生產纖維增強樹脂模塑構件的方法和連接構件的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生產待與不同的樹脂模塑構件連接的纖維增強樹脂模塑構件的方法，和使用通過所述生產方法生產的纖維增強樹脂模塑構件連接構件的方法。
【背景技術】
[0002]由樹脂和包含在樹脂中的增強纖維材料(纖維增強材料)形成的纖維增強樹脂構件(纖維增強塑料(FRP))由于其輕重量和高強度而用于各種工業領域，例如汽車工業、建筑工業和航空工業中。例如，在汽車工業中，為了獲得車輛重量的降低，同時確保車輛強度以生產具有增強的燃料效率的環境友好車輛，將上述纖維增強樹脂構件應用于需要設計性能的非結構構件。非結構構件包括車輛的框架結構構件，例如前縱梁、中橫梁、車柱、車鎖和車身地板以及門外板和引擎罩。
[0003]作為將纖維增強樹脂構件相互連接的方法，通常使用通過粘合劑的連接方法或者使用連接組件的連接方法，例如螺栓連接、螺紋連接和自沖鉚接，或者這些方法的組合。
[0004]存在多種將纖維增強樹脂構件相互連接的方法，但上述常規方法具有各種問題。
[0005]具體而言，存在以下問題:使用粘合劑的方法要求一些時間將構件粘合；且通過螺栓連接、螺紋連接或自沖鉚接的方法要求連接組件，因此生產時間提高，或者與連接組件有關的生廣成本提尚。
[0006]特別是在使用連接組件如螺栓將具有三維復雜形狀的纖維增強樹脂構件相互連接的情況下，不容易處理待連接纖維增強樹脂構件之間的排列；因此，可能增加使用連接組件將構件相互連接的組裝程序。在通過粘合劑或焊接連接中，難以將粘合劑或者將熱盡可能均勻地施加于三維復雜的待連接整個部分(覆蓋部分)上。
[0007]日本專利申請公開N0.2002-11795公開了將配置的纖維增強塑料構件連接的方法，使得碳纖維材料在FRP構件的接合目標部分處從各FRP構件中凸出，FRP構件在接合目標部分處彼此相對地布置，纖維材料的凸出端置于彼此之上，并且將樹脂材料供入碳纖維材料置于接合目標部分處的區域中，然后固化。日本專利申請公開N0.2011-79289布置了將配置的纖維增強塑料構件連接的方法，使得待與纖維增強塑料基質的合成樹脂粘合的一部分表面中的至少一部分基體通過物理或化學方法除去以使增強纖維暴露于該表面，和在除去基體的空間中形成塑化第二聚合物材料以用塑化第二聚合物材料滲透暴露增強纖維中的空隙和粗糙部分，然后將該塑化聚合物材料固化，由此通過機械粘合得到牢固的粘合。
[0008]這些文件提供了關于通過化學方法或物理方法除去形成的聚合物材料作為使碳纖維材料從各FRP構件中凸出的方法的描述。例如，如果基體樹脂為熱塑性樹脂，則可考慮使用通過使用合適的溶劑將基體樹脂溶解而使碳纖維材料凸出的方法，或者通過加熱將FRP構件熔融以部分除去FRP構件以便使碳纖維材料凸出的方法。同時，如果基體樹脂為熱固性樹脂，則可考慮使用激光束將FRP構件熱分解以使碳纖維材料凸出的方法。
[0009]即使應用任何以上方法，不容易使纖維增強材料從構件表面暴露。例如，在使用溶劑的方法中，難以僅處理構件的所需區域，因為使用液體，并且還需要考慮溶劑處理以及操作環境的問題。在通過加熱使纖維增強材料暴露的方法中，存在部分加熱困難的問題，并且難以優選僅分離熔融樹脂，因為熔融樹脂具有高粘度。在使用激光束將樹脂熱分解的方法中，存在設備成本提高的問題，并且生產場所的位置受限。

【發明內容】

[0010]本發明提供生產纖維增強樹脂模塑構件的方法和連接通過使用纖維增強樹脂模塑構件生產的構件的方法。
[0011]本發明第一方面為生產纖維增強樹脂模塑構件的方法。該方法包括:制備包含上模和下模的模具，通過所述上模和下模形成空腔，其中上模的空腔表面或下模的空腔表面具有凸出部分，且空腔表面面對空腔；將纖維增強材料置于空腔中，關閉上模和下模以產生其中凸出部分擠壓一部分纖維增強材料的狀態，和將空腔用熔融樹脂填充以將纖維增強材料用熔融樹脂浸漬并將滲透纖維增強材料的熔融樹脂固化；和打開上模和下模以得到纖維增強樹脂模塑構件。纖維增強樹脂模塑構件具有其中纖維增強材料暴露于固化熔融樹脂外部的暴露部分和其中纖維增強材料嵌入固化熔融樹脂中的部分。暴露部分至少包括在關閉上模和下模時被凸出部分擠壓的部分。
[0012]根據本發明第一方面的生產纖維增強樹脂模塑構件的方法，可通過便宜的方法以高準確度生產其中內部纖維增強材料暴露于外部的暴露部分在纖維增強樹脂模塑構件的所需部分處形成的纖維增強樹脂模塑構件。
[0013]“上模或下模的空腔表面具有凸出部分”意指上模和下模中的任一個或者兩個具有至少一個凸出部分。它可取決于待模塑的纖維增強樹脂模塑構件以及不同樹脂模塑構件相互連接的連接部分的位置或連接部分的數目配置以設定凸出部分的位置、平面形狀和平面尺寸，和/或凸出部分的數目。
[0014]凸出部分可以以一定方式與上模或下模的空腔表面成為整體以凸出到空腔空間中。
[0015]在本發明方面中，凸出部分可包括置于上模的空腔表面或下模的空腔表面上的核。
[0016]在以上構型中，可使用與上模或下模無關的核，并且該核可以以非粘合狀態簡單地置于空腔表面的所需位置上。作為選擇，核可粘合地置于空腔表面上。
[0017]在本發明第一方面中，纖維增強材料可包括連續纖維增強材料、長纖維增強材料或短纖維增強材料。連續纖維增強材料為纖維長度大于50_的纖維材料，如日本工業標準(JIS)所規定的，其集中成預定形狀(例如近似于待模塑纖維增強樹脂模制體的形狀的三維形狀)。長纖維增強材料為具有比連續纖維增強材料更短的纖維長度，具體而言，小于50mm至大于1mm范圍內的纖維長度的纖維增強材料，其集中成預定形狀。短纖維增強材料為具有1mm或更小的纖維長度的纖維增強材料。這些纖維增強材料的實例可包括碳纖維、金屬纖維和陶瓷纖維中的一種或者它們中的兩種或更多種的混合物。
[0018]在本發明第一方面中，將纖維增強材料置于模具的空腔中，然后將模具關閉。當模具進入該模具關閉情形時，產生其中纖維增強材料在預定位置被凸出部分擠壓的狀態。例如，如果上模的空腔表面具有2個凸出部分，則纖維增強材料在兩個位置上被兩個凸出部分擠壓。如果凸出部分提供于上模和下模上，則纖維增強材料的上和下表面被相應的凸出部分擠壓。盡管纖維增強材料以以上方式在預定位置上被凸出部分擠壓，將空腔用熔融樹脂填充使得熔融樹脂滲透纖維增強材料以涂布在整個空腔上。
[0019]在本發明第一方面中，“將空腔用熔融樹脂填充”可通過將熔融樹脂注射模塑或擠壓模塑進行。待用于本發明第一方面中的樹脂可以為熱塑性樹脂和熱固性樹脂中的任一種；熱塑性樹脂可以為結晶塑料，例如聚酰胺(PA)和聚丙烯(PP)，或者非晶塑料，例如聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC);且熱固性樹脂可以為環氧樹脂等。
[0020]在空腔中提供的熔融樹脂滲透纖維增強材料，但很難滲透被凸出部分直接擠壓的部分及其外圍部分(不直接擠壓，但由于來自直接擠壓部分的影響而變形的部分)，因為這些部分壓縮變形。
[0021]熔融樹脂因此滲透不同于被凸出部分擠壓的部分及其外圍部分的纖維增強材料的其它部分，且熔融樹脂以圍繞纖維增強材料的方式涂布在整個空腔上，最后固化。
[0022]在本發明第一方面中，將模具打開，并將產生的纖維增強樹脂模塑構件從模具上脫離。在由模具脫離的纖維增強樹脂模塑構件中，形成熔融樹脂不滲透的部分，因為該部分被凸出部分擠壓并壓縮變形。該熔融樹脂不滲透的部分變成暴露部分，其中固化樹脂中的纖維增強材料暴露于外部。在該暴露部分處，纖維增強樹脂模塑構件與預定樹脂模塑構件連接，由此以包含位于暴露部分的纖維增強材料的方式形成連接部分。因此，可以以高連接強度將兩個構件連接。