CN103857511B - 腔体密封组件 - Google Patents

Abstract

一种通过提供进入并且密封腔体18、22或多个腔体和拐角、裂缝或接缝的模切可膨胀材料14以加固、隔挡或密封车辆结构的方法。

Description

腔体密封组件

优先权声明

本申请要求于2011年6月17日提交的、序列号为61/498,332的美国临时申请的优先权权益，所述美国临时申请的内容通过引用的方式纳入本文。

技术领域

本发明总体涉及包括模切（die-cut）可膨胀材料的隔挡（baffling）、密封或加固构件。

背景技术

运输业一直需要提供改进的功能同时提供降低的重量和成本的隔挡、加固以及密封的方法。通常，为了降低重量，利用可膨胀材料。这些材料处于生料状态（greenstate）的形状和相对刚度通常导致不能填充腔体内的拐角或任何小的裂缝或接缝。为了补偿，通常增加可膨胀材料的厚度，以在可膨胀材料的膨胀过程中使邻近于任何难以到达的腔体的空间过度装载，从而迫使材料进入所述拐角、裂缝或接缝。这种实施方式不仅增加了成本，而且会降低可膨胀材料的性能，原因在于，材料量的增加可能造成堵塞开口和不受控制的膨胀。因此，需要在不要求增加可膨胀材料的厚度的情况下对一个腔体或多个腔体进行密封以填充拐角或任何小的裂缝或接缝的方法。

发明内容

在第一方面，本发明设想了一种用于密封腔体的方法，包括：提供一个大体平面的密封主体，该密封主体包括具有恒定厚度的第一可膨胀材料层，在所述材料层中具有至少一个挖切部（cut-out）部分，通过切割所述可膨胀材料的至少一部分来形成，使得所述材料的连接端仍连接至所述材料层并且使得所述材料层的另一端是自由端。所述密封主体还可以包括附加的材料层，所述附加的材料层还可以包括与所述第一可膨胀材料层的挖切部部分相应的挖切部部分，或者还可以包括不与所述第一可膨胀材料层的挖切部部分相应的挖切部部分。所述方法还可以包括将所述密封主体定位在腔体内，使得一个或多个挖切部的自由端延伸进入所述腔体的、未被任何剩余的材料层占据的一部分内。所述腔体可选地包括将所述腔体分割成第一区域和第二区域的至少一个壁，使得所述一个或多个挖切部的自由端延伸进入所述腔体的第一区域中，而剩余的可膨胀密封主体延伸进入所述腔体的第二区域内。所述方法可以包括可选地提供附接至所述可膨胀密封主体的一个或多个紧固件，或与所述可膨胀密封主体整体成型的一个或多个紧固件，其中所述一个或多个紧固件中的每个都包括用于附接至腔体壁的第一部分和附接至所述密封主体的第二部分。

所述方法可以还包括在分割所述腔体的壁中形成一个开口，使得所述至少一个挖切部的自由端通过所述开口进入所述第一区域。所述至少一个挖切部的自由端可以定位在所述腔体的拐角内。可以形成两个挖切部，每个挖切部延伸进入所述腔体的对置的拐角内。可以通过模切工艺来形成所述挖切部部分。所述紧固件可以定位在所述剩余的材料层上。所述紧固件可以定位在一个或多个挖切部上。所述剩余的材料层可以大体围绕所述至少一个挖切部。

所述方法可以进一步包括在将所述腔体分割成第一区域和第二区域的所述至少一个壁中形成一个开口，并且通过所述开口定位所述第一可膨胀材料层的两个自由端，且将所述第一可膨胀材料层的两个自由端定位在所述第一区域内，使得全部的剩余的材料层保留在所述第二区域内。所述密封主体的形状是大体矩形的。所述挖切部部分的形状是大体矩形的。所述挖切部部分的连接端定位为与两个自由端等距，且定位于两个自由端之间。在所述密封主体的使用过程中，所述连接端可以定位为邻近于所述至少一个壁中的开口，或定位在所述至少一个壁中的开口内。所述连接端可以在至少一个位置处被连接至所述剩余的第一材料层。所述连接端可以在至少两个位置处被连接至所述剩余的第一材料层。所述挖切部部分可以包括仅一个自由端，所述仅一个自由端定位为与连接端对置。

在本文中，本发明设想了一种通过可膨胀密封主体对腔体进行密封的装置和方法，所述可膨胀密封主体包括用于定位至待被密封的腔体的区域内的一个或多个挖切部。本文公开的可膨胀密封主体可以允许通过轻量的复合结构对腔体进行有效的隔挡和/或密封，所述轻量的复合结构在不要求为所述可膨胀材料增加附加的厚度的情况下，填充腔体的拐角、间隙和接缝。

附图说明

图1示出了本发明的可膨胀密封主体的示例性实施例的立体视图。

图2示出了在可膨胀材料膨胀之前、定位于腔体内的图1的可膨胀密封主体的分解视图。

图3示出了在可膨胀材料膨胀之前、定位于腔体内的图1的可膨胀密封主体。

图4示出了在可膨胀材料膨胀之后、定位于腔体内的图1的可膨胀密封主体。

具体实施方式

本发明允许通过轻量密封主体改进对腔体的隔挡、加固和/或密封，所述轻量密封主体的至少一部分可以是可膨胀材料层。本文公开的可膨胀材料层可以包括一个或多个挖切部。所述材料层中的一个或多个挖切部切割所述可膨胀材料的至少一部分，使得所述材料的连接端仍连接至所述材料层，并且使得另一端是自由端。剩余的材料层可以大体围绕所述至少一个挖切部。所述自由端可以延伸进入腔体的、不存在所述剩余材料的一部分内。例如，所述自由端可以通过所述腔体的分割壁的开口而被插入，从而所述自由端一旦膨胀则填充所述腔体的第一端的空间，而所述剩余材料一旦膨胀则填充所述腔体的第二端。在另一个实施例中，所述自由端可以定位于腔体的拐角内，或至少两个自由端可以延伸进入所述腔体的对置拐角内。所述可膨胀密封主体还可以包括用于将所述可膨胀密封主体附接至腔体壁的一个或多个紧固件。

图1示出了具有第一可膨胀材料层12的可膨胀密封主体10（示出为在膨胀之前）。如所示，密封主体10可以是大体平面的，并且还可以在所述材料层中具有至少一个挖切部14（可以通过模切工艺来切割挖切部14），使得所述材料的连接端仍连接至材料层12并且使得另一端是自由端16。附加的材料层（未示出）还可以被包括作为密封主体10的一部分。所述附加的材料层可以被布置成与所述第一可膨胀材料层直接平面接触。所述附加的材料层还可以包括与所述第一可膨胀材料层的挖切部部分相应的挖切部部分。所述附加的材料层可以包括不与所述第一可膨胀材料层的挖切部部分相应的挖切部部分。

图2示出了腔体和可膨胀密封主体10的分解视图。所述腔体由腔体18的第一区域的内壁和腔体22的第二区域的内壁形成。可以存在腔体20的至少一个分割壁，将该腔体分隔成至少第一区域26和第二区域28，如图3中所示。腔体20的分割壁可以具有至少一个开口24，以接收由所述材料层中的一个或多个挖切部14所形成的可膨胀材料的自由端16。

图3示出了本发明的一个实施方案，其中所述腔体由第一腔体18的内壁、第二腔体22的内壁以及腔体20的分割壁形成。这些壁形成腔体26的第一区域和腔体28的第二区域。可膨胀材料层12的自由端16插入分割壁20的开口24中，使得一旦膨胀，使用单个可膨胀密封主体10填充和密封所述第一区域和所述第二区域。图4示出了在可膨胀材料12膨胀以填充所述腔体的第一区域和第二区域之后的、图3的可膨胀密封主体10。

所述密封主体的尺寸可根据定位有所述可膨胀密封主体的腔体的尺寸而定，但是它可具有恒定的厚度或者可变的厚度。所述密封主体的厚度可以是至少约0.1mm。所述密封主体的厚度可以小于约10mm。所述密封主体的厚度可以是从约0.5mm至约6mm。第一可膨胀材料层可具有恒定的厚度。第一可膨胀材料层的厚度可以小于所述密封主体的厚度。第一可膨胀材料层的厚度可以等于所述密封主体的厚度。第一可膨胀材料层的厚度可以是至少约0.01mm。第一可膨胀材料层的厚度可以小于约8mm。第一可膨胀材料层的厚度可以是从约0.2mm至约5mm。

在将该密封主体布置到腔体内之后，该可膨胀材料可根据预定的一组条件而膨胀。例如，暴露至特定水平的热可导致该可膨胀材料膨胀。图4示出了该可膨胀密封主体的膨胀特性的实施例。该可膨胀材料的体积膨胀可根据特定腔体的密封和/或隔挡需要而定。该可膨胀密封主体可膨胀至少约100%。该可膨胀材料可膨胀小于约2000%。该可膨胀材料可膨胀至少约500%、至少约1000%或更多。该可膨胀材料可膨胀小于约1000%，甚至小于约500%。

所述密封主体可以包括第一可膨胀材料，并且还可以包括附加的材料层，所述附加的材料层中的一个或多个还可以由可膨胀材料形成。这些可膨胀材料可以是触摸起来大体干燥或有粘性的，且可被成形为任何形式的期望的图案、布置或厚度，但是优选地具有基本均匀的厚度。尽管其他热激活材料用于该可膨胀密封主体是可行的，但优选的热激活材料是可膨胀聚合物或塑料，且优选的是能发泡的。任何可膨胀材料层（包括第一可膨胀材料层）可以是具有聚合成分（polymericformulation）的相对高膨胀系数的泡沫，该聚合成分包括下列中的一种或多种：环氧树脂、醋酸盐（例如乙烯醋酸乙烯酯）、热塑性聚醚、丙烯酸盐和/或甲基丙烯酸盐（例如丙烯酸丁酯和丙烯酸甲酯的共聚物）、环氧/弹性体加合物，以及一种或多种填料（例如粘土填料和/或包含纳米颗粒的填料）。美国专利No.7,313,865、No.7,125,461和No.7,199,165中公开了优选的热可膨胀材料，这些美国专利出于所有目的以引用方式纳入本文。例如，而非限制，该泡沫还可以是EVA/橡胶基材料，包括可具有α烯烃的乙烯共聚物或三元共聚物。作为共聚物或三元共聚物，该聚合物由两种或三种不同的单体（即，能够与相似的分子进行链接的具有高化学反应度的小分子）组成。合适的可膨胀材料包括从L&LProducts,Inc.公司可获得的标号为L7220、L2821、L1066、L205、L2010、L2105、L2108A、L2806、L2811、L4200、L4141、L4161、L4315、L5510、L5520、L5540、L5600、L5601、L7102和L7104的可膨胀材料。任何可膨胀材料层可以是能够通过模切工艺切断的材料。

多种隔挡或密封泡沫也可用于形成该密封主体的至少一部分。一种典型的泡沫包括聚合基材料，诸如一种或多种乙烯基聚合物，当它与适当的配料（通常为发泡和固化剂）混合时，一旦施加热或出现特定条件，就会以可靠和可预测的方式膨胀和固化。从化学观点看，对于热激活材料，泡沫通常在固化之前作为可流动材料被初始处理，且一旦固化，该材料通常就会交联，使得该材料不能进一步流动。

该第一可膨胀材料层（或者任何附加的材料层）可由其他材料形成，只要对于所选择的应用，所选择的材料被热激活或以其他方式被周围条件（例如湿度、压力、时间或类似物）激活且在适当的条件下固化。一种这样的材料是美国专利No.6,131,897中公开的环氧基树脂，该美国专利的教导以引用方式纳入本文。一些其他可行的材料包括但不限于：聚烯烃材料、具有至少一种单体类型α-烯烃的共聚物和三元共聚物、苯酚/甲醛材料、苯氧基材料，以及具有高玻璃转换温度的聚氨酯材料。还可使用另外的材料，诸如美国专利No.5,766,719、No.5,755,486、No.5,575,526和No.5,932,680中公开的材料，这些美国专利出于所有目的以引用方式纳入本文。

在该可膨胀材料是热激活材料的应用中，与该材料的选择和成分攸关的一个重要考虑是材料固化的温度以及（如果可膨胀）膨胀的温度。通常，该材料在较高的处理温度起反应（固化、膨胀或这两者），诸如在汽车装配厂中遇到的，当该材料与汽车结构一起在高温或在较高能量水平被处理时，例如在涂层（例如电泳涂层、油漆或清漆）固化步骤期间。对于车身车间应用（例如电泳涂层），在汽车装配操作中遇到的温度可在约148.89℃至204.44℃（约300℉至400℉）的范围，而对于涂装车间应用，一般为约93.33℃（约200℉）或略微更高（例如120℃至150℃）。

所述密封主体可以通过一个或多个紧固件机械地附接至腔体壁。该密封主体可包括紧固件，诸如树形紧固件或螺纹螺钉紧固件。该紧固件还可被设置成多种形状和多种配置，只要它能将该可膨胀密封主体固定至腔体。美国公布文本No.2010/0021267中公开了合适的紧固件的一个实施例，该美国公布文本出于所有目的以引用方式纳入本文。该紧固件能够将多层或多类型的材料固定至一个结构。合适的紧固件的实施例包括：机械紧固件、夹子、翼片、压配件（press-fit）、扣合件（snap-fit）、螺钉、钩子、它们的组合或类似物。此外，设想了所述一个或多个紧固件可由与该可膨胀密封主体的材料成整体的单一材料形成，或者可由不同的材料形成，且可被可拆卸地附接至载体。该紧固件可被设置为可将该可膨胀密封主体附接（例如粘结或磁性地固定）至腔体的磁性材料或粘性材料。在这样的实施方案中，该磁性材料或该粘性材料可散布在第一材料层或该可膨胀密封主体内。替代地，该磁性材料或该粘性材料可被安排在第一材料层和/或该可膨胀密封主体上，或者可用其他方式连接至第一材料层和/或该可膨胀密封主体。

所述紧固件可以附接至所述至少一个挖切部或附接至剩余的材料层。该密封主体可被安装为使得所述一个或多个紧固件接触车辆腔体壁。这种紧固可以使得一旦该密封主体被布置到车辆腔体内，该密封主体就被转动。所述紧固还可以使得所述一个或多个紧固件被按压到该腔体壁内用于接收紧固件的孔中，从而不需要任何附加的移动或转动步骤用于安装。

所述密封主体可以定位于具有一个或多个壁的腔体内，所述一个或多个壁将该腔体分隔成多个部分。所述密封主体可以定位于所述腔体内，使得所述自由端定位于所述腔体的一部分内，并且使得所述剩余的材料层定位于所述腔体的另一部分内。所述可膨胀密封主体可以被定位成使得每个自由端和每个剩余的材料层被定位在不同的腔体部分内。所述可膨胀密封主体的自由端还可以定位在腔体的拐角内。

本发明的密封主体可被安装在机动车辆中，但它还可用于其他制品，诸如船舶、建筑物、家具、存储容器或类似物。该密封主体可用于对机动车辆的多种部件进行密封和/或隔挡，所述多种部件包括但不限于：机动车辆的车身部件（例如面板）、框架部件（例如液压成形管）、柱结构（例如A、B、C或D柱）、减振器、车顶、隔板（bulkheads）、仪表面板、轮窝、浅盘形地板（floorpans）、门梁、褶边法兰（hemflanges）、车辆腰线应用（vehiclebeltlineapplications）、门、门槛、摇杆（rockers）、行李箱盖（decklids）、引擎盖（hoods）或类似物。

所述密封主体还可包括粘结层，所述粘结层包括所述可膨胀密封主体的一个外表面。所述密封主体可包括具有不同长度的多个侧部，一些侧部的长度大体上长于另一些侧部的长度。所述密封主体、所述挖切部或二者的形状可以是大体矩形的。所述密封主体、所述挖切部或二者包括一个或多个弯曲的边缘。所述密封主体、所述挖切部或二者的形状可以是磨圆的。

所述密封主体还可包括膜层，诸如美国专利公布文本No.2004/0076831和2005/0260399中公开的膜层，该美国专利公布文本出于所有目的以引用方式纳入本文。该膜层可用于覆盖触摸起来有粘性的材料。在将该材料施加到车辆结构之前，可从该材料移除该膜层，使得该膜暴露出该材料的、粘结至该结构的粘性表面。

本发明的材料和成形工艺产生了简化的、轻量密封、加固和隔挡设备，该设备可容易地被定制以配合任何腔体。模切工艺可以生产适于任何腔体的形状的密封主体和挖切部。

此处记载的任何数值包括以一个单位的增量从较低值至较高值的所有值，只要在任何较低值和任何较高值之间存在至少两个单位的间隔。例如，如果声明部件的量或工艺变量的值，诸如温度、压力、时间等，是例如从1至90、优选地从20至80、更优选地从30至70，则意在本说明书中明确列举诸如15至85、22至68、43至51、30至32等的值。对于小于1的值，一个单位被认为是0.0001、0.001、0.01或0.1，视情况而定。这些仅仅是具体指出的例子，所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合都被认为以类似的方式在本申请中明确声明。如可看到的，在此表达为“重量份数”的量的教导还设想了以重量百分比方式表达的相同范围。因而，本发明的具体实施方式中以“所产生的聚合混成组分的x份重量”方式对范围的表达还设想了所产生的聚合混成组分的以重量百分比表达的相同记载量“x”的范围的教导。

除非另有声明，所有范围包括两个端点以及端点之间的所有数。与范围联合使用的“约”或“近似”应用于该范围的两端。因而，“约20至30”意在覆盖“约20至约30”，至少包括所指定的端点。

所有文章和参考文件（包括专利申请和公布文本）的公开内容出于所有目的以引用方式纳入本文。描述组合的措辞“基本由……组成”应包括所指的元件、配料、部件或步骤，以及不会实质上影响该组合的基础和新颖性质的这类其他元件、配料、部件或步骤。在此描述元件、配料、部件或步骤的组合的措辞“包括”或“包含”还设想了基本由所述元件、配料、部件或步骤组成的实施方案。通过使用措辞“可”，意在任何所描述的“可”被包括的属性都是可选的。

多个元件、配料、部件或步骤可通过单个集成元件、配料、部件或步骤来提供。替代地，单个集成元件、配料、部件或步骤可被分割成分立的多个元件、配料、部件或步骤。用来描述元件、配料、部件或步骤的“一”或“一个”不意在排除另外的元件、配料、部件或步骤。

应理解，以上描述意在是示例性而非限制性的。本领域技术人员在阅读以上描述后将明了所提供的实施例以外的许多实施方案以及许多应用。因此，本发明的范围不应参考以上描述来确定，而是应参考随附的权利要求连同这些权利要求的等同物的全部范围来确定。所有文章和参考文件（包括专利申请和公布文本）的公开内容出于所有目的以引用方式纳入本文。在下列权利要求中对在此公开的主题的任何方面的省略并不是不要求保护该主题，也不应理解为发明人不认为该主题是所公开的发明主题的一部分。

Claims (20)

1.一种用于密封腔体的方法，包括：

a.提供一个大体平面的密封主体，该密封主体包括：

i.具有恒定厚度的第一可膨胀材料层；

ii.所述第一可膨胀材料层中的至少一个挖切部部分，通过切割所述第一可膨胀材料层的至少一部分来形成，使得所述第一可膨胀材料层的连接端仍连接至剩余的材料层并且使得另一端是自由端，其中通过从所述第一可膨胀材料层内切割所述挖切部部分来形成所述挖切部部分，使得所述第一可膨胀材料层在切割之后包括与所述挖切部部分相应的开口；

b.将所述密封主体定位在所述腔体内，使得所述至少一个挖切部的自由端延伸进入所述腔体的、未被剩余的材料层占据的一部分内；

其中所述腔体包括至少一个壁，该至少一个壁将所述腔体分割成第一区域和第二区域，使得一个或多个挖切部的自由端延伸进入所述腔体的第一区域内，而所述剩余的材料层延伸进入所述腔体的第二区域内。

2.根据权利要求1所述的方法，包括在分割所述腔体的至少一个壁中形成一个开口，使得所述至少一个挖切部的自由端通过所述开口进入所述第一区域。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个挖切部的自由端定位在腔体的第一区域的拐角内。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中形成两个挖切部，每个挖切部都延伸进入腔体的第一区域的对置的拐角内。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述切割是模切工艺。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中一个或多个紧固件定位在所述剩余的材料层上。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中一个或多个紧固件定位在所述一个或多个挖切部上。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述剩余的材料层大体围绕所述至少一个挖切部。

9.根据权利要求1或2所述的方法，包括：

i.在将所述腔体分割成第一区域和第二区域的所述至少一个壁中形成一个开口；

ii.通过所述开口定位所述第一可膨胀材料层的两个自由端，且将所述第一可膨胀材料层的两个自由端定位在所述第一区域内，使得全部的剩余的材料层保留在所述第二区域内。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述密封主体的形状为大体矩形。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述挖切部部分的形状为大体矩形。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述挖切部部分的连接端定位为与两个自由端等距，且定位于两个自由端之间。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其中在使用所述密封主体的过程中，所述连接端定位为邻近于所述至少一个壁中的开口，或定位在所述至少一个壁中的开口内。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述连接端在至少在一个位置处被连接至剩余的第一材料层。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述连接端在至少两个位置处被连接至剩余的第一材料层。

16.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述挖切部部分包括仅一个自由端，该仅一个自由端定位为与连接端对置。

17.一种用于密封腔体的方法，包括：

a.提供一个大体平面的密封主体，所述密封主体包括：

i.具有恒定厚度的第一可膨胀材料层；

ii.所述第一可膨胀材料层中的至少一个挖切部部分，通过切割所述第一可膨胀材料层的至少一部分来形成，使得所述第一可膨胀材料层的连接端仍连接至剩余的材料层并且使得另一端是自由端，并且所述剩余的材料层大体围绕所述挖切部部分；

b.将所述密封主体定位在所述腔体内，使得所述至少一个挖切部的两个自由端延伸进入所述腔体的、未被剩余的材料层占据的一部分内；

其中所述腔体包括至少一个壁，该至少一个壁将所述腔体分割成第一区域和第二区域，使得一个或多个挖切部的自由端延伸进入所述腔体的第一区域内，而所述剩余的材料层延伸进入所述腔体的第二区域内，且使得所述连接端邻近于分割所述腔体的所述至少一个壁定位。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述挖切部部分包括仅一个自由端，该仅一个自由端定位为与连接端对置。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述连接端在至少两个位置处被连接至剩余的第一材料层。

20.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述挖切部部分的连接端定位为与两个自由端等距，且定位于两个自由端之间。