CN105083020B - 用于车辆部件的纤维复合材料支撑 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆仪表板，其具有：加强件，加强件包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维；连接至加强件的基板，基板包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维和短切玻璃纤维；以及由基板形成的转向柱托架，转向柱托架包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维。托架接合转向柱以使得基板和托架支撑转向柱。基板中的多个短切碳纤维和短切玻璃纤维被分离以使碳纤维和玻璃纤维每一者都基本聚集在基板的各自的驾驶员侧部分和乘客侧部分中。

Description

用于车辆部件的纤维复合材料支撑

要求优先权

本申请是于2014年5月6日提交、现在在审的标题为“HYBRID COMPOSITEINSTRUMENT PANEL”的第14/270,951号美国专利申请的连续部分申请案，其全部公开内容结合于此作为参考，本申请在35U.S.C.§120下要求其优先权和利益。

技术领域

本发明大体而言涉及复合材料部件设计，更具体而言，涉及复合材料车辆仪表板设计及制造复合材料车辆仪表板的方法。

背景技术

车辆利用轻质部件和设计以减小车辆重量，尤其是车辆的大型内部部件(例如仪表板)的重量，正变得越加普遍。重量减小能够提高车辆性能和燃料经济性。可通过将车辆部件的当前材料使用较轻重量的材料进行替换来实现重量节省。然而，在某些情况下，车辆中使用的较轻重量的材料与它们较重的对应部件相比具有较小的机械完整性。

在其他情况下，某些较轻重量的材料，例如碳纤维复合材料，与传统材料相比实际上可具有改良的机械性能。遗憾的是，使用这些材料制造车辆部件的制造成本可能过高或者至少不足够低以弥补车辆性能的潜在改良和燃料经济性。此外，这些较强的复合材料通常使用在仅具有一个或者少量实际需要提高机械性能的区域的大型车辆部件中。

因此，人们需要与传统车辆部件相比具有更佳或相当的机械性能的较轻质车辆部件。人们还需要为了特定应用在这些部件的特定区域定制机械特性，从而使昂贵的加强材料的使用最少以及部件中需要之处的机械特性的增强最大。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种车辆仪表板包括：加强件，加强件包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维；和连接至加强件的基板。基板包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维和短切玻璃纤维。仪表板还包括由基板形成的转向柱托架并且其包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维。转向柱托架接合转向柱以使得基板和托架支撑转向柱。

根据本发明的另一个方面，一种车辆仪表板包括：加强件，加强件包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维；和连接至加强件的基板。基板包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维和短切玻璃纤维。仪表板还包括由基板形成的安装托架元件以及连接至安装托架的支撑托架元件。安装托架包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维。

根据本发明的又一个方面，一种车辆仪表板包括：加强件，加强件包括树脂内的第一纤维材料；和基板，基板包括第二树脂内的第一纤维材料和第二纤维材料。第一纤维材料和第二纤维材料基本被分离至基板的各自的驾驶员侧部分中和乘客侧部分中。仪表板还包括由基板的驾驶员侧部分形成的安装托架。安装托架包括第二树脂内的第一纤维材料。

所属领域的技术人员在研究以下说明书、权利要求书以及附图后，将了解和理解本发明的上述方面和其他方面、目的和特点。

附图说明

在附图中：

图1是根据一个实施例的车辆内的车辆仪表板的前视立体图；

图2是图1中所示的仪表板的俯视立体分解图；

图3是根据另一实施例的仪表板基板的前视立体图；

图4是根据再一实施例的仪表板基板的前视立体图；

图5是根据另一实施例的车辆部件的底部正视图；

图6是根据一额外实施例的注塑成型***的俯视立体图；

图7A是图6中的注塑成型***在将熔化的复合材料注入模具的步骤期间沿线X-X截取的截面图；

图7B是图6中的注塑成型***在冷却熔化的复合材料的步骤期间沿线X-X截取的截面图；以及

图8是根据另一实施例使用图6中的注塑成型***形成车辆部件的方法的示意图。

具体实施方式

在本文的说明中，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”以及它们的衍生词应与本发明在图1中的定向相关。然而，应理解，除非有明确地相反规定，本发明可采用各种替代定向。还应理解，附图中例示并在以下说明书中描述的具体装置和方法仅仅是随附权利要求书中界定的本发明概念的示例性实施例。因此，不应将与本文中公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特性视为具有限制性，除非权利要求书明确地另有所指。

参见图1，所示了车辆14的舱室10。车辆14包括驾驶员侧区域18和乘客侧区域22。在舱室10内具有仪表板26和其他车辆部件，例如挡风玻璃36。仪表板26位于舱室10内车辆前部、挡风玻璃36下方。仪表板26具有驾驶员侧部分40、中央控制台(center-stack)部分44和乘客侧部分48。仪表板26的这些部分，以及这些部分内部的特定区域或位置通常具有不同的机械特性要求。

在本发明中使用的“外侧”是指最靠近车辆14内的驾驶员侧车门52和乘客侧车门56的横向侧部或区域。本发明中使用的术语“内侧”是指车辆14内从横向相对的外侧侧部或区域往内的中央区域。

仪表板26的驾驶员侧部分40和乘客侧部分48基本上分别靠近车辆14的驾驶员侧区域18和乘客侧区域22。仪表板26的驾驶员侧部分40包括由组合仪表罩64覆盖的组合仪表60。转向柱68定位于组合仪表60的下方。转向柱68由仪表板26支撑并与车辆仪表板26前方的转向***(未示出)接合。转向柱68通过仪表板26从转向***延伸进入舱室10。转向柱68具有方向盘72，方向盘72设置在车辆14的舱室10内的驾驶员侧区域18中。方向盘72包括驾驶员气囊76，驾驶员气囊76在发生车辆碰撞事件时展开。因此，仪表板26的驾驶员侧部分40会具有苛刻的机械要求，尤其是在其必须支撑受到可变荷载和运动的其他车辆部件(例如方向盘68)的位置处。

仍参见图1，侧面通风口80设置在仪表板26的每个外侧。仪表板26还包含位于仪表板26的中央控制台部分44内的一组中央排气口84。仪表板26的中央控制台部分44位于驾驶员侧部分40与乘客侧部分48之间。中央控制台部分44包括可由车辆14的驾驶员侧区域18和乘客侧区域22两者的乘员操作的界面88。中央控制台部分44连接至仪表板26的驾驶员侧部分40和乘客侧部分48两者。

还如图1中所示，仪表板26的乘客侧部分48包括手套箱组件110、位于组件110上方的乘客气囊组件114。手套箱组件110包括手套箱门118，手套箱门118允许进入手套箱仓(未示出)。在一些实施例中，手套箱组件110是与仪表板26分离的部件，并在制造期间***和附接。在其他实施例中，组件110的手套箱仓利用仪表板126的仪表板基板120(图2)一体形成，且手套箱门118是在制造期间附接的独立部件。根据乘客侧部分48的构造，其可能具有需要额外机械加强的中央区域或位置，例如在其包含或附接至手套箱组件110的位置。

再次参见图1，乘客气囊组件114包括乘客气囊滑槽124(图2)，以及其他部件，例如乘客气囊、气囊罐和充气装置。在车辆碰撞事件中，乘客气囊被充气装置(未示出)充气，从而导致乘客气囊从罐膨胀通过乘客气囊滑槽124(图2)并到达仪表板26之外。气囊的充气和膨胀在周围部件中产生高应力，如果仪表板26未正确加强，高应力可能导致仪表板26的结构失效。在一些实施例中，仪表板26的仪表板基板120(图2)也可包括用于驾驶员侧区域18和乘客侧区域22两者的乘员的膝部气囊罐，可能需要额外加强。

现在参见图2，仪表板26包括仪表板基板120和加强件150。加强件150位于基板120的车辆前方并在多个点连接至基板120。基板120与加强件150可通过胶粘、振动焊接、热板焊接或其他形式的接合进行连接。加强件150包括驾驶员侧部分154、中央控制台部分158和乘客侧部分162。加强件150限定驾驶员侧部分154和乘客侧部分162上相应的转向柱孔口166和手套箱孔口170。凸缘174位于加强件150的中央控制台部分158内并向车后延伸以与基板120的中央控制台部分180接合和连接。

还如图2中所示，仪表板基板120包括驾驶员侧部分184、中央控制台部分180和乘客侧部分188。基板120的驾驶员侧部分184限定转向柱开口192，当基板120与加强件150连接时，转向柱开口192与加强件150的转向柱孔口166对准。转向柱68(图1)穿过转向柱孔口166和转向柱开口192两者，并经由转向柱安装区域196附接至基板120，如图2中所示。转向柱安装区域196位于基板120上并靠近转向柱开口192。在一些实施例中，用于转向柱68的夹套可靠近安装区域196一体形成在基板120中。在其他实施例中，安装托架或支撑托架可靠近转向柱开口192一体形成在基板120中用于支撑转向柱68。将加强件150连接至基板120为安装区域196以及最终为仪表板26提供了足够的强度，以支撑转向柱68的重量而无需使用车辆横梁。因此，基板120的驾驶员侧部分184中的某些区域或位置可能需要和/或受益于额外的加强。

仍参见图2，仪表板基板120的中央控制台部分180包括用于容纳和安装界面88(图1)以及其他电子部件的电子设备舱200。中央控制台部分180位于基板120的驾驶员侧部分184和乘客侧部分188两者之间并一体式连接至基板120的驾驶员侧部分184和乘客侧部分188两者。根据中央控制台部分180内部署的电子部件和其他部件，在基板120内使用混合复合材料对这些区域进行额外的局部加强可提供机械性能和/或重量节省的优点。

仪表板基板120的乘客侧部分188限定分别用于容纳手套箱组件110(图1)和乘客气囊组件114(图1)的手套箱开口204和乘客气囊组件开口208。在一些实施例中，基板120可构造成进一步将手套箱仓和/或气囊罐限定为分别从手套箱开口204和乘客气囊组件开口208延伸出的一体式本体。在其他实施例中，加强件150可构造成限定手套箱仓和/或气囊罐。基板120和加强件150还可构造为限定膝部气囊罐。

还如图2中所示，管道212位于仪表板基板120与加强件150之间。管道212当与加强件150接合时输送空气。空气流经管道212至一组基板通风开口216，基板通风开口216将空气引导至仪表板26的侧面通风口80和中央通风口84(图1)。通风室托架220附接至加强件150并与车辆14的前围板(未示出)连接。通风室托架220防止车辆内的仪表板26向车前和向车后方向弯曲。通风室托架220还可为连接至基板120的转向柱68(图1)提供额外的支撑。

再参见图2，根据本发明的实施例，仪表板基板120利用混合复合材料形成。在一个示例性实施例中，驾驶员侧部分184可利用尼龙树脂形成，树脂内设置有短切碳纤维。乘客侧部分188可利用尼龙树脂形成，树脂内设置有短切玻璃纤维。通常，基板120内具有较高百分比的短切碳纤维的区域具有增加的机械特性(例如，韧性，拉伸强度、抗疲劳性)。乘客侧部分184和驾驶员侧部分188中的碳纤维体积分数和玻璃纤维体积分数可介于大约1％与大约60％之间，优选地介于大约15％与大约40％之间，且更优选地介于大约30％与大约40％之间。在一些实施例中，驾驶员侧部分184中的纤维体积分数可不同于基板120的乘客侧部分188中的纤维体积分数。在其他实施例中，基板120的预计会遇到高应力的区域构造为与预期不会经受高应力的区域相比包含较高的短切碳纤维的纤维体积分数。例如，与基板120的驾驶员侧部分184的剩余部分相比，安装区域196可包含较高的纤维体积分数，具体而言，包含较高的短切碳纤维的纤维体积分数，以有助于支撑转向柱68。在另一实例中，在气囊展开期间会承受高应力的仪表板基板120和加强件150的表面可包含较高的纤维体积分数。在其他实施例中，基板120的驾驶员侧部分184和乘客侧部分188可包含不止两种复合材料。

在一些实施例中，仪表板基板120的驾驶员侧部分184和乘客侧部分188中采用的纤维可由包括碳、芳香族聚酰胺、铝金属、氧化铝、钢、硼、硅石、碳化硅、氮化硅、超高分子量聚乙烯、A玻璃、E玻璃、E-CR-玻璃、C玻璃、D玻璃、R玻璃和S玻璃在内的材料组成。驾驶员侧部分184和乘客侧部分188也可包含不止一种纤维。在一些实施例中，短切纤维的长度可介于大约3mm与11mm之间，且更优选地介于大约5mm与7mm之间。通常，纤维在驾驶员侧部分184和乘客侧部分188内的树脂中随机定向。然而，在基板120的承受高定向应力的区域，它们也可基本上定向地对齐。此外，驾驶员侧部分184和乘客侧部分188中采用的树脂可包括尼龙、聚丙烯、环氧树脂、聚脂、乙烯酯、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、硅酮、聚酰亚胺、聚醚砜、三聚氰胺-甲醛、苯酚-甲醛和聚苯并咪唑或它们的组合。在一些实施例中，驾驶员侧部分184的树脂可不同于基板120的乘客侧部分188中使用的树脂。还应理解，加强件150和其驾驶员侧部分154、中央控制台部分158和乘客侧部分162可使用与上文中结合基板120所述的材料类似的混合复合材料制造。例如，加强件150的驾驶员侧部分154可利用尼龙树脂形成，树脂中设置有短切碳纤维。乘客侧部分162可利用尼龙树脂形成，树脂中设置有短切玻璃纤维。此外，承受较高应力水平的区域中的树脂内纤维(优选为短切碳纤维)的体积分数可大于加强件150的其余部分的树脂内纤维的体积分数。

仍参见图2，短切碳纤维和玻璃纤维在仪表板26的基板120内分离，以使碳纤维基本上聚集在基板120的驾驶员侧部分184且玻璃纤维基本上聚集在基板120的乘客侧部分188。通常，基板120的中央控制台部分180由短切碳纤维和玻璃纤维两者组成。在一些实施例中，中央控制台部分180可主要包括碳纤维，或者主要包括玻璃纤维。在其他实施例中，主要包含在驾驶员侧部分184中的碳纤维也可部分地占用基板120的乘客侧部分188。在其他实施例中，主要在驾驶员侧部分184中的碳纤维也可占用基板120中承受高应力的部分，而无论是乘客侧还是驾驶员侧方位。例如，位于基板120或加强件150之中或之上的气囊展开表面可包括较高百分比的碳纤维用于额外的机械加强。基板120中纤维(例如短切碳纤维和玻璃纤维)的分离使较高强度的纤维，例如碳纤维，能够选择性地用于对基板120而言具有特定的高强度需求的位置，例如以支撑转向柱68。基于相对于车辆14的驾驶员/乘客方位选择性地使用高百分比的碳纤维，通过仅在需要的位置有效地使用更昂贵的碳纤维能够实现成本节省。

还如图2中所示，在一些实施例中，在仪表板基板120的驾驶员侧部分184与乘客侧部分188之间的界面处可存在边界区域220。边界区域240包括基板120的驾驶员侧部分184和乘客侧部分188中使用的两种类型的纤维和树脂的混合物。边界区域240内纤维的混合确保在基板120的由不同复合材料组成的部分之间存在一体连接。在一个实施例中，边界区域240可以跨过或者以其他方式包围基板120的整个中央控制台部分180。在另一实施例中，边界区域240可仅存在于基板120的中央控制台部分180与乘客侧部分188之间，或者驾驶员侧部分184与中央控制台部分180之间。边界区域240也可定位在基板120中存在包含不同纤维组分、纤维类型和/或树脂的基板120部分之间的界面处的任何位置。在一个示例性实施例中，驾驶员侧部分184可在树脂中具有大约30％至40％体积分数的短切碳纤维，乘客侧部分188可在树脂中具有大约30％至40％体积分数的短切玻璃纤维，且中央控制台部分180或边界区域240可在树脂中具有大约15％至20％体积分数的短切碳纤维和大约15％至20％体积分数的短切玻璃纤维。在此构造中，驾驶员侧部分184相对于基板120的其他部分使用较高百分比的短切碳纤维特别加强。

根据一些实施例，仪表板26的仪表板基板120和/或加强件150除了在一个或多个树脂中包含短切纤维的部分外还可包含一个或多个预先形成的纤维垫。预先形成的纤维垫可包括纺织纤维或非纺织纤维，纺织纤维或非纺织纤维使用与基板120的驾驶员侧部分184和乘客侧部分188中采用的树脂相同或不同的树脂固定在一起。垫还可包含与基板120的驾驶员侧部分184和乘客侧部分188中采用的纤维具有不同尺寸的纤维。类似地，垫的纤维可为连续构造或者短切构造。垫的纤维也可由与基板120的驾驶员侧部分184和乘客侧部分188中采用的纤维具有相同或不同成分的材料组成。垫可包含在基板120和/或加强件150的具有高纤维体积分数或低纤维体积分数的区域中。可使用多个垫并将其按不同的定向分层，以便进一步增强基板120和/或加强件150在特定位置的机械特性。基板120中用于布置垫的示例性位置包括但不限于：转向柱安装区域196、气囊组件开口208、手套箱开口204、加强件150与基板120之间的连接位置，以及预计会经受比基板120的其他区域中的应力更高应力水平的其他位置。

在作为仪表板26一部分的基板120和加强件150中使用包含纤维(例如，尼龙树脂内的短切碳纤维和玻璃纤维)的混合复合材料能够实现车辆14在设计和制造时不带车辆横梁。惯用的车辆横梁是传统上用于支撑车辆14的仪表板26和转向柱68的厚金属部件。除了向车辆14增加显著的重量外，车辆横梁还会占用仪表板26后面潜在的储存空间并妨碍乘客气囊组件114和手套箱组件110的布置。在不带车辆横梁的情况下，车辆14可实现较大的燃料效率以及增加仪表板26和其子组件的设计自由度。

现在参见图3，根据本发明的一个实施例，仪表板26的基板120形成用于支撑转向柱68的整体安装附件。这些安装附件在某种意义上被构造为使得它们能够由基板120直接形成，而无需借助本文所公开的复合材料部件的额外部件。在一个示例性实施例中，安装托架元件284由基板120的驾驶员侧部分184(如图2所示)的安装区域196一体形成。在图3中示出的安装托架元件284向车辆前向延伸并且在基板120与加强件150相互连接(如图2所示)时突出穿过加强件150的转向柱孔口166。安装托架元件284向车辆前向延伸以接合通风室托架220(如图2所示)。如图3进一步示出的，安装托架元件284与通风室托架220的连接增加了转向柱68的稳定性并使得转向柱68的重量在仪表板26和车辆14的前围板之间分布。

在仪表板26的其他实施例中，安装托架元件284可以被连接至加强件150(如图2所示)或者被直接连接至前围板以提供额外的支撑。在另一个实施例中，安装托架元件284仅连接至基板120以使得仅有基板120和加强件150承载转向柱68的荷载。应当理解，安装托架元件284可由(或以其他方式由)加强件150而不是基板120替代的整体形成。另外，安装托架元件284可在基板120和加强件150之间分隔以使得基板120与加强件150的连接形成安装托架元件284。安装托架元件284在基板120中的结合提供了更好的设计弹性并降低了仪表板26的部件数，从而降低车辆14的制造费用和重量。

如图3所示，安装托架元件284还从基板120向车辆后向延伸并接合支撑托架元件288。安装托架元件284可以各种方式接合支撑托架元件288，这些方式包括但不限于轨道***、机械联锁连接器以及紧固件。通常，支撑托架元件288为金属部件，其从安装托架元件284向车辆后向延伸并接合转向柱68的转向柱套292。支撑托架元件288被示出为通过机械紧固件296接合转向柱套292，但是可以各种方式接合转向柱套292。支撑托架元件288接合转向柱套292以使得通过安装托架元件284的整体连接来将转向柱68的重量传递至基板120和/或加强件150。

如图4所示，根据本发明的另一个实施例，仪表板26也可将基板120与转向柱托架280相合并以接合转向柱68的转向柱套292。转向柱托架280可作为单一的支撑部件形成至基板120中，其执行关于图3所示实施例中示出的支撑托架元件288和安装托架元件284的功能。转向柱托架280与基板120一体形成并从基板120的安装区域196向外地延伸以接合转向柱68的转向柱套292。转向柱托架280可通过机械紧固件296附接至转向柱套292或通过其他方法接合。将支撑托架元件288结合至基板120中(图3)以形成转向柱托架280(图4)进一步减少了部件数并提高了仪表板26的设计弹性。

在仪表板26的一些实施例中，转向柱套292还可被结合至基板120中。转向柱套292可由转向柱托架280一体形成或者可一体形成在基板120的安装区域196中。这些实施例也可以有利地降低仪表板26的部件数。

再次参见图3至图4，根据本发明的一个实施例，仪表板26的安装托架元件284和转向柱托架280由纤维和树脂的复合材料形成。在一些实施例中，安装托架元件284和转向柱托架元件280可由与基板120的驾驶员侧部分184所使用的相同的纤维和树脂组合形成。例如，在基板120的驾驶员侧部分184形成安装托架元件284并由尼龙树脂内的多种短切碳纤维组成的实施例中，安装托架元件284也可基本上由尼龙树脂内的短切碳纤维组成。类似地，在基板120的驾驶员侧部分184包括尼龙树脂内的短切碳纤维并且形成转向柱托架280的实施例中，转向柱托架280也可基本上由尼龙树脂内的短切碳纤维组成。此外，除基板120的驾驶员侧部分184所采用的纤维和树脂之外，安装托架元件284和转向柱托架280也可包括任意纤维和树脂(如前面所公开的)。传统安装和支撑托架为重金属部件，其会使得仪表板26增加重量。通过由纤维和树脂复合材料整体地形成安装托架元件284和支撑托架元件288，可以实现重量减轻并且车辆14可以获得更好的燃料经济性。

在一些实施例中，如图3至图4所示的仪表板26的安装托架元件284和转向柱托架280的纤维体积分数可以高于基板120或加强件150的纤维体积分数。例如，安装托架元件284和转向柱托架280的纤维体积分数可以在约35％至约65％之间，并且更加优选地在约45％至约55％之间。基板120可包含在安装区域196中的纤维体积分数，其相对于基板120的其他部分更高并且由安装区域196随距离降低。换句话说，基板120可包含纤维体积分数梯度，其随着从安装区域196的距离增加，以连续或阶梯式的方式降低。在安装区域196、安装托架元件284和支撑托架280中增加的纤维体积分数可以帮助支撑转向柱68的重量。

在额外的实施例中，如图3至图4所示的仪表板26的安装托架元件284和转向柱托架280中所使用的纤维可以比基板120和加强件150所使用的纤维具有更短的长度。例如，该纤维可以具有约1mm至7mm的平均长度，并且更加优选地在约2mm至4mm的平均长度之间。纤维可以任意地定向，但是更优选地可以基本上与由转向柱68所施加定向应力相对齐。此外，在车辆14操作期间基于与转向柱68相关联的预期施加机械应力，一种或多种纤维垫加强件可以在安装区域196、安装托架元件284或转向柱托架280中额外的加强件所需的位置中使用。例如，纤维垫可以在用于机械紧固件296的连接点处被包含在转向柱托架280中，以提供额外的加强件。

根据另外的实施例，仪表板26的转向柱托架280可包括多种纤维材料类型、纤维体积分数和/或平均纤维长度。例如，转向柱托架280可在与转向柱套292的接合点处包括尼龙树脂内的短切碳纤维以及在与基板120的安装区域196连接处的尼龙树脂内的短切玻璃纤维。在这种结构中，边界区域240可以形成在转向柱托架280内。在另一个实例中，转向柱托架280可以在与转向柱套292接合点处使用大约55％纤维体积分数的2mm平均长度纤维并在与基板120的安装区域196连接处使用大约40％纤维体积分数的4mm平均长度纤维。通过采用带有转向柱托架280的受控局部复合材料的仪表板26的实施例，对复合材料成分的有效使用可以在仪表板26内实现期望的机械特性。

现参见图5，可将仪表板基板120和加强件150的上述方面(参见图1和图2以及相应的描述)扩展至其他部件，例如车辆部件250。这里，部件250具有第一部分254，第一部分254包括第一树脂262内的第一纤维材料258。部件250还具有第二部分266，第二部分266包括第二树脂274内的第二纤维材料270。在部件250的第一部分254与第二部分266之间是部件边界区域278，部件边界区域278具有第一树脂262和第二树脂274内的第一纤维材料258和第二纤维材料270的混合物。第一部分254和第二部分266可基本上分别靠近乘客侧区域18和驾驶员侧区域22(图1)。如图5中示意性所示，部件250可为车辆14的舱室10的车顶内衬。但应理解，部件250可为位于车辆14(图1)之内或之上的适合使用符合上述原理的混合复合材料制造的另一部件。部件250的第一纤维材料258和第二纤维材料270可选自基板120中采用的同一组纤维。此外，第一部分254和第二部分266中采用的第一纤维材料258和第二纤维材料270可与基板120的驾驶员侧部分184和乘客侧部分188具有相同或类似的纤维长度和纤维体积分数。类似地，部件250的第一树脂262和第二树脂274可具有与基板120中采用的一个或多个树脂类似的成分。此外，部件250可包含与较早结合基板120描述的纤维垫类似的纤维垫。

现在参见图6，示出了根据一个实施例的注塑成型***300，其包括加热器302、泵304、控制器308、模具312和一对注入管线316。加热器302将第一复合材料230和第二复合材料234熔化，且泵304加压并迫使熔化的第一复合材料230和第二复合材料234通过注入管线316并经连接端口320进入模具312。泵304能够产生高流体压力，高流体压力使第一复合材料230和第二复合材料234能够以高压和高速注入模具312。每一注入管线316都与模具312上的连接端口320的其中一个接合以使第一复合材料230和第二复合材料234能够在不同的位置进入模具312。在***300的一些实施例中，能够将不止两种复合材料注入模具312。在这些构造中，注塑成型***300可包括用于每一材料的单独注入管线316，且模具312可包含用于每一额外的注入管线316的单独连接端口320。

在凝固时，图6中的第一复合材料230和第二复合材料234适合形成最终部件，例如，仪表板基板120、加强件150、部件250。第一复合材料230包括第一树脂262内的第一纤维材料258。类似地，第二复合材料234包括第二树脂274内的第二纤维材料270。相应地，第一纤维材料258和第二纤维材料270以及第一树脂262和第二树脂274可由结合仪表板基板120、加强件150或部件250公开的相应纤维和树脂中的任一者组成。

再次参见图6，模具312具有A板324和B板328，每一板都限定模具312的型腔332的大约一半。A板324包括连接端口320，第一复合材料230和第二复合材料234通过连接端口320进入模具312。A板324和B板328中每一者都包含最终车辆部件(例如，车辆部件250、基板120、加强件150等)的一半的凹腔，以便当模具312闭合时，阴性的凹腔限定具有最终部件的近似尺寸的模具型腔332。在一些实施例中，模具312可包括***件和/或子组件以帮助形成最终部件。

如图7A中所示，模具312当构造为形成基板120时，具有定向为形成基板120(图2)的相应部分184、180和188的驾驶员侧部分336、中央控制台部分340和乘客侧部分344。在注入熔化的第一复合材料230和第二复合材料234时，在模具312上施加压力以便将A板324和B板328挤压到一起。作用到模具312上的力防止模具分离以及基板120上发生溢边(flashing)。模具312在图7A中所示的闭合状态时，可通过将A板324和B板328分离来打开。当模具312处于打开状态时，可取出基板120，然后可清洁模具312和型腔332。还可以如上所述类似的方式使用采用模具312的注塑成型***300以形成加强件150、通风室托架220、车辆部件250或者适合使用混合复合材料制造的各种其他车辆部件。

现在参见图8，提供构造为形成最终部件(例如仪表板26的基板120)的方法360的示意图。方法360包括五个主要步骤：步骤364、368、372、376和380。方法360起始于熔化第一复合材料230和第二复合材料234的步骤364，然后是准备注塑成型***300的步骤368。接下来，执行将熔化的第一复合材料230和第二复合材料234注入模具312的型腔332的步骤372。接下来进行将熔化的第一复合材料230和第二复合材料234冷却以形成最终部件(例如仪表板26的基板120)的步骤376。最后，执行将最终部件从模具312移除的步骤380。

参见图6至图8，步骤364涉及在加热器302中将第一复合材料230和第二复合材料234加热到足以熔化树脂成分的温度。在树脂熔化后，泵304能够将熔化的第一复合材料230和第二复合材料234推动穿过注入管线316并经由连接端口320进入模具312的型腔332。第一复合材料230和第二复合材料234，尤其当包括尼龙树脂时，可以以介于100℃至400℃之间(更优选地介于210℃至275℃之间)的温度注入。通常将熔化的第一复合材料230和第二复合材料234过热至足够高的温度以防止它们在到达型腔332之前在注入管线316中提前凝固。在本文中所用的术语"过热"指第一复合材料230和第二复合材料234的熔化温度与注入温度之差。过热也是必要的，以确保第一复合材料230和第二复合材料234具有足够低的粘度以进入型腔332的狭窄区域。对于复合材料230和234，过热可介于10℃至50℃之间。根据为复合材料230和234选择的成分、模具312的几何形状以及其他条件，其他注入温度和过热条件可能是适当的。

准备注塑成型***300的步骤368可包括例如预热模具312、灌注注入管线316和/或将预组装的纤维垫或多个纤维垫放入模具312的型腔332中等任务。注入第一复合材料230和第二复合材料234的步骤372可具有介于5秒至30秒之间(且更优选地介于10秒至20秒之间)的时长。对于更复杂的模具型腔332几何形状和/或用于复合材料230、234的较低熔化粘度成分而言，其他时长可能是适当的。在一些实施例中，注入熔化的第一复合材料230和第二复合材料234可同时进行，而在其他实施例中，每一复合材料可单独注入。在注入步骤372期间，将熔化的第一复合材料230和第二复合材料234注入模具的相应驾驶员侧部分336和乘客侧部分344(图7A)，从而导致最终部件(例如基板120)中的纤维大体上分离。还可将复合材料230、234注入在型腔332内的其他点以产生期望的分离或其他特性。

再次参见图6至图8，在模具312保持受压并冷却期间，冷却熔化的第一复合材料230和第二复合材料234以形成最终部件(例如，基板120)的步骤376发生。模具312可进行水冷却或者空气冷却以促进最终部件的凝固。在基板120凝固后，打开模具并通过致动一系列顶针(未示出)以将最终部件从模具312的B板328顶出来实施移除最终部件的步骤380。

具体参见图7A，示出了在将第一复合材料230和第二复合材料234注入模具312的型腔332内的步骤372期间构造为产生基板120的模具312的横截面。第一复合材料230和第二复合材料234通过一系列门(未示出)注入。可通过将第一复合材料230和第二复合材料234分别注入型腔332的驾驶员侧部分336和乘客侧部分344来填充型腔332。在进入模具312时，熔化的第一复合材料230和第二复合材料234朝向彼此流经型腔332。一系列门的使用可以允许不同成分和纤维体积分数的复合材料在期望位置被独立地注入型腔332中。

现在参见图7B，在型腔332内的预定位置，熔化的第一复合材料230和第二复合材料234继续朝向彼此流动以组合形成边界区域240。边界区域240包括来自第一复合材料230和第二复合材料234的纤维和树脂的混合物并具有介于1mm与50mm之间的宽度。通过设计模具312、注塑成型***300的加工参数以及为第一复合材料230和第二复合材料234选择的特定成分来控制边界区域240的位置和宽度。处理参数可由控制器308(图6)进行控制。在一个示例性实施例中，在注入步骤372期间，可将不止两种具有不同成分的复合材料注入型腔332内。在此构造中，可在复合材料的每一者之间具有边界区域240，以使每一边界区域240具有不同于其他的成分。在第一复合材料230和第二复合材料234冷却和凝固时，边界区域240内的树脂和纤维的混合物在第一复合材料230与第二复合材料234之间产生整体式连接，从而将基板120或其他最终部件固持在一起。

应理解，可对上述结构进行变更和修改而不背离本发明的概念。例如，可将本发明的结合复合材料的安装构件同样地应用至用于电视主体的安装托架。例如，用于电视的混合复合材料安装托架可以包含在混合复合材料电视主体中以使得无需用于安装至壁或立架的外部金属托架。另外，应理解，此概念旨在涵盖于前面权利要求书的范围内，除非权利要求书按其语言明确地另有所指。

Claims (20)

1.一种车辆仪表板，包括：

加强件，包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维；

连接至所述加强件的基板，包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维和短切玻璃纤维；以及

由所述基板形成的转向柱托架，包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维以及边界区域，所述边界区域具有尼龙树脂内的短切碳纤维和短切玻璃纤维的混合物，

其中，所述转向柱托架接合转向柱以使得所述基板和所述转向柱托架支撑所述转向柱。

2.根据权利要求1所述的车辆仪表板，其中，所述转向柱托架还包括纤维垫加强件。

3.根据权利要求1所述的车辆仪表板，其中，所述基板中的所述多个短切碳纤维在所述尼龙树脂内具有15％至40％的纤维体积分数。

4.根据权利要求3所述的车辆仪表板，其中，所述转向柱托架中的所述多个短切碳纤维在所述尼龙树脂内具有35％至65％的纤维体积分数。

5.根据权利要求1所述的车辆仪表板，其中，所述转向柱托架中的所述多个短切碳纤维包括彼此相互对齐的短切碳纤维。

6.根据权利要求1所述的车辆仪表板，其中，所述基板中的所述多个短切碳纤维和短切玻璃纤维被分离以使所述短切碳纤维聚集在所述基板的驾驶员侧部分中并且所述短切玻璃纤维聚集在所述基板的乘客侧部分中。

7.根据权利要求1所述的车辆仪表板，其中，所述转向柱托架中的所述短切碳纤维具有2mm至4mm的平均纤维长度。

8.一种车辆仪表板，包括：

加强件，包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维；

连接至所述加强件的基板，包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维和短切玻璃纤维；

由所述基板形成的安装托架元件，包括边界区域，所述边界区域具有尼龙树脂内的短切碳纤维和短切玻璃纤维的混合物；以及

连接至所述安装托架的支撑托架元件，

其中，所述安装托架元件包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维。

9.根据权利要求8所述的车辆仪表板，其中，所述安装托架元件还包括纤维垫加强件。

10.根据权利要求8所述的车辆仪表板，其中，所述基板中的所述多个短切碳纤维在所述尼龙树脂内具有15％至40％的纤维体积分数。

11.根据权利要求10所述的车辆仪表板，其中，所述安装托架中的所述多个短切碳纤维在所述尼龙树脂内具有35％至65％的纤维体积分数。

12.根据权利要求8所述的车辆仪表板，其中，所述安装托架元件中的所述多个短切碳纤维包括彼此相互对齐的短切碳纤维。

13.根据权利要求8所述的车辆仪表板，其中，所述安装托架中的所述短切碳纤维具有2mm至4mm的平均纤维长度。

14.根据权利要求8所述的车辆仪表板，其中，所述基板中的所述多个短切碳纤维和短切玻璃纤维被分离以使所述短切碳纤维聚集在所述基板的驾驶员侧部分中并且所述短切玻璃纤维聚集在所述基板的乘客侧部分中。

15.一种车辆仪表板，包括：

加强件，包括第一树脂内的第一纤维材料；

基板，包括第二树脂内的所述第一纤维材料和第二纤维材料，所述第一纤维材料和所述第二纤维材料被分离至所述基板的各自的驾驶员侧部分中和乘客侧部分中；以及

由所述基板的所述驾驶员侧部分形成的安装托架，

其中，所述安装托架包括所述第二树脂内的所述第一纤维材料，以及

进一步地其中，所述基板的中控面板部分包括边界区域，所述边界区域具有位于第一树脂内的第一纤维材料和第二纤维材料的混合物。

16.根据权利要求15所述的车辆仪表板，其中，所述第一纤维材料和所述第二纤维材料中的每一者都选自由如下材料组成的群组：碳、芳香族聚酰胺、铝金属、氧化铝、钢、硼、硅石、碳化硅、氮化硅、超高分子量聚乙烯、A玻璃、E玻璃、E-CR-玻璃、C玻璃、D玻璃、R玻璃和S玻璃。

17.根据权利要求15所述的车辆仪表板，其中，所述第一树脂和所述第二树脂中的每一者都选自由如下材料组成的群组：尼龙、聚丙烯、环氧树脂、聚脂、乙烯酯、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、硅酮、聚酰亚胺、聚醚砜、三聚氰胺-甲醛、苯酚-甲醛和聚苯并咪唑。

18.根据权利要求15所述的车辆仪表板，其中，所述安装托架中的所述第一纤维材料包括彼此相互对齐的纤维。

19.根据权利要求15所述的车辆仪表板，其中，所述安装托架中的所述第一纤维材料具有2mm至4mm的平均纤维长度。

20.根据权利要求15所述的车辆仪表板，其中，所述安装托架还包括纤维垫加强件。