在塑料插件上包覆模制的方法与由此获得的机动车部件

摘要

本发明涉及一种通过包覆模制来制造机动车辆复合部件的方法，所述包覆模制在包含塑料第一材料的插件(1)的至少一个表面上包覆模制热塑性第二材料的层，所述方法包括以下相继的步骤：a)将插件(1)定位在模具中的定位步骤，和b)将所述热塑性第二材料模制到所述插件上的模制步骤；所述第一和第二材料中的至少一个包含添加剂，所述添加剂包括聚合物，在该聚合物上接枝有羧酸酐单体。所述第一和第二材料分别基于聚酰胺和基于聚丙烯，或者相反，并且所述第二材料包括作为无机填料的滑石。

权利要求

1.一种通过包覆模制来制造机动车辆复合部件的方法，所述包覆模制在包含塑料的第一材料的插件的至少一个表面上包覆模制热塑性的第二材料的层，所述方法包括以下相继的步骤：a)将所述插件定位在模具中的定位步骤，和

b)将所述热塑性的第二材料模制到所述插件上的模制步骤；

所述第一和第二材料中的至少一个包含添加剂，所述添加剂包括聚合物，在该聚合物上接枝有羧酸酐单体；

所述第一和第二材料分别基于聚酰胺和基于聚丙烯，或者相反；并且

所述第二材料包括作为无机填料的滑石；所述第二材料由聚合物制成，该聚合物包括或由基于丙烯聚乙烯的P/E共聚物构成，该共聚物包括12质量％的滑石、10质量％的EPR类型的弹性体材料、0.2-0.5质量％的SEBS、5-10质量％的与马来酸酐单体接枝的聚丙烯。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模制步骤是注射模制步骤。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一材料包括添加剂，所述添加剂是马来酸酐和/或它的衍生物。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述添加剂相对于所述第一材料的总质量的比例为0.1至20质量％。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述添加剂相对于所述第一材料的总质量的比例为2至20质量％。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一或第二材料还包括另一添加剂，该另一添加剂包括其上接枝有羧酸酐单体的热塑性聚合物。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述定位步骤期间，所述插件不处于熔融状态。

8.如权利要求1或7所述的方法，其特征在于，在所述定位步骤期间，所述插件处于室温。

9.一种机动车辆复合部件，该复合部件包括包含塑料的第一材料的插件和热塑性的第二材料的层，其特征在于，所述第一和第二材料中的至少一个包括添加剂，所述添加剂包括其上接枝有羧酸酐单体的聚合物，所述第一和第二材料分别基于聚酰胺和基于聚丙烯，或者相反；并且，所述第二材料包括作为无机填料的滑石；所述第二材料由聚合物制成，该聚合物包括或由基于丙烯聚乙烯的P/E共聚物构成，该共聚物包括12质量％的滑石、10质量％的EPR类型的弹性体材料、0.2-0.5质量％的SEBS、5-10质量％的与马来酸酐单体接枝的聚丙烯。

说明书

在塑料插件上包覆模制的方法与由此获得的机动车部件

技术领域

[0001] 本发明涉及由基于一种或多种(热塑性)塑料化合物的材料制成的机动车辆部件的制造。本发明特别地涉及一种能够制造机动车辆部件、尤其是车身部件的方法。

背景技术

[0002] 机动车辆可能会包括众多由塑料制成的部件，这些部件通常通过借助于注射的模制工艺来实现，并包括一个或多个插件。这些插件是预成型件，其并入所述被模制的部件和/或与所述被模制的部件联结一体，其一般用于加强所述被模制的部件和/或之后固定机械元件。这些插件可以由钢、铝制成或由复合塑料材料制成。所获得的部件可以是所涉及的机动车辆的结构性或半结构性部件。由此，部件的包覆模制不是通过插件与并入该插件的层的同时注塑获得。然而，该包覆模制可以通过相继的注塑实现。该包覆模制也可以通过使用多个不同的模具实现，这些模具每个都具有模腔；该包覆模制还可以通过使用具有可动旋转模具部分的单一模具(具有多个可旋转模腔的模具)来实现，该单一模具包括至少2个不同的模腔，并能够在同一次注塑期间同时实现被包覆模制的部件和插件。

[0003] 显然，对于所生产的部件的质量，非常重要之处在于确保插件与并入该插件或该插件附接于其上的塑料材料之间良好的固定连接，其中所述塑料材料由于最经常使用的制造技术，通常称作“包覆模制材料”。该固定连接可以是机械连接。例如如果插件被穿孔，包覆模制的材料蠕动到孔中，产生铆钉类型的连接。

[0004] 该固定可以是接触表面的粘附。例如，诸如树脂或胶合剂的化学粘结剂可尤其被施加在插件的接触表面上。例如，DUPONT公司的专利(专利公开号为EP1313780B1)描述了一种由聚丙烯制成的材料，在该材料上接枝有马来酸酐(AM)分子。该材料由于其流变特性(这些流变特性不允许该材料在注塑机上被直接注射)不能够被用作包覆模制材料。而且，该材料的机械强度对于实现结构性或半结构性的部件过小。

[0005] 这些机械或化学固定连接方式经常是复合部件的脆弱点，尤其是在机动车辆情况下由冲击产生的受力期间。

[0006] 粘附也可通过插件和包覆模制部的材料之间的化学反应过程实现。在该情况下，只有在兼容的插件与包覆模制材料之间才能获得令人满意的粘附，即具有相同的化学性质(PP/PP、PA/PA)和/或通过将材料熔融。由此，包括一个或多个插件的复合部件的制造要求：要么有额外的步骤(例如加热、胶合、穿孔、表面处理)，要么限制构成插件和包覆模制材料的材料性质方面的可行的(兼容的)选择和组合。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于通过在塑料插件上包覆模制来制造复合部件的方法来解决一个或多个这些缺陷。根据本发明的一个实施方式，所述方法涉及通过包覆模制来制造机动车辆复合部件，所述包覆模制在包含塑料第一材料的插件的至少一个表面上包覆模制热塑性第二材料的层，所述方法包括以下相继的步骤：

[0008] a)将所述插件定位在模具中的定位步骤，和

[0009] b)将所述热塑性第二材料模制，优选地注射模制，到所述插件上的模制步骤；

[0010] 所述第一和第二材料中的至少一个包含添加剂，所述添加剂包括聚合物，在该聚合物上接枝有羧酸酐单体。

[0011] 由此能够在化学不兼容的、不同性质的材料之间制造具有插件的复合部件，其中该插件的材料是不熔融的(不可变形的)。该方法能够将插件与包覆模制材料之间粘合的步骤合并到通过模制来成型所述复合部件的步骤。由此，复合部件可以仅通过包覆模制一个操作来制造，该包覆模制可借助于注射或借助于压缩来实现。根据本发明的方法还能够更好地使包覆模制材料(即“第二材料”)与机动车辆部件所期望的要求相匹配，诸如杨氏模量(例如通过改变填料的类型或比率)和/或抗冲击性(例如通过改变弹性体的比率)和/或流变特性 (例如通过选择塑料基质的性质或等级)。由此，根据本发明的一个优选方面，第一材料和第二材料是不同性质的材料，优选地，当它们处于注射模制典型的压强和温度条件下时，不易于以令人满意的方式彼此粘附。令人满意的粘附可由国际标准ASTM D5868定义。

[0012] 有利地，所述第一和第二材料分别基于聚酰胺和基于聚丙烯，或者相反。

[0013] 所述包覆模制材料是塑料材料。优选地，该材料被选择为能够作为注射模制的对象。由此，该材料可有利地基于聚烯烃，所述聚烯烃在由聚丙烯(PP)、高或低密度的聚乙烯(PE)、和/或丙烯和乙烯的共聚物构成的集合中选择。这些材料可以是初始的或循环利用的。

[0014] 术语“基于”是指一种材料包含至少50重量％的同一成分，该成分紧接着该术语之后。

[0015] 优选地，所述塑料材料包括相对于包覆模制材料总重量至少60％的聚丙烯，更具体地至少70重量％、优选地至少80重量％的烯烃。

[0016] 包含在第一和/或第二材料中的添加剂还包括至少一种、优选地多种(例如两种)添加剂。该添加剂在由这样的聚合物构成的集合中选择：在这些聚合物上接枝有羧酸酐、更具体地马来酸酐以及它们的衍生物的单体。该聚合物可以是性质或结构与形成其添加于其中的材料基质的聚合物相似或相同的聚合物。有利地，这些聚合物在由聚丙烯、高或低密度的聚乙烯(PE)、丙烯和乙烯的共聚物、和/或基于诸如苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(Styrène Ethylène Butadiène Styrène，SEBS)(聚苯乙烯-b-聚(乙烯-丁烯)-b-聚苯乙烯)的苯乙烯嵌段共聚物(copolymères blocs styréniques，TPS)的热塑性弹性体构成的集合中选择。

[0017] 优选地，该或这些添加剂相对于所述材料的总重量以0.1-25质量％、有利地2-25质量％、更具体地0.1-20质量％、例如2-20质量％的比例存在。有利地，该比例大约为10质量％±2％。

[0018] 当添加剂包括SEBS时，其可以有利地相对于材料的总质量以 0.1-10质量％的比例存在。

[0019] 当添加剂包括接枝PP时，其可以有利地相对于材料的总质量以 2-25质量％的比例存在。

[0020] 根据本发明的一个尤其优选的实施方式，所述添加剂包括或由 SEBS和马来酸单体接枝的PP的混合物构成。这些组成成分相对于材料的总质量的相对比例可以分别大约为0.1质量％和15质量％。

[0021] 根据一个优选的实施方式，第二材料(即包覆模制材料)包括所述添加剂。

[0022] 优选地，包覆模制材料包括无机或有机填料，例如石英、云母、高岭土、磷酸钙、长石、块滑石、白垩、滑石、合成硅石的碳黑、硫酸钡、钡铁氧体(la ferrite de baryum)、木粉或水果皮粉、纸浆、玻璃纤维、碳纤维、很经常使用的空心玻璃微小珠、合成硅石、纳米粘土、亚麻等，以及这些材料的混合物。

[0023] 该填料可以根据填料的性质相对于包覆模制材料的重量从1至49.9重量％变化，例如从3至30重量％、更特别地从1至40重量％。优选地，该填料相对于包覆模制材料总重量的重量比包含在5-40重量％、优选地5-30重量％，例如10重量％、并优选地12重量％。

[0024] 优选地，填料包括无机填料，尤其是滑石。

[0025] 同样有利之处在于，包覆模制材料包括弹性体材料，例如EPR  (Ethylene Propylene Rubber，即乙烯丙烯橡胶)类型的共聚物，其可以以包覆模制材料的总质量的5-35质量％的比例存在。乙烯丙烯橡胶的量有利地相对于塑料材料的总重量为5-15重量％、优选地为10 重量％。

[0026] 包覆模制材料也可以包括诸如比例为0.5质量％的碳黑的染色剂。

[0027] 第二材料(即包覆模制材料)因此可包括或由丙烯/乙烯共聚物和/或弹性体和/或无机填料(例如滑石)构成。有利地，所述包覆模制材料包括或由聚丙烯、聚乙烯、滑石和乙烯丙烯橡胶和添加剂组成的混合物构成。包覆模制材料的聚丙烯的量有利地相对于所述材料的总重量为至少50重量％。乙烯丙烯橡胶的量有利地相对于塑料的总重量为5-15重量％、优选地为10重量％。

[0028] 优选地，所述复合部件的包覆模制层是由这样的聚合物制成的，该聚合物包括或由基于丙烯聚乙烯的P/E共聚物构成，该共聚物包括 12质量％的滑石、10质量％的EPR类型的弹性体材料、0.2-0.5质量％的SEBS、5-10质量％的与马来酸酐单体接枝的聚丙烯。

[0029] 优选地，插件和/或包覆模制材料基本上不包含金属离子。例如，该材料包括少于3％的被一个或多个金属离子中和的羧酸官能团。

[0030] 优选地，包覆模制材料可以通过标准挤出成型工艺来制造，在该工艺中，基础聚合物被软化或液化，然后与预定比例的其它成分混合，之后被挤出成型，并可能地经过造粒步骤以获得固态粒料。有利地，这些粒料可以在制造复合部件期间被直接使用。替代地，包覆模制材料也可以在模制复合部件期间获得，这通过其各个成分以所要求的比例在模制设备的注射压机的螺杆中添加与混合来实现。

[0031] 插件优选地是包括塑料材料的部件，该塑料材料有利地基于聚酰胺，诸如聚己内酰胺(les polycaprolactames)：[NH-(CH2)5-CO]n(PA6) 和聚己二酰己二胺(les polyhexaméthylène adipamides)： [NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO]n(PA-6,6,)。形成插件的整个或一部分的塑料材料(即第一材料)也可以基于聚丙烯和/或聚乙烯。该部件可以包括如上所述的无机或有机填料。

[0032] 当插件具有结构性、半结构性、或加强功能时，填料可包括或由能够确保这样的功能的材料(例如玻璃纤维或碳纤维)构成。该填料的比例可相对于由此加强的插件材料的总质量从10至95质量％、优选地从15至90质量％、有利地从20至85质量％、更具体地从75 至85质量％变化。

[0033] 如前所述，插件的形状和功能可以是多种的。根据一个具体实施方式，插件可以是用于布置在机动车辆保险杠后方的梁的刚性部分。这样的梁能够支撑保险杠并承受冲击期间的变形。梁因此一般包括刚性部分(插件)和更具柔性的部分(模制材料)。刚性部分提供高速冲击下的支承与限制变形。更具柔性的部分更特别地用于吸收低速下的冲击。传统地，刚性部分会定位在前部，即与保险杠接触，柔性部分则被定位在刚性部分与车辆的钢制车身之间。

[0034] 在根据本发明的方法的定位插件的步骤期间，该插件不处于熔融状态和/或处于环境温度和/或不经受预加热。

[0035] 有利地，插件不被加热，或被加热到小于所述第一材料的熔融点的温度。例如，由填充有玻璃纤维的PA制成的插件当其布置到模具中时的温度是环境温度或可以达到180℃，例如50-180℃。加热可以通过应用红外线灯来实现。

[0036] 为了进一步改善插件的外表面与包覆模制材料之间的粘附，可行的是实施一个或多个通过化学或机械方式对该表面处理的预先步骤。

[0037] 一个能够增强粘附性的化学表面处理例子是火烧处理 (flammage)，其中接受处理的表面经受火焰的施加。该火烧处理步骤在本发明的技术领域中是已知的，并可以借助于天然气燃烧器在略微氧化或非氧化的条件下实现。

[0038] 一个能够增强粘附性的对插件的表面物理处理的例子是施加打磨 或喷砂(sablage)步骤。

[0039] 本发明还涉及一种复合部件、尤其是机动车辆部件，其包括插件和第二塑料材料的层，所述插件包括或由第一塑料材料构成，所述复合部件的特征在于，所述第一和第二材料中的至少一个包括添加剂，所述添加剂包括其上接枝有羧酸酐单体的聚合物。形成所述复合部件的材料及其分别的比例可以是在本申请中所述的那样的。根据一个优选实施方式，所述复合部件包括介于插件与第二材料之间的粘附表面，该表面基本上不包括构成第一和第二材料的材料之外的其它材料。根据本发明的复合部件可采用各种形状、尤其是用于机动车辆制造的部件的形状。优选地，该部件是像梁(例如保险杠梁)那样的结构性或半结构性部件。

[0040] 本发明还涉及一种通过本发明的方法直接获得的复合部件、尤其是机动车辆部件，以及包括所述部件的机动车辆。

[0041] 本发明的另一主题在于一种优选地为热塑性塑料的塑料组合，其包括聚合物和接枝添加剂，如在本申请中所述的那样。该组合优选地是能够被注射的，并用于注射模制工艺中，尤其是用于制造机动车辆部件。

[0042] 本发明的另一主题在于将所述塑料组合用于所述复合部件、尤其是机动车辆复合部件的制造中。

附图说明

[0043] 阅读示例性地提供的、不具有任何限制性的附图，将更好地理解本发明，在附图中；

[0044] 图1是示意图，其示出了用于测试根据本发明的复合部件的材料的粘附性的试样相应的位置。

具体实施方式

[0045] 根据本发明的包覆模制材料如下地制成：

[0046] 在标准双螺杆挤出机中，将比例分别为P/E 80/20的聚丙烯/乙烯共聚物粒料倒入进料料斗。该挤出机允许在初始聚合物已经熔融时在挤出路径的大约三分之一处添加各种化合物。由此添加：

[0047] -质量比12％的滑石；

[0048] -质量比10％的EPR(Saudi Basic Industries Corporation(SABIC) 公司销售的PP 108MF10，该公司地址为Le Monge–22place des Vosges,La Défense 5,92979Paris La Défense cedex,France)；

[0049] -质量比0.2％的、接枝有马来酸酐的SEBS(KRATON FG 1901G 类型)；以及[0050] -质量比10％的、接枝有AM的PP，Orevac CA 100类型。

[0051] Kraton FG类型的聚合物是通过添加马来酸酐而接枝的聚合物。这些聚合物的接枝率大约为质量比1.0至1.7％。这些聚合物由Kraton Performance Polymer Inc公司销售，该公司的地址是15170John F Kennedy Blvd,Houston,TX 77032,Etats-Unis。

[0052] 聚合物 CA100是具有高比例马来酸酐的高度官能团化的聚合物，其由AREKMA公司销售，该公司的地址是Immeuble Défense Ouest 420,rue d’Estienne d’Orves 92705COLOMBES Cedex, France。

[0053] 在挤出机输出处通过造粒获得的粒料(温度大约220℃)因此包含以上给出的％。

[0054] 根据本发明的复合部件的制造：

[0055] 制造用于设置在机动车辆保险杠后方的复合梁。

[0056] 通过挤压拉伸制造由PA-6PA聚酰胺制成的部件或梁。该部件包含质量比80％的玻璃纤维。该插件在表面处被加热到150℃，并被布置在用于制造机动车辆部件的标准类型的注射模具中。

[0057] 前述包覆模制材料被倒入料斗，以供给塑化螺杆(蜗杆类型)。该材料经由塑化套被加热并控温在250℃，以能够转变至熔融状态 (可变形的)。

[0058] 该材料被送到塑化螺杆前部，以被分配剂量并在高压下注射到模具内部，该模具具有所期望的部件形状。该材料被直接注射到插件的被模具暴露的表面上。模具被调节到小于转变温度、即大约40到50℃的温度。保持压强10至20秒(在本例中，10秒)，以在材料冷却期间缓解材料的收缩。将部件冷却数秒，然后脱模。

[0059] 由此，该复合梁是直接从注射模具脱出而获得的，其包括更具刚性的部分(插件)和通过包覆模制直接固定到该插件上的更具柔性的部分。这两个构件彼此之间的粘附满足所要求的标准。例如，当冲击测试之后包覆模制的梁与包覆模制材料之间无剥离时，则可判断粘附是令人满意的。

[0060] 一种能够应用于确保复合部件的粘附性的规范在于在试样(滑片)上实施剩余搭接剪切应力国际标准测试(“lap shear test”，搭接剪切试验)，如标准ASTM D5868那样的测试。试样用与复合部件的材料相同的材料制成。所用部件的形状在图1中示出。

[0061] 由此，尺寸为125x25mm并且厚度为2mm的PA矩形试块1被置入模具中，该矩形试块包括质量比为83％的玻璃纤维。注射根据本发明的、包括与马来酸酐接枝的聚合物的塑料混合物。所用压机为 200T的，模制温度为80℃。包覆模制的部件是具有与试块1相同的 125x25mm尺寸但厚度为3mm的矩形试块2。如图1所示的那样，包覆模制仅表现为试块的一个表面的覆盖。覆盖面积为25x25mm。然后，这些试块经由拉伸机在13mm/mn的速度下经受拉伸测试。应力数值必须大于1MPa。测试必须成功地至少重复5次。

[0062] 本发明不限于所说明的实施方式，其它实施方式对于本领域的技术人员将是明显的。尤其可行的是使用其它塑料材料来制造插件或制造可能的能够与前述材料一起注射的注塑材料。该材料可以在基于或包括聚酯、环氧或乙烯基酯(VE)的热固性材料中选择。该材料也可以在聚烯烃(例如由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)构成的集合中的)、聚酰胺(诸如聚己内酰胺：[NH-(CH2)5-CO]n(PA-6)和聚己二酰己二胺：[NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO]n(PA-6,6,))、聚碳酸酯 (PC)、高密度聚乙烯(PE-HD)、低密度聚乙烯(PE-LD)、晶形或非晶形的聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)、聚(甲基丙烯酸甲酯) (PMMA)、聚丙烯(PP)、“晶体”聚苯乙烯(PS)、刚性聚氯乙烯 (PVC)及其它们的混合物中选择。也可以考虑使用压缩而不是注射作为模制方式。该替代方案使用预浸渍材料，诸如树脂(也称作基质) 预浸渍的织物，该材料被施加到插件上并被模制。