包括压缩模塑。该形成进一步包括对预固结聚合物片材进行预热。预固结聚合物片材包括热塑性聚合物树脂和多根增强纤维。该形成进一步包括将预固结聚合物片材设置在模腔中。该形成进一步包括对预固结聚合物片材施加热量和压力以形成相应的第一部件和第二部件。

在一个方面中，增强纤维选自由以下各项组成的组：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维，以及它们的组合。

在一个方面中，第一壁的第一表面和第三壁的第三表面可以形成第一接头。第二壁的第二表面和第四壁的第四表面可以形成第二接头。第一接头和第二接头中的每一个独立地选自由以下项组成的组：半重叠拼合接头、斜面重叠拼合接头、叠嵌拼合接头以及舌槽接头。

在一个方面中，第一部件和第二部件的接合包括将粘合剂施加到第一壁的第一表面和第三壁的第三表面中的至少一个。接合进一步包括将粘合剂施加到第二壁的第二表面和第四壁的第四表面中的至少一个。接合进一步包括接触第一表面和第三表面以形成保险杠梁。接合进一步包括接触第二表面和第四表面以形成挤压构件。接合进一步包括固化粘合剂。

在一个方面中，接合第一部件和第二部件进一步包括使第一多个紧固件延伸穿过第一壁和第三壁，并且使第二多个紧固件延伸穿过第二壁和第四壁。

从本文所提供的描述中将明白进一步应用领域。发明内容中的描述和具体示例仅旨在用于说明目的而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文所述的附图仅用于选定实施例而非全部可能实施方案的说明目的而不旨在限制本公开的范围。

图1示出了用于车辆的示例性能量吸收结构，其包括保险杠梁和两个挤压构件；

图2a到2c示出了根据本公开的某些方面的用于车辆的能量吸收结构组件。图2a是能量吸收结构的分解等距视图，其示出了上部部件和下部部件；图2b是能量吸收结构组件的等距视图；图2c是在图2a中的线2c-2c处截取的能量吸收结构的截面图；

图3是图2a的能量吸收结构的俯视平面图；

图4是根据本公开的某些方面的另一种能量吸收结构的俯视平面图；

图5a到5b示出了根据本公开的某些方面的能量吸收结构。图5a是能量吸收结构的局部等距视图；图5b是能量吸收结构的挤压构件的截面图；

图6a到6b示出了根据本公开的某些方面的能量吸收结构的下部部件。图6a是俯视图；图6b是在图6a的线6b-6b处截取的截面图；

图7示出了根据本公开的某些方面的另一种能量吸收结构的下部部件的俯视图；

图8a到8d示出了根据本公开的某些方面的能量吸收结构的上部部件和下部部件在接合在一起之前它们之间的接头的等距分解视图。图8a示出了半重叠拼合接头；图8b示出了斜面重叠拼合接头；图8c示出了叠嵌拼合接头；图8d示出了舌槽接头；

图9a到9d示出了图8a到8d的能量吸收结构的上部部件和下部部件之间的替代接头的侧剖视图，该能量吸收结构进一步包括机械紧固件。图9a示出了半重叠拼合接头；图9b示出了斜面重叠拼合接头；图9c示出了叠嵌拼合接头；图9d示出了舌槽接头；

图10a到10f示出了根据本公开的某些方面的能量吸收结构的部件的制造过程；图10a示出了在模腔中设置纤维预制件；图10b示出了模具围绕纤维预制件闭合；图10c示出了聚合物树脂注射到模腔中；图10d示出了固化聚合物树脂；图10e示出了打开模具；图10f示出了该部件。

图11a到11f示出了根据本公开的某些方面的能量吸收结构的另一个部件的制造过程；图11a示出了在模腔中设置纤维预制件；图11b示出了模具围绕纤维预制件闭合；图11c示出了聚合物树脂注射到模腔中；图11d示出了固化聚合物树脂；图11e示出了打开模具；图11f示出了该部件。

图12a到12f示出了根据本公开的某些方面的能量吸收结构的又一个部件的制造过程；图12a示出了在模腔中设置纤维预制件；图12b示出了围绕纤维预制件闭合的模具；图12c示出了聚合物树脂注射到模腔中；图12d示出了固化聚合物树脂；图12e示出了打开模具；并且图12f示出了该部件。

附图的全部几个视图中的对应参考标号指示对应的部分。

具体实施方式

提供示例性实施例使得本公开将是详尽的，并且将向本领域技术人员完整地传达范围。陈述数种具体细节(诸如具体组成、部件、装置和方法的示例)以提供对本公开的实施例的详尽理解。本领域技术人员将明白的是，不需要采用具体细节、可以许多不同形式实施示例性实施例，且不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，没有详细描述公知过程、公知装置结构以及公知技术。

本文所使用的术语仅仅用于描述特定示例性实施例的目的而不旨在限制。如本文中所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a、an)”和“该”也可以旨在包括复数形式。术语“包括(comprises、comprising、including)”和“具有”是包括性的并且因此规定所述特征、元件、成分、步骤、整体、操作和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或增加。虽然开放式术语“包括”应当被理解为用于描述和要求保护本文所述的各种实施例的非约束性术语，但是在某些方面中，该术语可替代地反而应当被理解为更具限制性和约束性的术语，诸如“由......组成”或“基本上由......组成”。因此，对于叙述成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤的任何给定实施例，本公开还具体包括由这些叙述的成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤组成或基本上由它们组成的实施例。在“由......组成”的情况下，替代实施例排除任何另外的成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤，而在“基本上由......组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特性的任何另外的成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤从这样的实施例中排除，但是实质上不影响基本和新颖特性的任何成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤可以包括在该实施例中。

除非具体识别为执行顺序，否则本文描述的任何方法步骤、过程以及操作不应被理解为必须需要以所讨论或说明的特定顺序来执行所述方法步骤、过程以及操作。还应当理解的是，除非另有指示，否则可以采用另外的或替代的步骤。

当部件、元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层时，它可以直接在另一个元件或层上、接合、连接或联接到另一个元件或层，或者可以存在介入元件或层。相反地，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层时，可以不存在介入元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词语应当以类似方式解译(例如，“在其间”与“直接在其间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关列举项的任何和所有组合。

除非另有指示，否则虽然术语第一、第二、第三等可以在本文用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可以只用于区分一个步骤、元件、部件、区域、层或部分与另一个步骤、元件、部件、区域、层或部分。除非上下文明确指示，否则诸如“第一”、“第二”等术语和其它数字术语在本文使用时并不暗示顺序或次序。因此，下文讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或部分可被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或部分而不脱离开示例实施例的教导。

为了便于描述可以在本文使用诸如“之前”、“之后”、“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上面”等空间或时间相对术语来如图中所说明般描述一个元件或特征与另一个(另一些)元件或特征的关系。空间或时间相对术语可以旨在除图中描绘的定向外还涵盖使用或操作中的装置或系统的不同定向。

在整个公开中，数值表示近似测量值或范围极限以涵盖与给定值和具有约所提及值的实施例以及确切地具有所提及值的实施例的细微偏差。除了在详细描述结束时所提供的工作示例之外，包括所附权利要求书的本说明中的(例如，量或条件的)参数的所有数值应当被理解为在所有情况中被术语“约”修饰，而不论数值前面实际上是否出现“约”。“约”指示所述数值允许一定的略微不精确(一定程度上近似于该值的精确度；近似地或合理地接近该值；几乎)。如果由“约”提供的不精确不在本领域中作此通常意义的另外理解，则如本文所使用的“约”至少指示可以由测量和使用这些参数的普通方法引起的变动。例如，“约”可以包括小于或等于5％的变化，可选地小于或等于4％，可选地小于或等于3％，可选地小于或等于2％，可选地小于或等于1％，可选地小于或等于0.5％，并且在某些方面中，可选地小于或等于0.1％。

另外，范围的公开包括整个范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括针对该范围给定的端点和子范围。

现在将参考附图更完整地描述示例性实施例。

能量吸收结构(或挤压组件)用于车辆中以通过受控变形吸收碰撞能量。能量吸收结构可以包括附接到保险杠的挤压构件，诸如挤压罐或挤压盒。挤压构件可以包括沿着纵向轴线延伸的外壁或周壁，以及中空内部。挤压构件还可以包括用于增强的内部结构几何形状。由挤压构件吸收的能量的量是材料和挤压载荷下的结构的几何形状的函数。

挤压构件可以由纤维增强复合材料或金属(诸如铝或钢)构成。纤维增强复合材料包括其中分布有增强材料的聚合物基质。作为非限制性示例，合适的增强材料包括非卷曲织物(“ncf”)碳纤维或玻璃纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维、由天然产品(例如，大麻、黄麻或其它韧皮纤维)制成的纤维、高强度聚合物纤维(例如，高强度聚乙烯或高强度聚丙烯)。增强材料可以被制造为机织织物、连续无规织物、不连续无规纤维、短切无规织物、连续原丝单向层、定向短切原丝层、编织织物，以及它们的任何组合。聚合物基质可以是热塑性聚合物或热固性聚合物。

挤压构件被设计成在碰撞中吸收能量。金属挤压构件吸收能量，因为分子滑过彼此以使部件变形而不会破裂。作为非限制性示例，纤维增强复合材料挤压构件通过破碎、粉碎、研磨、撕裂、层间、层内、纤维基质剥离以及纤维拉出失效模式来吸收能量。然而，挤压构件可能在碰撞中、特别是当能量吸收结构以与挤压构件的纵向轴线不平行的角度受到撞击时(即，碰撞不是正面碰撞)会从保险杠上脱离。因此，在复合材料挤压构件的情况下，挤压构件可能在挤压构件吸收能量之前或者在挤压构件基于挤压构件的材料和几何形状吸收最大量的能量之前脱离撞击路径，由此降低了组件的整体能量吸收。

纤维增强复合材料挤压构件比金属挤压构件重量轻。这种较轻重量的挤压构件可以提高车辆燃料效率。然而，需要一种纤维增强挤压组件，其表现出改进的挤压强度并且最小化或避免挤压期间挤压构件从保险杠上脱离。

参考图1，提供了用于车辆的示例性挤压组件10。挤压组件10包括保险杠梁12和两个挤压构件(例如，挤压罐或挤压盒)14。每个挤压构件14沿着纵向轴线16延伸。挤压组件10进一步包括两个钢板18，其设置在保险杠梁12与相应的挤压构件14之间。钢板18分别将挤压构件14连接到保险杠梁12。更具体地，挤压构件14可以通过焊接20固定到相应的板18。板18可以通过多个紧固件22固定到保险杠梁12。挤压构件14可以包括相应的端盖24以用于附接到相应的车辆梁(未示出)。挤压组件10还可以包括其它元件，诸如装饰性面板(未示出)。

如上面所讨论，挤压构件14理想地在挤压期间(例如，在车辆碰撞中)最大化能量吸收。然而，当挤压组件10在与挤压构件14的纵向轴线16不平行的方向上受到撞击时，挤压构件14易于与保险杠梁12分离，这可能发生在完全挤压之前发生。因此，挤压构件14可能无法完全吸收能量。

在各个方面中，本公开提供了用于车辆的高强度能量吸收结构。更具体地，本公开提供了纤维增强能量吸收组件，其具有在保险杠梁与挤压构件之间连续延伸的至少一些纤维，以减少或防止挤压构件在挤压期间从保险杠梁脱离，由此保持在挤压期间复合材料的细丝处于撞击线中以便改进能量吸收。

参考图2a，根据本公开的某些方面的能量吸收组件或能量吸收结构30可以包括第一或上部部件32和第二或下部部件34。上部部件32可以包括第一保险杠梁部分或保险杠梁上部部分36和两个第一挤压构件部分或挤压构件上部部分38。保险杠梁上部部分36可以至少部分地由第一壁40限定。挤压构件上部部分38可以至少部分地由相应的第二壁42限定。第二壁42可以从第一壁40中突出。第一壁40可以与第二壁42一体地形成。

下部部件32可以包括第二保险杠梁部分或保险杠梁下部部分44和两个第二挤压构件部分或挤压构件下部部分46。保险杠梁下部部分44可以至少部分地由第三壁48限定。挤压构件下部部分46可以至少部分地由相应的第四壁50限定。第四壁50可以从第三壁48中突出。第三壁48可以与第四壁50一体地形成。

参考图2b，上部部件32和下部部件34可以一起形成能量吸收结构30。上部部件32和下部部件34可以通过粘合剂、机械紧固件或者粘合剂与机械紧固件的组合彼此接合，如下面更详细地讨论的(图8a到9d)。第一壁40和第三壁48可以彼此接合以形成限定保险杠梁54的第一周壁52。第二壁42和第四壁50可以分别彼此接合以形成限定相应的挤压构件58的两个第二周壁56。挤压构件58可以沿着纵向轴线60延伸。

参考图2c，下部部件34的第三壁48可以包括底壁62和相对的侧壁63、64。每个侧壁63、64可以沿着大致上垂直于底壁62的相应的轴线67、68形成相应的拔模角65、66。拔模角65、66可以具有相同的大小。拔模角65、66确保侧壁63、64设置成与模具拉制方向成大于0°，以促进在制造期间从模具中取出。拔模角65、66可以大于或等于约0.5°，可选地大于或等于约0.5°并且小于或等于约5°，可选地大于或等于约1°并且小于或等于约5°，可选地大于或等于约2°并且小于或等于约5°，以及可选地大于或等于约3°并且小于或等于约4°。虽然参考下部部件34描述了拔模角65、66，但是上部部件32可以包括类似的拔模角65、66。

上部部件32由包括第一聚合物基质和第一多根增强纤维的第一复合材料形成。在一些实施例中，并且如下面更详细讨论的，增强纤维可以是连续增强纤维。下部部件34由第二复合材料形成，其包括第二聚合物基质和分布在其中的第二多根增强纤维。第一和第二复合材料可以是相同的，或者它们可以彼此不同。作为非限制性示例，不同的复合材料可以具有不同的聚合物基质组成、不同的纤维组成和/或不同的纤维与聚合物基质比例。

参考图3，下部部件34被示为具有第二聚合物基质80和第二多根增强纤维82。至少一些纤维82(即，纤维82的子组84)在保险杠梁下部部分44与挤压构件下部部分46之间连续地延伸。连续延伸的纤维子组84局部地增强了保险杠梁下部部分44与挤压构件下部部分46之间的区域86，由此改进了能量吸收结构30的角度撞击性能。与图1的具有单独的保险杠梁12和挤压构件14的挤压组件10相比，挤压构件58不太可能从保险杠梁54脱离。

保险杠梁下部部分44和挤压构件下部部分46被示为包括第二聚合物基质80和第二多根增强纤维82。然而，在其它示例中，保险杠梁下部部分44和挤压构件下部部分46可以包括不同的复合材料，诸如具有不同的纤维与聚合物基质比例的材料。在一些示例中，第一周壁包括第一复合材料，而第二周壁包括第二复合材料。第一和第二复合材料可以是不同的，诸如具有不同的纤维与聚合物基质比例的材料。

作为非限制性示例，合适的增强纤维82可以包括非卷曲织物(“ncf”)碳纤维或玻璃纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维(例如，对位芳族聚酰胺纤维和间位芳族聚酰胺纤维)、玄武岩纤维、由天然产品(例如，大麻、黄麻或其它韧皮纤维)制成的纤维、高强度聚合物纤维(例如，高强度聚乙烯或高强度聚丙烯)。增强纤维82可以被制造为机织织物、连续无规织物、不连续无规纤维、连续原丝单向层、编织织物，以及它们的任何组合。

第二聚合物基质80可以包括热固性聚合物或热塑性聚合物。合适的热固性聚合物树脂可以包括苯并恶嗪、双马来酰亚胺(bmi)、氰酸酯、环氧树脂、酚醛树脂(pf)、聚丙烯酸酯(丙烯酸树脂)、聚酰亚胺(pi)、不饱和聚酯、聚氨酯(pur)、乙烯基酯、硅氧烷(例如，硅树脂)，以及它们的任何共聚物或组合。

合适的热塑性聚合物树脂可以包括丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、赛璐珞、醋酸纤维素、环烯烃共聚物(coc)、乙烯-醋酸乙烯酯(eva)、乙烯乙烯醇(evoh)、氟塑料(例如，聚四氟乙烯(ptfe)、氟化乙烯丙烯(fep)、全氟烷氧基链烷(pfa)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、乙烯三氟氯乙烯(ectfe)、乙烯四氟乙烯(etfe))、聚缩醛(pom或缩醛)、聚丙烯腈(pan)、聚酰胺(尼龙)、聚酰胺-酰亚胺(pai)、聚芳醚酮(paek)(例如，聚醚酮(pek)、聚醚醚酮(peek)、聚醚酮酮(pekk))、聚丁二烯(pbd)、聚丁烯(pb)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚己内酯(pcl)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二酸亚环己基二亚甲酯(pct)、聚碳酸酯(pc)、聚羟基链烷酸酯(pha)、聚酮(pk)、聚酯、聚醚酰亚胺(pei)、聚醚砜(pes)、聚砜(psu)、聚氯乙烯(pec)、聚乳酸(pla)、聚甲基戊烯(pmp)、聚苯醚(ppo)、聚苯硫醚(pps)、聚邻苯二甲酰胺(ppa)、聚苯乙烯(ps)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)、热塑性聚氨酯(tpu)、聚醋酸乙烯酯(pva)、聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氯乙烯(pvdc)、苯乙烯-丙烯腈(san)、聚碳酸酯+丙烯腈丁二烯苯乙烯混合物(abs+pc)、聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、以及它们的任何共聚物或组合。

虽然挤压构件58被示为圆柱形并且具有大致上均匀的直径，但是圆柱形几何形状仅仅是示例性的，并且可以预期其它形状。例如，挤压构件58可以在垂直于纵向轴线60的方向上具有矩形横截面。现在参考图4，示出了根据本公开的某些方面的另一种能量吸收结构的下部部件90。下部部件90可以类似于图2a到3的保险杠梁下部部分44和两个挤压构件下部部分94。每个挤压构件部分94包括第一部分96，其大致上为圆柱形并且可以邻近车辆梁(未示出)设置。每个挤压构件部分94进一步包括设置在第一部分96与保险杠梁92之间的第二部分98。第二部分98可以在第一部分96与保险杠梁92之间逐渐变宽，使得挤压构件下部部分94在与保险杠梁92相邻的位置处最宽。在一些示例中，第二部分98可以是倾斜的圆锥形截头锥体。能量吸收结构可以包括与下部部件90类似的上部部件。

虽然能量吸收结构30被示为两个不同的部件32、34，但是这两个部件仅仅是示例性的。在其它非限制性示例中，能量吸收结构可以包括四个部件或单个部件。具有四个部件的能量吸收结构可以包括例如左上部件、右上部件、左下部件以及右下部件。相应的右侧部件可以配合以限定第一挤压构件和保险杠梁的左侧部分。相应的左侧部件可以配合以限定第二挤压构件和保险杠梁的右侧部分。具有单个部件的能量吸收结构可以是一体式能量吸收结构。

参考图5a到5b，提供了根据本公开的某些方面的另一种能量吸收组件或能量吸收结构110。能量吸收结构110可以包括保险杠梁112，该保险杠梁具有第一保险杠梁或保险杠梁上部部分114和保险杠梁下部部分118。能量吸收结构110可以进一步包括至少一个挤压构件120。挤压构件120可以包括第一挤压构件或挤压构件上部部分122和第二挤压构件或挤压构件下部部分124。保险杠梁上部部分114可以至少部分地由第一壁125限定，挤压构件上部部分122可以至少部分地由第二壁126限定，保险杠梁下部部分118可以至少部分地由第三壁128限定，挤压构件下部部分124可以至少部分地由第四壁130限定。第一壁125可以与第二壁126一体地形成，而第三壁128可以与第四壁130一体地形成。

能量吸收结构110可以由具有聚合物基质和多根增强纤维(未示出)的复合材料形成。至少一些增强纤维可以在第一壁125与第二壁126之间连续延伸。至少一些增强纤维可以在第三壁128与第四壁130之间连续延伸。

第二壁126和第四壁130可以配合以限定内部隔室132。挤压构件120可以进一步包括设置在内部隔室132内的横向板134。横向板134可以增加能量吸收结构110的刚度，由此改进挤压性能。横向板134可以平行于挤压构件122的纵向轴线136设置。横向板134可以设置在第二壁126与第四壁130之间。横向板134可以固定到第二壁126和第四壁130两者，使得该横向板将内部隔室132分成大致上相等体积的两个子隔室138。

如图所示，横向板134可以具有大致上平面的形状。然而，在其它实施例中，横向板134可以具有其它形状。作为非限制性示例，横向板134可以是波纹状的或者限定波形形状，该波形形状具有分别与多个波谷(未示出)交替的多个波峰。波峰和波谷可以大致上平行于纵向轴线126设置。在其它实施例中，波峰和波谷可以大致上垂直于纵向轴线126设置。

虽然横向板134被示为设置在第二壁126与第四壁130之间并且大致上平行于纵向轴线136，但是可以预期其它布置。例如，在此处未示出的其它实施例中，横向板134可以仅包括在上部部分122中或仅包括在下部部分124中。在横向板134是上部部分122的一部分的情况下，横向板可以在第二壁126上的两个位置处固定到第二壁126。在横向板134是下部部分124的一部分的情况下，横向板可以在第四壁130上的两个位置处固定到第四壁130。另外，横向板134可以设置成使得它与纵向轴线136不平行。在又其它实施例中，挤压构件120可以包括一个以上的横向板134。例如，上部部分122可以包括固定到第二壁126的横向板134，而下部部分124可以包括固定到第四壁130的横向板134。在又其它实施例中，类似的横向板134可以设置在保险杠梁112内(未示出)。

横向板134可以由纤维增强复合材料或金属形成。当横向板134包括复合材料时，它可以包括与上部部件和下部部件相同的聚合物和增强纤维，或者包括与上部部件和下部部件不同的聚合物和增强材料。

参考图6a到6b，示出了根据本公开的某些方面的另一种能量吸收结构的下部部件150。下部部件150包括保险杠梁下部部分152，其至少部分地由壁154(第三壁)限定。壁154可以与上部部件(未示出)的壁配合以限定内部隔室156。下部部件150可以进一步包括挤压构件下部部分158，其可以类似于图2a到3的能量吸收结构30的挤压部件下部部分46。能量吸收结构可以由包括聚合物基质和多根增强纤维的复合材料形成，其中至少一些增强纤维在保险杠梁与挤压构件(未示出)之间延伸。

下部部件150可以进一步包括多个突起，其可以是肋160，该肋固定到壁154并且延伸到内部隔室156中。肋160可以从保险杠梁下部部分152的第一端162延伸到与第一端162相对的第二端164。肋160可以为能量吸收结构提供几何刚度。虽然肋160被示为下部部件150的一部分，但是所示的配置仅仅是示例性的。肋160可以由与下部部件150相同的聚合物或者与下部部件150不同的聚合物形成。肋可以包括多根短切纤维(未示出)。肋160可以存在于上部部件(未示出)和下部部件150中的一个或两个中。

虽然突起被示为肋160，但是突起几何形状仅仅是示例性的，并且可以预期其它形状和配置。突起可以设置在壁154的任何部分上。作为非限制性示例，突起可以包括交叉影线或网格设计。现在参考图7，示出了根据本公开的原理的又一能量吸收结构的下部部件170。下部部件170可以类似于图6a和6b的下部部件150；因此，将只讨论差异。下部部件170包括壁172和内部隔室174，它们类似于图6a到6b的下部部件150的壁154和内部隔室156。下部部件170进一步包括多个突起，其可以是x形突起176，从壁172延伸到内部隔室174中。

参考图8a到8d，提供了根据本公开的某些方面的用于将上部部件固定到下部部件的各种示例性接头。在图8a中，上部部件180经由半重叠拼合接头184接合到下部部件182。上部部件180可以通过设置在相对的接触表面186之间的粘合剂层(未示出)固定到下部部件182。相对的接触表面186可以是第一壁上的第一表面、第二壁上的第二表面、第三壁上的第三表面，或者第四壁上的第四表面(参见例如图2a到3的第一壁40、第二壁42、第三壁48以及第四壁50)。

在图8b中，上部部件190经由斜面重叠拼合接头184接合到下部部件192。上部部件190可以通过设置在相对的接触表面196之间的粘合剂层(未示出)固定到下部部件192。相对的接触表面196可以是第一壁上的第一表面、第二壁上的第二表面、第三壁上的第三表面，或者第四壁上的第四表面(参见例如图2a到3的第一壁40、第二壁42、第三壁48以及第四壁50)。

在图8c中，上部部件200经由叠嵌拼合接头204接合到下部部件202。上部部件200可以通过设置在相对的接触表面206之间的粘合剂层(未示出)固定到下部部件202。相对的接触表面206可以是第一壁上的第一表面、第二壁上的第二表面、第三壁上的第三表面，或者第四壁上的第四表面(参见例如图2a到3的第一壁40、第二壁42、第三壁48以及第四壁50)。

在图8d中，上部部件210经由舌槽接头214接合到下部部件212。虽然上部部件210被示为具有凹槽216而下部部件212被示为具有舌部218，但是凹槽216和舌部218可以颠倒，使得舌部218位于上部部件210上而凹槽216位于下部部件212上(未示出)。上部部件210可以通过设置在相对的接触表面220之间的粘合剂层(未示出)固定到下部部件212。相对的接触表面220可以是第一壁上的第一表面、第二壁上的第二表面、第三壁上的第三表面，或者第四壁上的第四表面(参见例如图2a到3的第一壁40、第二壁42、第三壁48以及第四壁50)。作为非限制性示例，图8a到8d的每个示例性接头的粘合剂可以包括甲基丙烯酸酯粘合剂(例如，ma530)、聚氨酯粘合剂(例如，ashland7770)，或者环氧树脂粘合剂(例如，56)。

参考图9a到9d，接头也可以被设置有一个或多个紧固件，其可以作为粘合剂的补充或替代而提供。作为非限制性示例，紧固件可以包括铆钉(例如，自穿孔铆钉(spr))、螺纹紧固件(例如，流钻螺钉(fds))或螺栓。参考图9a，上部部件180与下部部件182之间的半重叠拼合接头222可以包括一个或多个紧固件223。参考图9b，上部部件190与下部部件192之间的斜面重叠拼合接头224可以包括一个或多个紧固件225。参考图9c，上部部件200与下部部件202之间的叠嵌拼合接头226可以包括一个或多个紧固件227。参考图9d，上部部件210与下部部件212之间的舌槽接头228可以包括一个或多个紧固件229。

在某些方面中，本公开提供了一种制造用于能量吸收结构的部件(例如，上部部件或下部部件)的方法。能量吸收结构可以通过树脂传递模塑(rtm)(诸如高压树脂传递模塑(hp-rtm))形成。hp-rtm可以包括高压注射树脂传递模塑(hp-irtm)或高压压缩树脂传递模塑(hp-crtm)。rtm是闭模制造工艺，其涉及在模腔内组合和固化干纤维预制件和聚合物树脂以形成复合部件。hp-rtm工艺(hp-irtm和hp-crtm)可以使用热固性树脂。将在下面结合图10a到10f详细讨论hp-irtm和hp-crtm之间的差异。

合适的热固性聚合物树脂可以包括前驱体，其是或者可以形成苯并恶嗪、双马来酰亚胺(bmi)、氰酸酯、环氧树脂、酚醛树脂(pf)、聚丙烯酸酯(丙烯酸树脂)、聚酰亚胺(pi)、不饱和聚酯、聚氨酯(pur)、乙烯基酯、硅氧烷(例如，硅树脂)，以及它们的任何共聚物或组合。

参考图10a到10f，提供了根据本公开的某些方面的制造能量吸收结构的方法。在图10a中，可以将纤维预制件230放置在模具234的腔体232中。纤维预制件230可以包括增强材料或纤维，其中的至少一些增强材料或纤维可以在腔体232的保险杠梁部分236与腔体232的挤压构件部分238之间连续延伸。将纤维预制件230放置在模具234的腔体232中的过程对于hp-irtm和hp-crtm可以是类似的。作为非限制性示例，合适的增强材料包括非卷曲织物(“ncf”)碳纤维或玻璃纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维、由天然产品(例如，大麻、黄麻或其它韧皮纤维)制成的纤维、高强度聚合物纤维(例如，高强度聚乙烯或高强度聚丙烯)。作为非限制性示例，增强材料可以被制造为机织织物、连续无规织物、不连续无规纤维、短切无规织物、连续原丝单向层、定向短切原丝层、编织织物，以及它们的任何组合。

在图10b中，模具234可以围绕纤维预制件230闭合，使得纤维预制件230设置在模具中的间隙240内。对于hp-irtm，间隙240可以等于最终部件的约期望厚度(参见图10f的部件250的厚度252)。因此，模具234可以处于全闭位置中。对于hp-crtm，模具234可以处于树脂浸渍位置，其中间隙240大于全闭位置(未示出)中的间隙240。例如，在hp-crtm中，间隙240可以比最终部件的期望厚度大约0.5mm以上或等于约0.5mm至小于或等于约5mm(参见图10f)。

在图10c中，可以通过模具234中的通道244将硬化剂和聚合物树脂242泵送到腔体232中。在注射之前，将硬化剂和聚合物树脂242在混合头(未示出)中混合。虽然示出了单个通道244，但是可以采用多个通道244。例如，可以使用两个通道244将聚合物树脂242分别注射到保险杠梁部分236和挤压构件部分238处。在hp-irtm中，聚合物树脂242可以在小于或等于约200巴、可选地大于或等于约20巴至小于或等于约200巴、以及可选地大于或等于约50巴至小于或等于约100巴的压力下注射。高压促进硬化剂和聚合物树脂242的流动到达模具234的边缘246，以彻底浸渍纤维预制件230。模腔压力可以大于或等于约30巴并且小于或等于约120巴，可选地大于或等于约40巴并且小于或等于约100巴，以及可选地大于或等于约50巴并且小于或等于约80巴。

在hp-crtm中，因为模具234处于间隙240大于期望的部件厚度的树脂浸渍位置中，所以与hp-irtm的全闭模具位置相比，树脂流动的阻力较低。因此，hp-crtm中的注射压力可以低于hp-irtm中的注射压力。在hp-crtm中，聚合物树脂242可以在小于或等于约150巴、可选地大于或等于约20巴至小于或等于约150巴、以及可选地大于或等于约50巴至小于或等于约120巴的压力下注射。然而，由于模具234处于树脂浸渍位置，聚合物树脂242可以仅部分地浸渍纤维预制件230。因此，至少一些聚合物树脂242可以沿着纤维预制件230的顶表面248形成层。模腔压力可以大于或等于约30巴并且小于或等于约120巴，可选地大于或等于约40巴并且小于或等于约100巴，以及可选地大于或等于约50巴并且小于或等于约80巴。

在图10d中，聚合物树脂可以固化。在hp-irtm中，模具234可以保持在全闭位置，同时固化聚合物树脂242。在hp-crtm中，模具234可以完全闭合以减小间隙240。因此，模具234可以从树脂浸渍位置移动到全闭位置。施加压力可以促进聚合物树脂242的流动，使得聚合物树脂242完全浸渍纤维预制件230。对于hp-irtm和hp-crtm两者，固化温度取决于特定的热固性树脂。例如，在环氧树脂系统中，聚合物树脂可以在大于或等于约60℃至小于或等于约150℃、以及可选地约100℃的模具温度下固化。

在图10e到10f中，在聚合物树脂242的固化完成之后，模具234可以打开以释放固化部件250。固化部件250可以是能量吸收结构(参见图2a到3的能量吸收结构30)的上部部件(参见图2a到3的上部部件32)或下部部件(参见图2a到3的下部部件34)中的一个。可以重复图10a到10f的过程以形成上部部件和下部部件中的另一个。

上部部件和下部部件可以彼此接合以形成能量吸收结构(如通常结合图8a到9d讨论的)。更具体地，可以将粘合剂施加到第一壁的第一表面和第三壁的第三表面中的至少一个。可以使第一和第三表面接触以形成保险杠梁。可以将粘合剂施加到第二壁的第二表面和第四壁的第四表面中的至少一个。可以使第二和第四表面接触以形成挤压构件。可以固化粘合剂。粘合剂可以在大于或等于约0℃并且小于或等于约250℃、以及可选地约100℃的温度下固化。粘合剂固化过程可以具有大于或等于约10分钟至小于或等于约24小时、以及可选地约1小时的持续时间。作为粘合剂的补充或替代，上部部件和下部部件可以通过多个机械紧固件接合。

参考图11a到11f，提供了根据本公开的某些方面的制造用于能量吸收结构的在保险杠梁内具有多个突起的部件(例如，上部部件或下部部件)的方法。该方法可以类似于图10a到10f的方法；因此，将只详细地讨论差异。在图11a中，可以将纤维预制件260放置在模具264的腔体262中。模具264的凸起部分266可以包括多个突起268。模具264的突起268可以与部件的期望突起(参见图11f的部件278上的突起208)互补。在图11b中，模具264可以围绕纤维预制件260闭合。

在图11c中，可以将聚合物树脂270泵送到腔体262中。可以使用同时注射工艺来形成多个突起272。虽然示出了单个树脂注射通道272，但是可以采用多个通道272。例如，可以使用三个通道272，其中通道272定位成分别在腔体262的保险杠梁部分274、腔体262的挤压构件部分276以及腔体262的突起部分278处注射树脂。在突起部分278处的注射可以包括聚合物树脂270和多根短切增强纤维(参见附图6a到6b的讨论)。在图11d中，可以固化聚合物树脂270。在图11e到11f中，在固化完成之后，可以打开模具264以释放具有多个突起282的固化部件280。

参考图12a到12f，提供了根据本公开的某些方面的制造用于能量吸收结构的在保险杠梁内具有多个突起并且在挤压构件上具有一个凸缘的部件(例如，上部部件或下部部件)的方法。该方法可以类似于图11a到11f的方法；因此，将只详细地讨论差异。在图12a中，可以将具有凸缘部分292的纤维预制件290放置在模具296的腔体294中。在图12b中，模具296可以围绕纤维预制件290闭合。

在图12c中，可以将聚合物树脂298泵送到腔体294中。可以使用同时注射工艺来形成多个突起(参见图12f的部件314上的突起316)和一个凸缘(参见图12f的部件314上的凸缘318)。虽然示出了两个树脂注射通道304，但是两个通道304的使用仅仅是示例性的，并且可以使用其它数量的通道304。例如，可以采用四个通道304在保险杠梁部分306、挤压构件部分308、突起部分310以及凸缘部分312处注射树脂。在图12d中，可以固化聚合物树脂298。在图12e到12f中，在完成固化之后，可以打开模具296以释放固化部件314。固化部件314可以包括多个突起316和一个凸缘318。凸缘318可以与部件314的挤压构件部分320一体地形成。更具体地，挤压构件部分320可以包括第一端322和与第一端322相对设置的第二端324。凸缘318可以设置在第二端324处以用于将挤压构件固定到车辆梁上(参见附图1的讨论)。虽然部件314被示为具有突起316和凸缘318两者，但是本领域技术人员将明白，部件可以仅包括挤压构件凸缘而没有保险杠梁突起。

在某些方面中，本公开提供了另一种制造用于能量吸收结构的部件(例如，上部部件或下部部件)的方法。能量吸收结构可以通过压缩模塑形成。压缩模塑工艺可使用热塑性聚合物树脂。合适的热塑性聚合物树脂可以包括前驱体，其是或者可以形成丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、赛璐珞、醋酸纤维素、环烯烃共聚物(coc)、乙烯-醋酸乙烯酯(eva)、乙烯乙烯醇(evoh)、氟塑料(例如，聚四氟乙烯(ptfe)、氟化乙烯丙烯(fep)、全氟烷氧基链烷(pfa)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、乙烯三氟氯乙烯(ectfe)、乙烯四氟乙烯(etfe))、聚缩醛(pom或缩醛)、聚丙烯腈(pan)、聚酰胺(尼龙)、聚酰胺-酰亚胺(pai)、聚芳醚酮(paek)(例如，聚醚酮(pek)、聚醚醚酮(peek)、聚醚酮酮(pekk))、聚丁二烯(pbd)、聚丁烯(pb)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚己内酯(pcl)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二酸亚环己基二亚甲酯(pct)、聚碳酸酯(pc)、聚羟基链烷酸酯(pha)、聚酮(pk)、聚酯、聚醚酰亚胺(pei)、聚醚砜(pes)、聚砜(psu)、聚氯乙烯(pec)、聚乳酸(pla)、聚甲基戊烯(pmp)、聚苯醚(ppo)、聚苯硫醚(pps)、聚邻苯二甲酰胺(ppa)、聚苯乙烯(ps)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)、热塑性聚氨酯(tpu)、聚醋酸乙烯酯(pva)、聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氯乙烯(pvdc)、苯乙烯-丙烯腈(san)、聚碳酸酯+丙烯腈丁二烯苯乙烯混合物(abs+pc)、聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、以及它们的任何共聚物或组合。

在压缩模塑工艺的第一步骤处，可以将预固结热塑性片材切割成期望形状。预固结热塑性片材可以包括纤维(其可以是连续的或不连续的)和热塑性树脂。预固结热塑性片材在室温下可以是刚性的。在第二步骤处，可以将预固结热塑性片材在烘箱中预热或加热。在第三步骤处，可以将预固结热塑性片材放置到模具的腔体中。也可以加热模腔。在第四步骤处，将预固结热塑性片材压制成期望形状的上部部件或下部部件。最后，在第五步骤处，将部件脱模。

压缩模塑工艺可以可选地包括形成突起(参见例如图6a到7)。在预固结热塑性片材的压缩期间，可以在注射/压缩过程中形成突起(第四步骤)。突起包括热塑性树脂和短切纤维增强物。

为了说明和描述目的已提供实施例的前述描述。该前述描述不旨在穷举或限制本公开。特定实施例的单独元件或特征大体上不限于该特定实施例，但是如果合适的话是可互换的并且可在选定实施例中使用，即便没有具体示出或描述。同样这也可以按照许多方式改变。这样的变化不应被视为脱离本公开，而是所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。