包括不同性能的区域的复合材料和方法技术

本发明专利技术针对复合材料、包含复合材料的物品以及生产和使用它们的方法。复合材料(20)包括多个区域，其一种或多种性能不同。复合材料一般包括两个区域(24)、(26)，它们的以下一种或多种(例如全部)性能不同：抗张强度、厚度或密度。复合材料一般包括第一金属薄板(12)、第二金属薄板(12)；一个或多个插入第一金属薄板(12)和第二金属薄板(12)之间的金属衬垫；以及一插入第一金属薄板(12)和第二金属薄板(12)之间的聚合物层(例如一核心层(15))。聚合物层优选包括一种热塑性聚合物(9)。复合材料包括一第一区域(24)，其具有一插入到各金属薄板(12)之间的一衬垫(22)，以便使第一区域(24)相对于第二区域(26)具有高抗张强度，高厚度、高密度或者它们的任何组合。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】要求申请日的权益本专利技术要求2011年2月21提交的申请号为61/444，942的美国临时申请的申请日权益；其内容通过引用整体结合到本文中。
本专利技术一般涉及具有三明治结构的复合材料，其包括一插入两个金属层之间的聚合物核心，其中复合材料包括多个具有一种或多种不同性能的区域，本专利技术还涉及用于制造这种复合材料的工艺、用于生产包括这种复合材料的部件的工艺以及包括这种复合材料的部件。
技术介绍
许多金属部件需要有较高要求性能的区域和其他性能要求较低的区域。以减轻重量和/或部件材料的使用量，有各种技术加工、切割、或以其他方式裁剪作为整体的金属部件。例如，近期已经通过使用拼焊板实现了部件重量减少的发展，该拼焊板包括沿一边缘焊接在一起的不同厚度的金属。拼焊板、生产、焊接这种板的方法以及拼焊板的应用的实例描述在专利号为7，062，853 (Reed等人)，专利号为6，957，848 (ffalther)和专利号为7，543，384(Ni等人)的美国专利中，在“拼焊板”和2004年12月6日的I_Car优势在线(http://www.1-car.com/pdf/advantage/online/2004/120604.pdf)，这些都通过引用整体结合到本文中。尽管在拼焊板中实现了重量的减少，但是，仍然需要有一材料系统，进一步实现重量减少，费用减少，以及易于制造，易于处理，易于焊接到其他部件或者它们的任何组合。这些材料还需要有良好的阻尼性能、良好的耐腐蚀性，能够容易的形成(例如在一个或多个区域)，或者它们的任意组合。
技术实现思路
本专利技术是基于设计和制造复合材料的能力，该复合材料包括具有不同性能的多个区域。优选的，可在具有不同性能要求的部件中使用该复合材料，使得该部件的重量能够减少(例如与通过整块金属形成的部件相比)或者使得这种部件制造起来更容易或成本更低。一般来说，此处的教义适合包括核心层的复合材料，该核心层包括被夹在两金属层之间的聚合物。复合材料优选包括具有不同厚度的两个区域，一区域包括一衬垫(例如另一不同的区域不含衬垫)，或者两个区域皆包含衬垫。根据本专利技术的一个方面，复合材料是一轻质复合物，包括:第一金属薄板；第二金属薄板；一个或多个插入第一和第二金属薄板之间的金属衬垫；以及一插入第一和第二金属薄板之间的聚合物层；其中聚合物层包括一热塑性聚合物；轻质复合物包括一具有插入第一金属薄板之间的衬垫的第一区域，其中第一区域具有相对高的抗张强度和/或相对较高的厚度；轻质复合材料还包括一第二区域，其抗张强度弱于第一区域和/或厚度小于第一区域。本专利技术的另一个方面是针对一种生产轻质复合材料，例如根据本文教义获得的复合材料的方法，包括挤压聚合物材料层或者使聚合物材料层在模具中成型的步骤。本专利技术的另一个方面是针对一种形成一部件或组件的方法，包括使复合材料，例如根据本文教义获得的复合材料变形的步骤。根据本文教义获得的轻质复合材料通过使用冲压工艺变形和/或通过电阻焊工艺焊接。本专利技术的另一个方面是针对一种部件或组件，例如通过根据本文教义获得的方法和/或根据本文教义获得的复合物材料形成的汽车零件或组件。【附图说明】图1是通常具有同样性能和统一厚度的示例性复合物图；图2是一示例性复合物的横截面图，其通常具有统一厚度并包括一衬垫使其具有性能不同的区域；图3是一示例性复合物的横截面图，该复合物通常具有统一厚度和包括两个衬垫使其具有性能不同的区域；图4是一示例性复合物的横截面图，该复合物通常具有统一厚度和包括两个具有不同宽度的衬垫；图5是一示例性复合物的横截面图，该复合物通常具有统一厚度，并包括一衬垫，其附着接触一个金属层但不接触第二金属层；图6是包括一衬垫的示例性复合物的横截面图，该衬垫不接触金属层；图7-图8是示例性轻质复合物的横截面图，该图阐明了衬垫、两个金属层和核心层的特征；图9、10、11、12、13、14A、14B和14C是具有不同厚度区域的示例性轻质复合物的横截面图；图15显示了根据本文教义，复合材料相对于通过激光焊接两个整体金属板制造的拼焊板的重量减少。【具体实施方式】根据本文教义，轻质复合材料(即异质轻质复合物)能够满足部件需具备表现性能不同的区域的需求，例如通过使用具有不同厚度的拼焊板实现的性能。通过采用具有多样性的机械和/或物理性能的新型复合物，与通过使用拼焊板制造的部件相比，有可能出乎意料的进一步减少部件的重量以及简化制造工艺。可以采用多种方法实现这些必须的多种性能。例如，复合物可采用一个或多个加强或加固组件，复合物可采用一个或多个厚度不同的组件，复合物可采用不同的材料，或它们的任何组合。根据本文教义，轻质复合材料不同于其他通常具有统一厚度和统一性能的复合物，如图1所示的复合物10。例如，通常具有不同性能的复合物在国际公布号为TO2010/021899和W02011/100734 (2011年2月15日提交)的国家专利申请和国际专利申请PCT/US11/45778(2011年8月15日提交)中有所描述，其内容通过引用整体结合到本文中。通过参考图1所示的复合物薄板的横截面图，复合物10可以是一三明治结构的复合物，其包括一对金属层12和一插入金属层12之间的核心层14。一般来说图1所示的复合物10沿着其长度和宽度具有统一的厚度。如图1所示的复合物10沿着其长度和宽度具有统一的性能(例如通常具有恒定的拉伸性能和/或恒定的刚度)。核心层14和金属层12可能各自具有通常一致的厚度。核心层14可包括一聚合物16和金属纤维18。图1中的金属纤维具有一宽度和厚度(如与长度垂直的方向)，它们与核心层厚度相比相对较小。在复合物10中任何位置的金属层12之间的空间中的金属量通常低于总体积的约60%，低于总体积的50%或者低于总体积的40%。因此，复合10具有有限的一般统一的金属增强性。根据本文教义获得的轻质复合材料通常是异质的，因为复合物具有两个或更多个具有不同横截面和/或不同机械性能的区域。参考图2，一异质轻质复合物20可具有一第一区域24，其具有一与第二区域26不同的横截面。第一区域24可包括一插入到一对金属层12之间的衬垫22。第二区域26可包括核心层14，其包括一个或多个聚合物16。衬垫22优选由比核心层14的抗张强度更高的材料形成。核心层也可可选的包括足够数量的一种或多种金属纤维18，使得可使用电阻焊工艺焊接第二区域。如图2所示，衬垫22可接触一个或两个金属层12和/或核心层14可接触一个或两个金属层12。例如，核心层14和/或衬垫22可在它们各自的区域均跨越两个金属层12之间的空间。如图2所示，衬垫22可接触核心层14。例如，衬垫22可在其边缘表面23上接触核心层14。在衬垫22和核心层14之间的唯一接触可以是沿着衬垫22的一个边缘表面23。异质轻质复合物可包括两个以上的区域，如图3所示的复合物20的横截面中，该复合物包括至少两个具有较高抗张强度的区域24和一具有较低抗张强度的区域26。相对较低的抗张强度区域26可将两个相邻的抗张强度相对较高的区域24分隔开。复合物20可包括两个衬垫22。一个或两个衬垫22可跨越两金属层12之间的距离，核心层14可跨越两金属层12之间的距离，衬垫22的一个或两个可沿着衬垫22的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻质复合物，其中轻质复合物是一复合薄板，所述复合薄板包括：i)第一金属薄板，厚度为约0.05mm‑30mm；ii)第二金属薄板，厚度为约0.05mm‑30mm；iii)一个或多个插入第一和第二金属薄板之间的金属衬垫；及iv)插入第一和第二金属薄板之间的聚合物层，其中聚合物层的厚度大于第一金属薄板；其中聚合物层包括一热塑性聚合物；所述复合薄板包括一第一区域，所述第一区域具有插入到第一金属薄板之间的一衬垫；和所述复合薄板包括一第二区域，其中所述第一区域和第二区域的厚度大致相同，并且第一区域的抗张强度比第二区域高至少10％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·米兹拉西，E·米兹拉西，
申请(专利权)人：多产研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US