专利名称：用于制取固化粒状物质的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制取固化粉状或者微粒物质(下文中被称作粒状物质)的方法，利用所述固化粒状物质来对管状框架构件进行填充，以便有效吸收施加在该框架构件上的冲击能量。
背景技术：
用于制取即将被插入到管状框架构件内来进行补强的固化粒状物质的公知方法比如包括(1)美国专利No.4610836，题目为“METHODOF REINFORCING A STRUCTURAL MEMBER”(下文中被称作现有技术1)，(2)利用一种树脂材料对粒状物质进行固化(下文中被称作现有技术2)，(3)利用一种桥接液膜对粒状物质进行固化(下文中被称作现有技术3)，以及(4)利用粒状物质本身对它们进行固化(下文中被称作现有技术4)。
在现有技术1的官方公告的图2中，公开了这样一种结构，其中利用涂敷有粘结剂的玻璃微球体对一个框架构件进行填充，所述玻璃微球体外包裹着一层玻璃纤维织物。美国专利No.4695343也公开了一种类似结构。
下面将参照本文中的
图13和14对现有技术2进行描述。
图13示出了一种结构件102，其带有一个填充有固化粒状物质101的框架构件100。
在图14中示出的固化粒状物质101由颗粒103与一种树脂材料104构成，其中树脂材料104填充在颗粒103之间，来对颗粒103进行固化。
下面参照图15对现有技术3进行描述。
在图15中示出的固化粒状物质110具有这样一种结构，即利用一种桥接液膜111将相邻的颗粒103粘结在一起。这种粘结在一起结构通过利用水或者类似物质将颗粒103弄湿并且随后对它们加压、加热来形成桥接液模111而获得，由此制成固化粒状物质110。
在图16中示出的固化粒状物质通过使得颗粒103发生表面熔化来将颗粒103粘结在一起而获得。附图标记121指代的是在熔化之后固化的颗粒103表面上的固态部分。
在现有技术1中，由于利用粘结剂将微球体粘结在一起，所以这种固化粒状物质形成了一种整体具有较高刚度的固态物质。但是，当比如在这种框架构件上施加一个冲击时，各个微球体的微量变形会明显增大在这种框架构件上产生的载荷，导致冲击能量无法被充分吸收。
在现有技术2中，如图13和14中所示，利用树脂材料104对颗粒103进行固化，以便提高结构件102的刚度。但是，树脂材料104的量过多，增加了结构件102的重量。
在现有技术3中，参见图15，利用桥接液膜111对颗粒103进行粘结取决于表面张力，表面张力提供了较小的结合力，使得难以形成大型的固化粒状物质110。
在现有技术4中，参见图16，通过使得颗粒103本身发生表面熔化进行的固化操作在相邻的颗粒103之间提供了强大连接。但是，当颗粒103是陶瓷材料时，比如玻璃、氧化硅(SiO2)或者氧化铝(Al2O3矾土)，必须以非常高的温度对颗粒103进行加热，需要诸如加热装置这样的额外设备，并且使得难以制取固化粒状物质120。
还有，在现有技术1至4中，为了在使得颗粒固化之后将它们插入到框架构件内，需要预先利用一个固化模具或者类似物使得所述固化粒状物质的尺寸与框架构件的内部尺寸相匹配。因此，需要额外的用于制取固化粒状物质的生产步骤。
还有，即使颗粒在被填充到框架构件之后发生固化，但是取决于这种框架构件的形状，也会难以将这些颗粒以紧密关系填充到框架构件内，导致在它们之间存在不必要的空隙。
因此，所希望的是，使得填充有一种固化粒状物质的框架构件能够有效地吸收更多的冲击能量，并且有利于在其中制取一种重量轻、尺寸大的固化粒状物质，在它们之间不存在间隙，并且无需利用额外的设备和额外的生产步骤。
发明概述根据本发明的一个方面，在此提供了一种用于在一个框架构件的内部空间中和/或在一个由该框架构件与外围板件封闭起来的空间中，利用粘结成一种固体形式的颗粒制取固化粒状物质的方法，该方法包括下述步骤将第一颗粒与第二颗粒混合在一起，各个第二颗粒均具有一个热塑性树脂外壳，封闭着一种能够通过汽化发生膨胀的固体或者液体；将第一颗粒与第二颗粒的混合物填充到所述框架构件内；以及与所述框架构件一起对第一颗粒和第二颗粒进行加热，以便使得第二颗粒发生软化，并且使得第二颗粒在内部压力作用下发生膨胀，同时使得第二颗粒的表面熔化，用于与第一颗粒粘结起来。
优选的是，这种方法还包括在加热步骤之后，与所述框架构件一起对第一颗粒和第二颗粒进行冷却。
所希望的是，能够通过汽化发生膨胀的所述固体或者液体包括一种低熔点的碳氢化合物。
因此，在本发明中，由于固化粒状物质被制成带有能够通过加热大幅度发生膨胀的第二颗粒，所以框架构件可以在它们之间不存在任何间隙的条件下由这种固化粒状物质填充起来。
还有，由于仅将第一颗粒和第二颗粒填充到框架构件内并且对它们进行加热即可制取所述固化粒状物质，所以这种固化粒状物质可以在无需额外生产模具或者额外生产步骤的条件下轻易制取，所述额外生产模具或者额外生产步骤是利用用于固化颗粒的模具或者类似物来制取固化粒状物质所必须的。还有，由于第二颗粒的表面可以在低温下熔化，所以避免了使用额外的加热装置或者类似装置，提高了生产率。
还有，第二颗粒允许所制成的固化粒状物质的重量减轻，因为它们是中空的，导致当用于车辆上的框架构件中时，车辆的重量减轻。
还有，通过使得第二颗粒发生表面熔化而实现的第一颗粒和第二颗粒的粘结，在第一颗粒与第二颗粒之间提供了强大联合，允许制取大型的固化粒状物质，并且导致能够应用于车辆中的各种框架构件。
还有，除了第一颗粒与第二颗粒之间的前述强大结合力之外，中空的第二颗粒可以在车辆框架构件受到冲击时发生坍缩，导致有效地吸收较多的冲击能量。
将第一颗粒与第二颗粒的混合物填充到框架构件内，可以在这种混合物被包装在一个袋或者容器内的条件下实现。
对包装在袋或者容器内的混合物进行填充有利于在将所述袋或者容器插入框架构件内时对第一颗粒与第二颗粒的混合物进行操控，提高工作能力。
附图简述图1是一个透视图，示出了一个根据本发明具有一框架构件的结构件；图2是一个横剖视图，示出了一种用于填充图1中所示框架构件的固化粒状物质；图3是图2中所示固化粒状物质的放大视图；图4A是一个第二粉状颗粒在加热之前的横剖视图；而图4B是所述第二粉状颗粒的横剖视图，示出了在加热之后的膨胀状态；图5A是被填充在框架构件内的第一颗粒与第二颗粒混合物在加热之前的横剖视图；而图5B是一个横剖视图，示出了所述第二颗粒在与框架构件一起对它们进行加热时的膨胀状态；图6是一个流程图，示出了一种根据本发明用于制取固化粒状物质的方法中的步骤；图7A是一个示意图，示出了通过对结构件进行冲击而产生的载荷施加状态，此时所述结构件中的框架构件内填充有本发明中的固化粒状物质；而图7B是一个示意图，示出了所述固化粒状物质与框架构件由于所述载荷发生变形相伴的变形状态；
图8A至8G是若干个横剖视图，示出了用于本发明中的第一颗粒的各种示例；图9A和9B是一个构成车体的框架的透视图，根据本发明的结构件被用于该框架上；图10A至10D是若干个示意图，示出了多个将根据本发明的结构件应用于图10A中所示B柱上的示例；图11A至11D是若干个横剖视图，示出了一种根据本发明第二实施例用于制取固化粒状物质的方法；图12是一个流程图，示出了在根据图11A至11D中所示第二实施例用于制取固化粒状物质的方法中的步骤；图13是一个结构件的横剖视图，此时该结构件中的框架构件内填充有一种常规固化粒状物质；图14是一种常规固化粒状物质的放大横剖视图，带有利用一种树脂材料固化起来的颗粒；图15是一种常规固化粒状物质的局部放大横剖视图，带有利用一种桥接液膜粘结在一起的相邻颗粒；而图16是一种常规固化粒状物质的横剖视图，带有通过使得颗粒的表面发生熔化而粘结在一起的颗粒。
优选实施例在图1中示出的结构件10对应于一个比如用于形成车辆框架结构的构件。在管状框架或者骨架构件11中，装载有一种带有固化颗粒的固化粒状物质15(参见图2)。附图标记13、13指代的是用于对管状框架构件11的相对端部进行封闭的封闭件。
图2示出了装载在图1中所示管状框架构件11内的固化粒状物质15。这种固化粒状物质15由实心的第一颗粒16和中空的树脂质第二颗粒17组成，利用第二颗粒17，颗粒16被粘结或者组合起来。尽管第一颗粒16和第二颗粒17在实际中致密地粘结在一起，或者说在它们之间不存在任何间隙，但是为了方便起见，松散地示出了所述粘结关系。
如图3中所示，固化粒状物质15是这样一种构件，即带有通过使得第二粉状颗粒17的表面发生熔化并且随后固化而粘结在一起的相邻第一颗粒16。附图标记17a指代的是第二粉状颗粒17的中空部分，而18指代的是通过使得第二粉状颗粒17发生固化而形成的固态部分。
图4A示出了第二粉状颗粒17在膨胀之前的横剖面。第二粉状颗粒17具有一个由热塑性树脂制成的外壳17c，比如聚氯乙烯的共聚物或者丙烯腈的共聚物，封闭着一种低沸点的碳氢化合物17b。碳氢化合物17b可以是一种固体或者一种液体，也就是说，可以是任何形式，只要其能够通过加热而发生汽化和膨胀即可。碳氢化合物17b具有较低的沸点，因此在实际中被优选。
当对第二粉状颗粒17进行加热时，图4A中示出的碳氢化合物17b在达到沸点时发生蒸发，如图4B中所示。随着内部压力的增加，外壳17c软化，并且该外壳17c发生膨胀。随着第二粉状颗粒17温度的进一步升高，外壳17c的表面发生熔化。
接下来，将参照图5A至5B对前述固化粒状物质15的制取过程进行描述。
如图5A中所示，第一颗粒16和第二颗粒17被混合成一种混合物20。这种混合物20通过位于图1中所示框架构件11一端处的开口进行填充。此后，在框架构件11所述一端处的开口由封闭件13封闭起来。
接下来，如图5B中所示，与框架构件11一起对第二颗粒17进行加热。通过加热，第二颗粒17发生膨胀并且第二颗粒17的表面发生熔化，与第一颗粒16粘结起来。
此后，对框架构件11进行冷却，来使得熔融的第二颗粒17固化，由此形成填充在框架构件11中的固化粒状物质15，在它们之间不存在任何间隙。
图6是一种根据本发明用于制取固化粒状物质的方法的流程图，示出了一种用于制取前述固化粒状物质的方法。
步骤(在下文中简化为ST)01对第一颗粒与第二颗粒进行混合，来形成一种由第一颗粒与第二颗粒组成的混合物。
ST02将所述混合物填充到一个管状框架构件内。
ST03与所述框架构件一起对混合物进行加热，来使得第二颗粒发生膨胀并且使得它们的表面熔化。
ST04对所述框架构件和混合物进行冷却，来使得熔融的第二颗粒发生固化，由此在所述框架构件内形成一种固化粒状物质。
图7A和7B示出了一个框架构件在向其施加载荷时的变形状态，所述框架构件中填充有根据本发明的前述粉末物质。
在图7A中，当车辆发生碰撞而从外部将载荷P作用在结构件10上时，载荷P通过框架构件11作用在固化粒状物质15上，使得固化粒状物质15如图7B中所示那样发生变形。
具体来说，在固化粒状物质15发生变形的早期阶段，第一颗粒16和第二颗粒17略微发生变形。当载荷P进一步施加在结构件10上时，中空的第二颗粒17大幅度变形，而第一颗粒16几乎不变形，并且位于结构件10上直接经受载荷P的部分附近的第二颗粒17会发生坍缩。当载荷P进一步持续施加时，第二颗粒17的坍缩现象逐步转移至结构件10的下部。
由于第二颗粒17发生坍缩而形成的坍缩部分17d会与相邻的坍缩部分17d和/或相邻的第一颗粒16产生很大的摩擦力。
这种摩擦力在固化粒状物质15的变形过程中提供了较大阻力，在碰撞时吸收更多的冲击能量。第二颗粒17坍缩现象的逐步转移允许稳定、高效地吸收冲击能量。
接下来，尽管在图2和3中示出的第一颗粒已经被描述为是实心的，但是在图8A至8G中示出的大量示例将被看作是其它示例。
在图8A中示出的第一示例内，第一粉状颗粒21具有一个不确定形状的多孔主体，具有大量相互孤立的孔22。
在图8B中示出的第二示例内，第一粉状颗粒24具有一个不确定形状的多孔主体，具有大量相互连通的孔25。
在图8C中示出的第三示例内，第一粉状颗粒27具有一个确定形状的多孔主体，具有大量相互孤立的孔22。作为示例图示出了一个椭圆形。
在图8D中示出的第四示例内，第一粉状颗粒29具有一个确定形状的多孔主体，具有大量相互连通的孔25。作为示例图示出了一个椭圆形。
在图8E中示出的第五示例内，第一粉状颗粒31呈星状，具有一个中空部分32。
在图8F中示出的第六示例内，第一粉状颗粒34是一种导管形粉状颗粒，具有一个中空部分35。
在图8G中示出的第七示例内，第一粉状颗粒37是一种球形粉状颗粒，具有一个中空部分38。
在第一至第四示例中作为多孔颗粒的第一颗粒21、24、27和29，以及在第五至第七示例中作为中空颗粒的第一颗粒31、34和37，与第二颗粒17(参见图2)一起，允许进一步减轻结构件的重量。
图9A和9B是构成车体的框架的透视图，根据本发明的结构件被用于该框架上。
如图9A中所示，本发明中的结构件被用于左侧和右侧前部侧架41、41(排布在车辆前部相对侧的下部处)，左侧和右侧侧梁42、42(排布在车体相对侧的下部处)，前部底板横撑43(在左侧与右侧侧梁42、42之间延伸)，左侧和右侧B柱44、44(从左侧和右侧侧梁42、42向上直立)，以及左侧和右侧后架45、45(从左侧和右侧侧梁42、42向后延伸)。
还有，如图9B中所示，本发明中的结构件被用于左侧和右侧A柱51、51，侧向冲击杆52、53(分别设置在前门58的内部和后门59的内部)，左侧和右侧顶棚侧轨54、54(用于构成顶棚的相对侧边)，以及三条顶棚导轨55、56和57(在左侧和右侧顶棚侧轨54、54之间延伸)。
图10A至10D示出了将本发明中的结构件用于车辆B柱的第一至第四示例。
在图10A中示出的第一示例内，B柱44A是这样一个示例，即利用外板76和位于该外板76横向内侧的内板77形成一个框架构件78，并且利用一种固化粒状物质15A对框架构件78进行填充。
在图10B中示出的第二示例内，B柱44B是这样一个示例，即通过将一个补强构件79安装在外板76与内板77之间而形成一个框架构件80，并且利用一种固化粒状物质15B对补强构件79与内板77之间的空间进行填充。
在图10C中示出的第三示例内，B柱44C是这样一个示例，即将一个B柱装饰物84作为一个板件安装在框架构件78的横向内侧，并且利用一种固化粒状物质15C对B柱装饰物84与框架构件78之间的空间进行填充。
在图10D中示出的第四示例内，B柱44D是这样一个示例，即将一个B柱装饰物84安装在框架构件78的横向内侧，并且利用固化粒状物质15A和15C分别对框架构件78的内部空间和B柱装饰物84与框架构件78之间的空隙进行填充。
如前所述，本发明的特征在于，为了利用在框架构件78的内部空间中和/或由框架构件78与作为外围板件的B柱装饰物84封闭起来的空间中固化的颗粒制取固化粒状物质15A(或者固化粒状物质15C)，第一颗粒16(参见图5)与第二颗粒17(参见图5)被混合起来并且被填充入框架构件78内，其中各个第二颗粒17均具有热塑性树脂外壳17c(参见图4)，该热塑性树脂外壳17c封闭着一种能够通过汽化发生膨胀的固体或者液体(比如低沸点的碳氢化合物17b(参见图4))，并且第一颗粒16和第二颗粒17被与框架构件78一起加热，来使得第二颗粒17软化并且在内部压力作用下发生膨胀，并且进一步使得第二颗粒17的表面熔化，以便与第一颗粒16粘结起来。
由于固化粒状物质15A或者15C被制成带有能够通过加热发生膨胀的第二颗粒17，所以框架构件78可以在它们之间不存在任何间隙的条件下由固化粒状物质15A或者15C填充起来。
因此，由于仅将第一颗粒16和第二颗粒17填充到框架构件78内并且对它们进行加热即可制取固化粒状物质15A或者15C，所以这种固化粒状物质15A或者15C可以在无需额外生产模具或者额外生产步骤的条件下轻易制取，所述额外生产模具或者额外生产步骤用于利用使得颗粒发生固化的模具或者类似物来独立地制取固化粒状物质。还有，由于第二颗粒17的表面可以在低温下熔化，所以避免了使用额外的加热装置或者类似装置，提高了生产率。
还有，第二颗粒17允许所制取的固化粒状物质15的重量减轻，因为它们是中空的，导致当用于车辆上的框架构件中时，车辆的重量减轻。
还有，通过使得第二颗粒17发生表面熔化而实现的第一颗粒16和第二颗粒17的粘结，允许利用坚固粘结起来的第一颗粒16和第二颗粒17制取大型的固化粒状物质15A或者15C，导致更多地应用于车辆框架构件中的部件上。
还有，除了第一颗粒16与第二颗粒17之间的前述强大结合力之外，中空的第二颗粒17可以在车辆框架构件11受到冲击时发生坍缩，如图7B中所示那样，导致有效地吸收更多的冲击能量。
接下来，将参照图11A至11D对一种根据本发明第二实施例用于制取固化粒状物质的方法进行描述。
如图11A中所示那样，第一颗粒16与第二颗粒17的混合物20被包装在一个袋91中，或者如图11B中所示那样，混合物20被包装在一个容器92中。一种具有通过加热能够膨胀和熔化性能的材料被用于袋91，但是并非局限于此。也可以替代性使用一种具有在第二颗粒17发生膨胀时易于破裂性能的材料。具体地说，橡胶、诸如聚乙烯这样的树脂、或者纸被用作优选材料。容器92可以是任何容器，只要其具有与袋91类似的性能即可。
接下来，如图11C中所示，袋91(或者容器92)被插入到一个框架构件11内。因为被包装在袋91(或者容器92)中，所以混合物20可以被轻易地插入到框架构件11内。也就是说，袋91可以轻易地将其外部形状改变为框架构件11的内部形状。当容器92的外部尺寸被制成小于框架构件11的内部尺寸时，容器92可以被轻易地插入到框架构件11内。
在图11D中，对框架构件11进行加热。由此，第二颗粒17大幅度膨胀，并且进一步地，第二颗粒17的表面发生熔化，与第一颗粒16粘结起来。此时，袋91伴随着第二颗粒17的膨胀发生膨胀，并且通过加热而熔化。
最后，对框架构件11进行冷却。由此，在框架构件11中形成一种固化粒状物质15，在它们之间存在极小间隙。附图标记91a指代的是通过使得袋91发生熔化和固化而获得的固态物质。
图12是一个流程图，示出了一种根据图11A至11D中所示第二实施例用于制取固化粒状物质的方法中的步骤。
ST11将第一颗粒与第二颗粒进行混合，来形成一种由第一颗粒与第二颗粒组成的混合物。
ST12将所述混合物包装在一个袋(或者容器)中。
ST13将所述袋(或者容器)插入到一个框架构件内。
ST14与所述框架构件一起对袋(或者容器)进行加热，来使得第二颗粒发生膨胀并且使得其表面熔化。
ST15对所述框架构件和袋(或者容器)进行冷却，来使得熔融的第二颗粒发生固化，以便形成一种固化粒状物质。
如前所述，本发明的特征在于，将第一颗粒16与第二颗粒17的混合物20插入到框架构件11内，在混合物20被包装在袋91或者容器92中的条件下实现。
对包装在袋91或者容器92中的混合物20进行插入有利于在将袋91或者容器92插入到框架构件11内时对第一颗粒16与第二颗粒17的混合物20进行操控，提高了工作能力。
第一颗粒和第二颗粒并非必须在被包装入袋或者容器之前进行混合，而是可以在被包装在袋或者容器中之后通过晃动该袋或者容器进行混合。
工业实用性如前所述，根据本发明，一种由第一颗粒与第二颗粒组成的混合物被填充到一个框架构件内，并且被加热来使得第二颗粒发生膨胀，在所述框架构件内部制取一种固化粒状物质。所述框架构件由此在它们之间不存在任何间隙的条件下由所述固化粒状物质填充起来。因此，不再需要诸如用于制取固化粒状物质的额外模具这样的构件，导致制取步骤减少。在作为用于吸收冲击能量的构件生产汽车框架构件的过程中，这些改进尤其有益。
权利要求
1.一种用于在一个框架构件(11)的内部空间中和/或在一个由该框架构件与一外围板件封闭起来的空间中，利用粘结成一种固体形式的颗粒制取固化粒状物质(15)的方法，该方法包括下述步骤将第一颗粒(16)与第二颗粒(17)混合在一起，各个第二颗粒(17)均具有一个热塑性树脂外壳(17c)，封闭着一种能够通过汽化发生膨胀的固体或者液体(17b)；将所述第一颗粒与第二颗粒的混合物填充到所述框架构件内；以及与所述框架构件一起对所述第一颗粒和第二颗粒进行加热，以便使得所述第二颗粒发生软化，并且使得所述第二颗粒在内部压力作用下发生膨胀，同时使得所述第二颗粒的表面发生熔化，以便与所述第一颗粒粘结起来。
2.如权利要求1中所述的方法，还包括在加热步骤之后，与所述框架构件一起对所述第一颗粒和第二颗粒进行冷却。
3.如权利要求1中所述的方法，其特征在于能够通过汽化发生膨胀的所述固体或者液体(17b)包括一种低沸点的碳氢化合物。
4.如权利要求1中所述的方法，其特征在于将所述第一颗粒与第二颗粒的混合物(20)填充到所述框架构件(11)内是利用被包装在一个袋(91)或者容器(92)内的所述混合物来进行的。
全文摘要
一种用于制取固化粒状物质(15)的方法，其中颗粒(16，17)被填充在一个管状框架构件(11)内，并且随后与框架构件(11)一起被加热，来使得所述颗粒发生固化。所述颗粒包括一种由第一颗粒(16)与第二颗粒(17)组成的混合物，各个第二颗粒(17)均具有一个热塑性树脂外壳，其封闭着一种能够通过汽化发生膨胀的固体或者液体。所述混合物被填充在框架构件内并且与框架构件一起被加热。加热会导致第二颗粒(17)发生膨胀并且使得该第二颗粒的表面发生熔化，以便与第一颗粒(16)粘结起来。在进行冷却时，所述混合物变成一种固化粒状物质(15)，在它们之间不存在任何间隙的条件下填充于所述框架构件中。
文档编号B29C44/00GK1638937SQ0380470
公开日2005年7月13日 申请日期2003年3月25日 优先权日2002年3月26日
发明者山崎省二 申请人:本田技研工业株式会社