CN104349898A - 塑料组件及其制造、使用方法以及包含该塑料组件的制品 - Google Patents

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Abstract

在一种实施方式中，一车辆部件包括：一热塑性元件，该热塑性元件具有热塑性元件第一表面和热塑性元件第二表面；一结构元件，其限定一开口，其中结构元件具有结构元件第一表面和结构元件第二表面，其中热塑性元件在开口中；以及一各向异性结合元件，位于热塑性元件第二表面和结构元件第一表面之间。在一种实施方式中，一种形成塑料组件的方法，包括：形成一各向异性结合元件，其包括：包括一结合元件基体而不含细长构件的一个层，包括结合元件基体并包含细长构件的一个层，以及包含结构元件基体而不含细长构件的一个层；将各向异性结合元件结合到结构元件和热塑性元件上，其中该各向异性结合元件位于热塑性元件第二表面和结构元件第一表面之间。

Description

塑料组件及其制造、使用方法以及包含该塑料组件的制品
技术领域
本发明公开了一种塑料组件，包含所述塑料组件的制品，以及用于制造和使用所述塑料组件的方法。
背景技术
聚合物(例如，聚碳酸酯)汽车玻璃(例如，窗户)与玻璃相比，在有关重量、抗冲击性、热绝缘、设计灵活性和一体化条件等方面具有优势。但是，汽车应用中使用基于玻璃材料的聚合物出现了问题，部分是由于汽车使用环境所产生的独特的挑战。这种环境包括极端的温度和环境暴露；在汽车正常运行期间，通过玻璃材料传递强烈的和长时间的振动力；偶尔强烈震动和冲击负载的情况，可能会随机地作用于玻璃材料上；由于偶然的接触产生表面刮擦，例如清洗车辆或灰尘和其它微粒的影响；和经常的长时间暴露在环境因素下，例如雨水和阳光中的紫外、红外辐射。
使用聚碳酸酯的另一个不利之处是，其相对于玻璃具有更大的热膨胀系数，造成在热膨胀中出现与嵌装玻璃所安装的车架的较大的不匹配。这种不匹配导致了随着嵌装玻璃温度上升高于或下降低于嵌装玻璃安装时存在的适中温度，嵌装玻璃(glazing)(例如，车顶窗)和框架之间产生差异膨胀或差异的收缩。这种差异的尺寸变化通常具有一些不良影响，包括嵌装玻璃明显的平面外挠曲(例如，形成一圆顶状或气泡状)，和趋于调整嵌装玻璃和汽车表面的间隙宽度的平面内变形。
对于给定的车顶窗形状，通过增加嵌装玻璃和框架之间的粘合剂的顺应性(compliance)，可减少平面外挠曲(out-of-plane deflection)，所述顺应性通过粘合剂的材料刚度和几何刚度控制。但是，提高粘合剂顺应性以将嵌装玻璃的平面外挠曲限制在规格中会不利地影响汽车的结构刚度，而这反过来又会影响汽车的声学性能和抓地性。这就发展出了一种需求，当粘合剂顺应性增大至最大程度地减小嵌装玻璃由于差异热膨胀和收缩引起的平面外挠曲，将对汽车扭转刚度所造成的不利影响最小化。
这会产生另一个问题，因为如果粘合剂是从喷嘴挤出到其中一个待粘结表面(例如，嵌装玻璃或框架)，则环绕嵌装玻璃周界和框架周围的粘合剂尺寸存在变化的可能性。这种变化会强烈地影响局部平面内变形。通过设置加大尺寸的标称间隙，在由于粘合剂尺寸的可变性易受到闭合的影响的任何位置预防间隙完全局部闭合(例如，在嵌装玻璃的最大热膨胀期间)，可以容许上述这种变化。但是，大的标称间隙破坏了汽车结实度与外观，这是衡量质量的标准。因此，还出现了另一种需求，为了尽量减少或消除粘合剂尺寸的易变性，可以将间隙宽度最小化，以避免不必要的牺牲汽车的结实度与外观。
发明内容
在一种实施方式中，车辆部件包括：一热塑性元件，其具有一热塑性元件第一表面和一热塑性元件第二表面；一结构元件，其限定一开口，其中结构元件具有一结构元件第一表面和一结构元件第二表面，其中热塑性元件在开口中；以及一弹性各向异性结合元件，其位于热塑性元件第二表面和结构元件第一表面之间。
在一种实施方式中，一塑料组件包括：一热塑性元件，其具有一热塑性元件第一表面和一热塑性元件第二表面，其中热塑性元件具有一第一热膨胀系数；一结构元件，其具有一结构元件第一表面和一结构元件第二表面，其中结构元件具有一第二热膨胀系数，其中第一和第二热膨胀系数相差大于或等于10％；和一各向异性结合元件，其包括一在基体中的细长构件，其中各向异性结合元件位于热塑性元件第二表面和结构元件第一表面之间。
在一种实施方式中，形成塑料组件的方法包括：形成一各向异性结合元件，其中该各向异性结合元件包括一结合元件基体和细长构件，其中所述细长构件具有一弹性模量，其与结合元件基体的弹性模量不同；组装一具有结构元件第一表面和结构元件第二表面的结构元件以及一具有热塑性元件第一表面和热塑性元件第二表面的热塑性元件，其中所述结合元件位于结构元件第一表面和热塑性元件第二表面之间。
在一种实施方式中，形成塑料组件的方法包括：将细长构件布置在一热塑性元件表面上或一结构元件表面上，其中所述结构元件具有一结构元件第一表面和一结构元件第二表面，所述热塑性元件具有一热塑性元件第一表面和一热塑性元件第二表面；用结合元件基体对细长构件进行全面涂覆(over-coating)以形成各向异性结合元件；以及组装塑料组件，其中结合元件位于热塑性元件第二表面和结构元件第一表面之间。
在一种实施方式中，形成塑料组件的方法包括：形成一各向异性结合元件，其包括：包含结合元件基体但不包含细长构件的一个层，包含一结合元件基体且包含一细长构件的一个层，以及包含结合元件基体但不包含细长构件的一个层；并将各向异性结合元件与一结构元件和一热塑性元件结合，其中各向异性结合元件位于热塑性元件第二表面和一结构元件第一表面之间。
在一种实施方式中，形成塑料组件的方法包括：形成一各向异性结合元件，其包括：包含结合元件基体但不包含细长构件的一个层，包含多个细长构件元件的层，以及包含结合元件基体但不包含细长构件的一个层；并将各向异性结合元件与一结构元件和一热塑性元件结合，其中各向异性结合元件位于热塑性元件第二表面和一结构元件第一表面之间。
附图说明
以下为简单的附图说明，其中相同的元件采用相同的附图标记，附图用于阐述本文公开的示范性实施例，而不用于限制本发明。
图1为本文所述的一种热塑性元件的视图；
图2为本文所述的一种热塑性元件的视图；
图3为本文所述的一种塑料组件的视图；
图4为具有细长构件的一种热塑性元件的俯视图；
图5为一塑料组件的示意图；
图6为另一塑料组件的示意图。
具体实施方式
使用本文公开的各向异性结合元件的塑料组件，能够在大致与热塑性元件的边缘(如周界)垂直的方向上，在给定的结合元件对热塑性元件的热膨胀的顺应性下(例如，柔性)，使车辆在扭转刚度方面获得改善，或相反地，提高给定扭转刚度下的顺应性。换句话说，在塑料组件中使用各向异性的结合元件可有效地分离顺应性和扭转刚度，使得这些属性能够基本独立地执行其各自的职能，不会因顺应性增加对扭转刚度产生不利影响，或者不会因扭转刚度增加而对顺应性产生不利影响。一各向异性的结合元件具有一固有的机械反应，这种反应在第一方向不同于在第二个不同的方向上的，(例如，在垂直于一热塑性元件周界的方向上的机械反应不同于在平行于热塑性元件周界的方向上的)。以另一种方式阐述，一各向异性结合元件可具有不同的弹性模量值，用于在第一和第二方向上的变形。例如，第一和第二模量值相差可大于或等于20％，特别地，大于或等于25％，更特别地，大于或等于35％，甚至更特别地，大于或等于50％(例如，第二模量可比第一模量大25％或更多，其中第一模量用于垂直于热塑性元件的周界的变形)。
为了解决热膨胀顺应性和扭转刚度之间的冲突，各向异性的结合元件可将热塑性元件连接至一结构元件(例如，一框架)，同时在一热膨胀的主要方向(即垂直于热塑性元件周界的方向)提供较高的顺应性，并在一方向上提供较高的刚度，其中，在该方向上应力能在结合元件中产生(如由于前轴和后轴之间的扭转产生的应力)(即平行于热塑性元件周界的方向)。当塑料组件暴露于温度变化，各向异性的结合元件通过变形可有助于将平面外挠曲限制于最小值，从而使热塑性元件能够根据需要膨胀和收缩。例如，在汽车车顶应用中，最大的平面外挠曲应保持在小于顶部嵌装玻璃的最大横向尺寸的3％，特别地，小于2％，更特别地，小于1％。
各向异性结合元件具有在平行于热塑性元件周界的方向上增强塑料组件的刚度(例如，扭转刚度)的能力，同时保有热塑性元件在垂直于热塑性元件周界的方向上弯曲的能力。在一种实施方式中，各向异性的结合元件包括一各向异性的材料，其具有在第一取向方向的第一变形模量，和在第二取向方向的第二变形模量，其中第二模量比第一模量大25％或更大。
参照附图能够更全面地理解本文所公开的部件、流程和装置。这些附图(本文中也用“FIG.”表示)仅用于方便示意性陈述和易于展示本发明，因此，不用于表明设备或其部件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示范性实施方式的范围。虽然为了清晰起见在以下描述中采用了具体的术语，这些术语只是指选择在附图中描述的实施方式的具体结构，而不是用于限定或限制本发明的范围。在附图和以下说明中，应当理解，相同的附图标记指具有相同功能的构件。
如图1和2中所示，一嵌装玻璃10(例如，热塑性元件10)通常包括一基板12，一风化层14(设置于基板12的一侧或两侧，例如，用于防止紫外线辐射)，和一耐磨损层16(例如，一等离子涂层，设置于基板12的一侧或两侧，例如，用于保护基板12，防止刮擦或碎屑相关的损害)。当风化层14和耐磨层16都存在时，风化层14能够设置于基板12和耐磨层16之间。
基板能够包括一塑料，如聚碳酸酯树脂、丙烯酸聚合物、聚丙烯酸酯、聚酯、聚砜树脂，以及包括上述物质中至少一种的组合物。在一些实施方式中，基板能够包括一不透明的或深色的彩色塑料，具有5％至25％的可见光透射率(例如，车顶窗、汽车车身板件应用、车窗等)，而在其它实施方式中，基板能够包括一透明塑料，具有大于或等于70％的可见光透射率(例如，前挡风玻璃、驾驶员侧部车窗等)。可见光透射率可根据利用国际照明委员会(CIE)的标准光源C的美国试验材料学会(ASTM)标准D1003-11、程序A(参见，例如，国际标准化组织(ISO)10526)测定。聚碳酸酯树脂可为芳香族碳酸酯聚合物，可通过将二元酚与碳酸酯前体，如光气、卤甲酸酯(haloformate)或碳酸酯反应来制备。可采用的聚碳酸脂的一个实例是聚碳酸酯LEXANTM，可购自沙特基础工业公司的创新塑料公司(SABIC’s Innovative Plastics business)。透明塑料基板可包括双酚-A聚碳酸酯和其它树脂牌号(如分支或取代)，以及与其它聚合物(如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚-(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS)或聚乙烯)的共聚合或混合。
丙烯酸聚合物可由单体制备，如丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲脂、甲基丙烯酸丁酯、异丁烯酸环己酯等，以及包含以上所述物质中至少一种的组合物。取代丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，如丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丁酯、2-乙基己基丙烯酸酯，也可采用n-丙烯酸丁酯。
聚酯可以通过例如有机聚羧酸(例如邻苯二甲酸、六氢化苯二甲酸、己二酸、马来酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、癸二酸、十二烷二酸等等)或者它们的带有有机多元醇的酸酐的聚酯化来制备，其中该有机多元醇包含伯醇或仲醇羟基(例如，乙二醇、丁二醇、新戊二醇和环己烷二甲醇)。
聚氨酯是另一类可用于形成基板的材料。聚氨酯可以通过聚异氰酸与多元醇、聚胺或水的反应制备。聚异氰酸酯的实例包括己二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯和双缩脲，以及这些二异氰酸酯的硫氰酸酯(thiocyanurate)。多元醇的实例包括低分子量的脂肪族多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇、脂肪醇等。可形成基板的其他材料的实例包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、VALOXTM(聚对苯二甲酸丁酯，可购自沙特基础工业公司的创新塑料公司)、XENOYTM(LEXANTM和VALOXTM的混合物，可购自沙特基础工业公司的创新塑料公司)等。
塑料基板可以进一步包含各种添加剂，如着色剂、脱模剂、抗氧化剂、表面活性剂、增塑剂、红外吸收剂、抗静电剂、抗菌剂、流动助剂、分散剂、增容剂、紫外线吸收剂和包含至少一种前述添加剂的组合物。
基板可以通过各种方式形成，例如注射制模、挤出、冷成型、真空成型、压缩模塑、传递模塑、热成形法等等。制品可以是任意形状而并不需要是市售成品，即，其可以是板材或膜，可以切割或剪裁或机械成型成一成品。
一风化层(例如一涂层)可涂覆于基板，例如厚度小于或等于100微米(μm)，特别的，4μm-65μm。该风化层可通过各种方式涂覆，包括在室温和大气压下将塑料基板浸渍在涂层溶液中(即浸涂)。该风化层也可通过其他方法涂覆，包括但不限于流涂、幕涂和喷涂。该风化层能包含硅树脂(例如硅树脂硬质涂层)、聚氨酯(例如聚氨酯丙烯酸酯)、丙烯酸树脂、聚丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯)、聚偏二氟乙烯、聚酯、环氧树脂以及包含至少一种前述物质的组合物。风化层14可包括UV吸收分子(例如hydroxyphenylthazine、羟基二苯甲酮、羟基苯基苯并***、羟基苯基三嗪、聚芳酰基间苯二酚和氰丙烯酸酯，以及包含至少一种前述物的组合物)。例如，风化层可包括一硅树脂硬质涂层(AS4000或AS4700，可购自迈图高新材料公司(Momentive Performance Materials))。
该风化层可包括一底漆层和一涂层(如顶部涂层)以提供一风化***给嵌装玻璃。底漆层有助于将风化***粘附到基板上。该底漆层可包括但不限于丙烯酸树脂、聚酯、环氧树脂以及包含至少一种前述物质的组合物。底漆层还可包括紫外吸收剂，除了那些在风化层顶部涂层中的，或者替代那些在风化层顶部涂层中的。例如，底漆层可包括一丙烯酸底漆(SHP401或SHP470，可购自迈图高新材料公司(Momentive Performance Materials))。
耐磨层(例如一涂层或等离子涂层)可包括一单层或多个层并能通过改进嵌装玻璃的耐磨性来增加增强的功能。通常耐磨层16可包括一有机涂层和/或无机涂层，例如，但不限于氧化铝、氟化钡、氮化硼、氧化铪、氟化镧、氟化镁、氧化镁、氧化钪、一氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、氢化碳氧化硅、氧化钽、氧化钛、氧化锡、铟锡氧化物、氧化钇、氧化锌、硒化锌、硫化锌、氧化锆、钛酸锆、玻璃，以及包含至少一种前述物质的组合物。
可通过各种沉积技术涂覆耐磨层，如真空辅助沉积技术和大气涂层技术。例如，真空辅助沉积技术可包括但不限于，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、弧-PECVD、膨胀热等离子体PEVCD、离子辅助等离子体沉积、磁控溅射、电子束蒸发以及离子束溅射，而大气涂层技术可包括但不限于幕涂、喷涂、旋涂、浸涂和流涂。
底漆层可以添加各种添加剂，如着色剂、抗氧化剂、表面活性剂、增塑剂、红外吸收剂、抗静电剂、抗菌剂、流动助剂、分散剂、增容剂、固化剂、紫外线吸收剂和包含至少一种前述添加剂的组合物。添加到各个层的任何添加剂的类型和量取决于所需的性能和嵌装玻璃的最终用途。
可选的，一个或多个涂层可用膜代替(例如风化层和/或耐磨层)，通过一种方法例如层压或薄膜嵌入成型注塑工艺涂覆到基板上。该膜本身或凭借其包含的添加剂或凭借该膜带有的光谱选择性多层结构，具有光谱特性，其通常与它们各自的添加剂补充基板和/或任何涂层的光谱特性。在这种情况下，涂层可涂覆于膜和/或基板一侧，该侧与膜的一侧相对。例如，包括多于一层的一共挤压膜，一挤压涂覆、一辊涂，或一挤压层合膜可替代如前所述的硬质涂层(例如硅树脂硬质涂层)，该膜可用作粘附促进层。该膜可包含一添加剂或共聚物，以改善风化层(即风化膜)到耐磨层的粘附性，和/或其本身包含一风化材料，如丙烯酸酯(例如，聚甲基丙烯酸甲酯)、含氟聚合物(例如聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯)等，和/或能阻挡紫外线的传输，足以保护下面的基板；和/或能适合用于三维形状板的膜注射成型(FIM)、膜内装饰(IMD)、挤压或层压工艺。
聚碳酸酯子层可与风化膜或另一个功能层共挤压，或者挤出层合到它们上，作为一载体子层。该子层可以是透明的，能有助于支持风化层或其它的功能层的形成和结构，以及可选的在薄膜嵌入成型注塑中促进风化膜和基板之间的熔融结合。载体子层可适应基板和风化膜之间的任何玻璃化温度(Tg)和热膨胀系数(CTE)的不匹配。作为载体子层的聚碳酸酯可支持包括另外的功能，例如一喷印的遮光层(black-out)/淡出层(fade-out)或防结冰层等，和/或一图形膜(graphics film)等。
各向同性结合元件可将车辆玻璃结合到车辆框架上。但是，各向同性结合元件具有令人不满意的特性，即强迫选择提供足够的扭转刚度到塑料组件上或者适当的使热塑性元件的平面外挠曲最小化(例如保持在规格之内)。通常，各向同性结合元件变形以有助于适应与其结合起来的热塑性元件和结构元件(例如汽车框架)之间的差异膨胀和收缩。通过更大的材料和/或几何顺应性，各向同性结合元件允许横向变形到一定程度(例如，使平面外挠曲最小化)，这会存在令人不满意的减小车辆的结构(例如扭转)刚度的倾向。而且，各向同性元件的横截面尺寸围绕热塑性元件和结构元件(如框架)开口变化到一定程度，需要逐渐增大的标称间隙宽度。然而，这种增大会对感知车辆质量(即结实度与外观)产生不良影响。因此，在使用各向同性结合元件为热塑性元件的热膨胀提供扭转刚度和顺应性之间会存在冲突。
一种两相粘合***，组成如下：一标准玻璃嵌装粘合剂的外壳和一膏状材料的内核，其中每一相是单个的连续的元件，具有良好的阻尼特性，可用于平衡嵌装玻璃和车辆框架之间的刚度和声阻尼，但其不能解决聚合嵌合玻璃(如塑料玻璃)和车辆框架(如金属、碳纤维等框架)之间的更大的差异热膨胀问题。
在车辆应用中，增强板可用于增强塑料板的抗扭刚度，但需要另外的特征以调节板和增强板的差异膨胀。例如，在一应用中，板并没有结合到固定的汽车顶周围，板的一延长部分夹在挡风雨条和增强板之间，并在板膨胀或收缩时移动抵抗夹紧力。该夹紧力通过螺栓的紧固力调节，该螺栓连接增强板与螺母，该螺母连接到挡风雨条上并***通过一导向筒，该导向筒立在挡风雨条和增强板之间的板的延伸部分上。由于板没有结合在固定的汽车顶的周界周围，这种结构不能解决汽车的扭转刚度问题，因此，也不能提供切实可行的方案来解决为热塑性元件的热膨胀提供扭转刚度和顺应性的问题。
在塑料组件中使用各向异性的结合元件可有效地分离顺应性(即垂直于热塑性元件周界的变形)和扭转刚度，以使这些属性能够基本独立地执行其各自的职能，不会因顺应性增加对扭转刚度产生不利影响，反之亦然。如图3所示，塑料组件20包括一热塑性元件10(例如嵌装玻璃10)，其可通过各向异性结合元件24结合到结构元件22(例如车辆框架或一顶部框架)上。该结构元件22包括任何可为结构提供所需结构完整性的材料，并且具有不同于热塑性元件10的热膨胀系数的材料，该材料的热膨胀系数大于或等于热塑性元件10的热膨胀系数的10％。例如，结构元件22可包括一金属(如铝、钢等)，一塑料(例如热塑性的(如碳纤维增强的塑料)、热固性的等)，以及包含至少一种上述物质的组合物。
本文公开的包含各向异性结合元件的塑料组件和车辆窗户可展示出各向异性弹性特性，意味着结合元件对于垂直于热塑性元件周界(即边缘)的变形是相对顺应的(如具有相对低的模量)，而结合元件对在平行于热塑性元件周界的方向上的变形能够是相对较刚性的(即具有相对较高的模量)。
对于大致垂直于嵌装玻璃边缘的方向上的嵌装玻璃的热膨胀的各向异性结合元件的给定顺应性，各向异性结合元件可包括任意能够改善车辆的扭转刚度的材料，或者相反的，包括改善给定扭转刚度条件下的顺应性的材料。例如，各向异性结合元件可包括一组合材料，其包括一具有细长构件(例如纤维)的基体(细长构件嵌入其中)，其中细长构件具有较大的纵横比(例如10:1)、受控制的方向和不同于基体弹性模量的弹性模量，为复合材料提供各向异性。
因为各向异性结合元件不需要那些待使用的热塑性元件或结构元件的不可或缺的特殊特征，其可与现有嵌装玻璃或车辆设计兼容。例如，各向异性结合元件可置于热塑性元件和结构元件的边缘之间，使得细长构件可平行于热塑性元件的一表面(与细长构件相邻)(例如，各向异性结合元件可位于结构元件第一表面和热塑性元件第二表面之间)。细长构件也可大致相互平行并大致平行于热塑性元件周界。例如，如图4所示，细长构件42可分布在热塑性元件周界40周围，并定向为基本平行于热塑性元件第一表面50，和/或热塑性元件第二表面52，和/或结构元件第一表面54，以及大致相互平行并大致平行于热塑性元件周界40，从而形成一各向异性结合元件。该各向异性结合元件可具有几种功能，例如，将热塑性元件粘合到框架和/或在对热塑性元件的热膨胀的给定的顺应性条件下提供一增加的扭转刚度给塑料组件(与各向同性结合元件相比)和/或在给定刚度条件下提供一增加的顺应性(与各向同性结合元件相比)。一可选的粘合剂可用于进一步在热塑性元件和结合元件之间和/或结合元件和结构元件之间进行粘合(如在热塑性元件第二表面和结合元件第一表面和/或结合元件第二表面和结构元件第一表面之间)。
如上所述，细长构件通常具有的纵横比(即长宽比)大于或等于10:1，并可定向于彼此平行，可定向于与热塑性元件周界平行，和可定向于与热塑性元件表面平行(如图5中的热塑性元件第一表面50和/或热塑性元件第二表面52)。需要理解的是，此处所指的平行通常指细长构件大致平行，使得大于或等于75％的细长构件相互定向于±45°以内和/或与特定构件相邻的热塑性元件的周界部分成±45°以内的角(见图4中的细长构件42)。在一种实施方式中，各向异性结合元件包括一复合材料，其包含一基体和细长构件，细长构件平行于热塑性元件表面(例如图5中的热塑性元件第一表面50和/或图5中的热塑性元件第二表面52)，其中细长构件与基体相比硬度更大，其中细长构件42也大致相互平行并平行于热塑性元件周界40。在一种实施方式中，当细长构件硬度大于基体时，超过或等于75％(特别的，大于或等于85％，以及更特别的，大于或等于95％)的细长构件可定向于平行于与其相邻的热塑性元件的周界部分(例如大致平行，在±45°之内，特别的，在±30°角之内)。但是，需理解的是，细长构件42可围绕热塑性元件周界40延伸，如图4所示。
可利用各种方法形成包含细长构件的各向异性结合元件。在一种实施方式中，可使用挤压技术将细长构件嵌入结合元件基体中，其中细长构件定向于它们从挤压机出去所需的方向(即平行于挤出物的长度(主轴))，以形成各向异性结合元件。例如，结合元件基体(如，粘合剂)和细长构件可混合在一起，然后作为混合物，使用设备(如孔或筛)从普通容器中挤出，以在纤维上施加所需定向。在另一个实例中，结合元件基体和细长构件可单独从分开的容器中挤出(如形成)并在细长构件在所需方向定向后合并，例如，在细长构件和结合元件基体应用到结构元件时。进一步的，可通过引入(如合并)合适定向的预先存在的细长构件(如纤维)到结合元件基体(如粘合剂)中形成各向异性结合元件，例如，在基体挤出到热塑性元件或结构元件表面时，因此形成一复合材料。
在另一种实施方式中，细长构件可定向在一表面，然后全面涂覆结合元件基体，可选的，具有一对临时的导槽(如两个导槽)，形成可在顶部开口的通道，可将定向细长构件、结合元件基体和结合元件基体上的更多定向性的细长构件放入其中。如果细长构件长度大于导槽之间的空间，则导槽可可选的用于帮助限定细长构件的定向，和/或促进细长构件和结合元件基体之间的合并。
在另一种实施方式中，为了避免细长构件直接接触塑料组件(如热塑性元件或结构元件)的任一表面，可制作不包含细长构件的结合元件基体的层和包含细长构件的结合元件基体的层，使得各向异性结合元件包含一结合元件基体层，该基体层在任一表面上不包含可接触热塑性元件和结构元件的细长构件。例如，各向异性结合元件可包含一结合元件基体层，其不包括细长构件，接着是一结合元件基体层，其包含细长构件，接着是一结合元件基体层，其不包含细长构件(例如，一三明治状复合物)。在一替代结构中，各向异性结合元件可包含一结合元件基体层，其不包括细长构件，接着是包括定向的细长构件的层，接着是一结合元件基体层，其不包含细长构件(例如，一三明治状复合物)。需要理解的是，可使用任意数量的层以形成三明治状复合物，并不限于本文描述的。
需要理解的是，导槽可用于本文描述的任意实施方式中，以形成各向异性结合元件和/或使各向异性结合元件成型，如提高热塑性元件周界周围的各向异性结合元件尺寸的均匀性。可选的导槽在各向异性结合元件凝固(如固化)前移除，然后可使各向异性结合元件接触待结合的另外的表面。
在另一种实施方式中，为了使结合元件顺应性增加时，对车辆扭转刚度的不利影响最小化，和/或使标称间隙宽度(如使得在最大热膨胀条件下，间隙宽度维持在大约1mm的最小间隙宽度)最小化(当结合元件横截面尺寸没有控制好的话，该标称间隙宽度会过大)，在结合结构元件、框、嵌装玻璃、热塑性元件等之前，各向异性结合元件可包括一固体复合材料。在连接结构元件之前使用固体复合材料作为结合元件可提供热塑性元件与结构元件的整体均匀的结合(即，周界周围的均匀的顺应性，因而提高周界周围的间隙宽度的均匀变化)，因为固体复合材料结合元件在热塑性元件周界周围可具有均匀的横截面尺寸。例如，如果固体复合材料包括一胶带，其可预先测量并切成所需尺寸，使得横截面尺寸全部相同，意味着当其用于将热塑性元件结合到结构元件上时，整体具有均匀的顺应性。在另一种实施方式中，固体复合材料结合元件可包括一可固化的材料(例如，液体室温硬化填料(RTV)(如硅树脂RTV)，一橡胶或一热固性弹性体(TSE)(如硅树脂TSE)等)其可在结合到结构元件之前完全或部分固化。该结合元件可具有1mm-10mm的厚度，特别的，2mm-8mm的厚度，更特别的，3mm-6mm。
由于结合元件预先形成具有均匀的横截面，因而提高了垂直于边缘的方向上的均匀顺应性，均匀结合，即各向异性结合元件的横截面尺寸和其相对于热塑性元件边缘的位置，因此使标称间隙宽度最小化，即允许有意的将间隙宽度最小化。各向异性结合元件作为固体复合材料可在垂直于热塑性元件的周界的方向上具有弹性特性，其结合其横截面尺寸，调节热塑性元件和结构元件之间的差异热膨胀，使得在塑料组件暴露的最高温度下，平面外挠曲维持在规格之内。作为固体复合物，各向异性结合元件可形成具有相对均匀的横截面尺寸，使得当置于热塑性元件和结构元件之间时，各向异性结合元件能在热塑性元件周界周围提供均匀的顺应性，以在组件经历温度改变时提供均匀的移动，该温度改变将引起热塑性元件膨胀或收缩。另外，无论在结合到热塑性元件或结构元件之前完全固化或部分固化，与直接挤出到热塑性元件或结构元件并随后在塑料组件形成过程中压制的结合元件相比，该固体复合材料结合元件能更可控的布置。
用另一种方式陈述，各向异性结合元件能包含一固体材料，以有助于减小横截面尺寸和结合元件放置(相对于热塑性元件和/或结构元件边缘)位置的变化。一固体各向异性结合元件可用于在热塑性元件随温度变化而膨胀和/或收缩时，在热塑性元件周界和结构元件开口周围维持一相对较均匀的间隙宽度，因此能允许有意的使间隙宽度最小化，而避免在热塑性元件的最大热膨胀下避免局部间隙闭合。在这种实施方式中，各向异性结合元件可如前所述预先形成，具有嵌入各向异性结合元件的细长构件。该固体各向异性结合元件在结合到热塑性元件和结构元件之前可完全或部分固化。在结合前部分固化的情况下，结合元件一旦结合到热塑性元件和结构元件上即完成固化。在准备结合热塑性元件到结构元件过程中，各向异性结合元件可最初粘附到结构元件或热塑性元件上。
在各向异性结合元件和热塑性元件和/或结构元件之间的进一步的结合可通过可选的使用一粘合剂(见图5中的粘合剂32)实现。该粘合剂有助于提高塑料组件的顺应性。该各向异性结合元件和/或粘合剂也增加了用于车辆声学性能的有效阻尼。为了适应固体结合元件(如完全固化的固体结合元件)，该粘合剂具有小于或等于1mm的厚度，特别的，小于或等于0.5mm。该粘合剂也可具有0.1mm-0.9mm的厚度。在一种实施方式中，例如，在嵌装玻璃中，粘合剂可在玻璃和各向异性结合元件和/或结构元件和各向异性结合元件之间围绕嵌装玻璃周界延伸，以提供屏障抵抗噪声、潮湿等。在一种实施方式中，例如，该粘合剂可包含双面胶带。
细长构件可包括具有纵横比大于1000:1的材料，特别的，100:1，更特别的，10:1。例如，细长构件可以是纤维，例如经过处理的矿物纤维，如那些来自多种混合物的，该混合物包括以下至少一种：硅酸铝、氧化铝、氧化镁和半水合硫酸钙；天然纤维，包括木粉、纤维素、棉、剑麻、黄麻、淀粉、软木粉、木质素、花生壳、玉米、大米谷物外壳；合成加强纤维，包括聚酯纤维如聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯和其他聚酯纤维，聚乙烯醇纤维、聚苯并咪唑纤维、聚酰亚胺纤维如聚酰亚胺2080和PBZ纤维(均为陶氏化学公司的产品)、聚苯硫醚纤维、聚醚醚酮纤维、聚芳酯、聚乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸树脂、具有高热稳定性的高韧性纤维，包括聚芳酰胺、芳香聚酰胺(polyaramid)纤维，如Kevlar(杜邦产品)、聚苯并咪唑、聚苯硫醚、聚苯并恶唑和包含至少一种前述物质的组合物；硼纤维；陶瓷纤维如碳化硅、来自铝、硼和硅的混合氧化物的纤维；单晶纤维或“晶须”包括碳化硅纤维、氧化铝纤维、碳化硼纤维、铁纤维、镍纤维、铜纤维；玻璃纤维，包括纺织玻璃纤维，如E、A、C、ECR、R、S、D和NE玻璃，和石英；玄武岩纤维；碳纤维或气相成长碳纤维；以及包含至少一种前述物质的组合物。
碳纤维包括那些平均直径为约3.5-约500nm的，如Tibbetts等人的美国专利4,565,684和5,024,818、Arakawa的4,572,813；Tennent的4,663,230和5,165,909、Komatsu等人的4,816,289、Arakawa等人的4,876,078、Tennent等人的5,589,152以及Nahass等人的5,591,382，等等。纤维填料的非限制性实例包括无机纤维，包括经处理的矿物纤维，例如那些来自包含以下至少一种的混合物的矿物纤维：硅酸铝、氧化铝、氧化锰和半水合硫酸钙、硼纤维、陶瓷纤维如碳化硅，以及来自铝、硼和硅的混合氧化物的纤维，其由美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Co.)以NEXTEL*商品名销售。还包括天然有机纤维，包括磨碎木头获得的木粉，和纤维产品如纤维素、棉、剑麻、黄麻、布、麻布、毡，以及天然纤维素织物，如Kraft纸、棉纸和包含纸的玻璃纤维、淀粉、软木粉、木质素、花生壳、玉米、大米谷物外壳以及包含至少一种前述物质的混合物。
市售玻璃纤维通常具有的名义单纤维直径为约4.0至约35.0微米，可使用最常生产的石灰-铝硅酸硼玻璃，其为不含苏打(无碱玻璃)的纤维，具有的名义单纤维直径为约9.0至约30.0微米。单纤维可通过蒸汽或空气鼓风、火焰吹拉和机械拉伸工艺制得。玻璃纤维可上浆或不上浆，其中上浆通常是指用合适的组分涂覆玻璃纤维。例如，可用与结合元件基体相容的上浆组分涂覆到上浆的玻璃纤维的表面的至少一部分上。上浆复合物有助于基体材料在纤维束上浸渍或浸透，并有助于获得结合元件材料的所需的物理性能。更具体地说，上浆组合物有助于保护玻璃纤维以用于处理，并有助于确保适当的结合到结合元件基体上，从而允许剪切负荷从玻璃纤维转移到基体。
如图5所示，用各向异性结合元件24可使热塑性元件10结合到结构元件22上。如图5所示，热塑性元件10可具有热塑性元件第一表面50和热塑性元件第二表面52；结构元件22可具有一结构元件第一表面54和结构元件第二表面56；和结合元件24可具有结合元件第一表面58和结合元件第二表面60。结合元件可位于热塑性元件第二表面52和结构元件第一表面54之间。图6阐明了一种实施方式，其中可选的增强板26可用于帮助将热塑性元件10结合到结构元件22上。如图6所示，可选的增强板26可位于热塑性元件10和各向异性元件24之间。
如果存在的话，可选的，增强板26可置于热塑性元件第二表面52和各向异性结合元件第一表面58之间和/或在结构元件第一表面54和各向异性结合元件第二表面60之间。增强板26可为整体结构提供附加的扭转刚度。一般来说，增强板26可以是分立的元件，具有固有的机械属性，其影响整个***的弹性特性。增强板26与玻璃相比通常具有更大的刚度(例如，更硬的)。在一种实施方式中，增强板26可包括一材料，如金属。例如，增强板26可以是一金属板(例如钢板)。增强板26的宽度可为25毫米(mm)至100mm，特别的，30mm至75mm，更特别的，35mm至70mm，更特别的，45mm至60mm，厚度可为1.0mm至5.0mm，特别的，1.5mm至4mm，更特别的，2.0mm至3.5mm。
如前所述，以及如图5所示，间隙30可存在于热塑性元件10和结构元件外部组件28之间，以调节热塑性元件10的平面内变形。间隙30可调节热塑性元件10和结构元件外部组件28的差异膨胀。由于可选的固体各向异性结合元件在周界周围提供了均一的结合元件尺寸，使用各向异性结合元件24可允许间隙宽度34保持在一定水平而不需要牺牲汽车结实度与外观表现。各向异性结合元件24的厚度“t”也如图5所示。
本文公开的塑料组件可形成用于经历差异热膨胀的任何应用中的制品，包括但不限于嵌装玻璃(如挡风玻璃、车顶窗、后窗、侧窗、三角窗、后三角窗、扰流板等)、车身板件、照明组件、建筑物、体育馆、窗户(如建筑物、房子等)，等等。
以下是塑料组件、包含该塑料组件的制品、以及制造塑料组件的方法的一些具体的实施方式。
实施方式1：一塑料组件，包括：一热塑性元件，具有热塑性元件第一表面和热塑性元件第二表面；一结构元件，其具有结构元件第一表面和结构元件第二表面，其中热塑性元件在开口中；以及一各向异性结合元件，位于热塑性元件第二表面和结构元件第一表面之间。
实施方式2：根据实施方式1记载的塑料组件，其中各向异性结合元件在第一取向方向具有一用于变形的第一弹性模量以及在第二取向方向具有一用于变形的第二弹性模量，其中第二模量比第一模量大25％或更多。
实施方式3：根据实施方式2记载的塑料组件，其中第一弹性模量用于垂直于热塑性元件周界的变形。
实施方式4：根据实施方式1-3中任意一种记载的塑料组件，其中热塑性元件具有一第一热膨胀系数；其中结构元件具有一第二热膨胀系数，其中第一热膨胀系数与第二热膨胀系数相差大于或等于10％；并且其中各向异性结合元件包括在基体中的细长构件。
实施方式5：根据实施方式1-4中任意一种记载的塑料组件，其中在热塑性元件结合到结构元件之前，各向异性结合元件包含一固体复合材料。
实施方式6：根据实施方式1-5中任意一种记载的塑料组件，进一步包括一粘合剂，位于热塑性元件第二表面和结合元件第一表面之间和/或位于结合元件第二表面和结构元件第一表面之间。
实施方式7：根据实施方式1-6中任意一种记载的塑料组件，其中细长构件包含纤维。
实施方式8：根据实施方式1-7中任意一种记载的塑料组件，其中热塑性元件包含聚碳酸酯。
实施方式9：根据实施方式1-8中任意一种记载的塑料组件，其中热塑性元件是挡风玻璃、车顶窗、后窗、侧窗、三角窗、后三角窗、扰流板、车身板件或包括至少一种上述物品的组合。
实施方式10：由实施方式1-9中任一种记载的塑料组件制成的制品。
实施方式11：根据实施方式10记载的制品，其中组件是嵌装玻璃、照明组件、车身板件、车顶窗、建筑物、体育馆、窗户或包含至少一种上述物品的组合。
实施方式12：一种形成塑料组件的方法，包括：形成一各向异性结合元件，其中各向异性结合元件包括一结合元件基体和细长构件，其中细长构件具有一弹性模量，其不同于结合元件基体的弹性模量；以及组装一结构元件和一热塑性元件，该结构元件具有结构元件第一表面和结构元件第二表面，该热塑性元件具有热塑性元件第一表面和热塑性元件第二表面，其中结合元件位于结构元件第一表面和热塑性元件第二表面之间。
实施方式13：根据实施方式12记载的方法，其中细长构件的弹性模量大于结合元件基体的弹性模量。
实施方式14：一种形成塑料组件的方法，包括：将细长构件布置在热塑性元件表面上或结构元件表面上，其中结构元件具有结构元件第一表面和结构元件第二表面，并且热塑性元件具有热塑性元件第一表面和热塑性元件第二表面；用结合元件基体对细长构件进行全面涂覆以形成一各向异性结合元件；以及组装塑料组件，其中各向异性结合元件位于热塑性元件第二表面和结构元件第一表面之间。
实施方式15：根据实施方式12-14中任意一种记载的方法，其中在热塑性元件结合到结构元件之前，各向异性结合元件包含一固体复合材料。
实施方式16：根据实施方式12-15中任意一种记载的方法，其中形成各向异性结合元件进一步包括将结合元件基体和细长构件混合以形成混合物；以及从普通容器中挤出混合物。
实施方式17：根据实施方式12-16中任意一种记载的方法，其中形成各向异性结合元件进一步包括挤出结合元件基体并从独立的来源提供细长构件；将细长构件定向；并在组装到结构元件和/或热塑性元件时将结合元件基体和定向的细长构件合并。
实施方式18：根据实施方式12-17中任意一种记载的方法，进一步包括用一对导槽形成一开口的管道，其中导槽限定细长构件的定向。
实施方式19：一种形成塑料组件的方法，包括：形成一各向异性结合元件，其包括第一层，该层包括一结合元件基体而不含细长构件，第二层，其包含细长构件，以及第三层，其包括结构元件基体而不含细长构件；将各向异性结合元件结合到结构元件和热塑性元件上，其中该各向异性结合元件位于热塑性元件第二表面和结构元件第一表面之间。
实施方式20：根据实施方式19记载的方法，其中第二层进一步包含一结合元件基体，其包含细长构件。
实施方式21：根据实施方式19-20中任意一种记载的方法，进一步包括用一对导槽形成一开口的管道，其中导槽限定细长构件的定向和/或使各层对齐。
实施方式22：一种由实施方式12-21中任意一项记载的方法制造的塑料组件。
实施方式23：由实施方式22记载的组件制成的制品。
实施方式24：根据实施方式23记载的物品，其中制品选自嵌装玻璃、照明组件、车身板件、车顶窗、建筑物、体育馆、窗户，以及包含至少一种上述物品的组合。
所有引用专利、专利申请和其他参考文献均通过引用整体并入本文中。但是，如果在本申请中的术语与并入的文献矛盾或冲突，优先采用本申请的术语而非并入文献中的冲突的术语。
尽管本发明描述了特定实施方式，申请人或其他本领域技术人员可想到意料之外的或可能是意料之外的替代、修饰、变化、改进和实质等同。相应的，提交的所附的权利要求和可能对其进行的修改，旨在包括所有这些替代、修饰、变化、改进和实质等同。
权利要求是：

Claims (21)

1.一种塑料组件，包括:
一热塑性元件，所述热塑性元件具有热塑性元件第一表面和热塑性元件第二表面；
一结构元件，所述结构元件具有结构元件第一表面和结构元件第二表面，其中热塑性元件在开口中；以及
一各向异性结合元件，位于热塑性元件第二表面和结构元件第一表面之间。
2.根据权利要求1所述的塑料组件，其中各向异性结合元件在第一取向方向具有一用于变形的第一弹性模量以及在第二取向方向具有一用于变形的第二弹性模量，其中第二模量比第一模量大25％或更多。
3.根据权利要求2所述的塑料组件，其中第一弹性模量用于垂直于热塑性元件周界的变形。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的塑料组件，
其中热塑性元件具有一第一热膨胀系数；
其中结构元件具有一第二热膨胀系数，其中第一热膨胀系数与第二热膨胀系数相差大于或等于10％；并且
其中各向异性结合元件包括在基体中的细长构件。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的塑料组件，其中在热塑性元件结合到结构元件之前，各向异性结合元件包含一固体复合材料。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的塑料组件，进一步包括一粘合剂，位于热塑性元件第二表面和结合元件第一表面之间和/或位于结合元件第二表面和结构元件第一表面之间。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的塑料组件，其中细长构件包含纤维。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的塑料组件，其中热塑性元件包含聚碳酸酯。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的塑料组件，其中热塑性元件是挡风玻璃、车顶窗、后窗、侧窗、三角窗、后三角窗、扰流板、车身板件或包括至少一种上述物品的组合。
10.由权利要求1-9中任意一项所述的塑料组件制成的制品。
11.根据权利要求10所述的制品，其中组件是嵌装玻璃、照明组件、车身板件、车顶窗、建筑物、体育馆、窗户或包含至少一种上述物品的组合。
12.一种形成塑料组件的方法，包括：
形成一各向异性结合元件，其中各向异性结合元件包括一结合元件基体和细长构件，其中细长构件具有一弹性模量，其不同于结合元件基体的弹性模量；以及
组装一结构元件和一热塑性元件，所述结构元件具有结构元件第一表面和结构元件第二表面，所述热塑性元件具有热塑性元件第一表面和热塑性元件第二表面，其中结合元件位于结构元件第一表面和热塑性元件第二表面之间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中细长构件的弹性模量大于结合元件基体的弹性模量。
14.一种形成塑料组件的方法，包括：
将细长构件布置在热塑性元件表面上或结构元件表面上，其中结构元件具有结构元件第一表面和结构元件第二表面，并且热塑性元件具有热塑性元件第一表面和热塑性元件第二表面；用结合元件基体对细长构件进行全面涂覆以形成一各向异性结合元件；以及
组装塑料组件，其中各向异性结合元件位于热塑性元件第二表面和结构元件第一表面之间。
15.根据权利要求12-14中任意一项所述的方法，其中在热塑性元件结合到结构元件之前，各向异性结合元件包含一固体复合材料。
16.根据权利要求12-15中任意一项所述的方法，其中形成各向异性结合元件进一步包括将结合元件基体和细长构件混合以形成混合物；以及从普通容器中挤出混合物。
17.根据权利要求12-16中任意一项所述的方法，其中形成各向异性结合元件进一步包括挤出结合元件基体并从独立的来源提供细长构件；将细长构件定向；并在组装到结构元件和/或热塑性元件时将结合元件基体和定向的细长构件合并。
18.根据权利要求12-17中任意一项所述的方法，进一步包括用一对导槽形成一开口的管道，其中导槽限定细长构件的定向。
19.一种形成塑料组件的方法，包括：
形成一各向异性结合元件，其包括第一层、第二层和第三层，所述第一层包括一结合元件基体而不含细长构件，所述第二层包含细长构件，所述第三层包括一结合元件基体而不含细长构件；以及
将各向异性结合元件结合到结构元件和热塑性元件上，其中该各向异性结合元件位于热塑性元件第二表面和结构元件第一表面上。
20.根据权利要求19所述的方法，其中第二层进一步包括一结合元件基体，所述结合元件基体包含细长构件。
21.根据权利要求19-20中任意一项所述的方法，进一步包括用一对导槽形成一开口的管道，其中导槽限定细长构件的定向和/或使各层对齐。
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