CN103827516A - 推栓式腔体密封器 - Google Patents

Abstract

通过提供一体结构（10）来隔挡和/或密封一个腔体的方法，该一体结构（10）包含：具有集成紧固件（14）的密封主体（12），该密封主体包括多个表面和非刚性的可膨胀材料，且该紧固件包括不同于该密封主体的材料的刚性材料。

Description

推栓式腔体密封器

优先权要求

本申请要求于2011年8月15日提交的序列号为61/523,623的美国临时申请的优先权的权益，该美国临时申请的内容以引用的方式纳入本文。

技术领域

本教导总体涉及包含密封主体和集成紧固件的一体隔挡（unitarybaffling）和/或密封构件。

背景技术

运输业一直需要提供改进的功能同时提供减轻重量、降低成本、和缩短安装时间的隔挡、加固以及密封的方法。通常，为了减轻重量，利用可膨胀材料。然而，通常利用分立的金属或塑料紧固件，以将该可膨胀材料附接至所期望的位置，这既增加产品的成本又增加安装时间。本文的教导提供了具有集成紧固件的密封主体，使得可不需要附加的紧固装置。

发明内容

第一方面，本教导设想一种包括一体结构的设备，该一体结构包含密封主体和与该密封主体集成的紧固件。该密封主体可包含由非刚性的可膨胀材料制成的多个表面。该紧固件可包括刚性材料，该刚性材料不同于用于制成该密封主体的任何材料。

该密封主体可大体没有任何刚性材料。优选地，该密封主体基本上由可膨胀材料组成。该一体结构可由注射模制或挤压过程制成。该密封主体可在线性方向上从该紧固件的柄（shank）部分的终止端延伸，使得该密封主体的直径大体相似于该柄的直径。该密封主体的可膨胀材料可以是粘性材料（tacky material），且可包含可去除的膜层以允许操作。该密封主体可大体是矩形形状且可包含至少四个表面。

该紧固件可以是树形紧固件。该紧固件可包含帽部分（capportion）和柄部分，使得该帽的直径超过该柄的直径，这样该帽的直径防止将该紧固件穿过腔体壁中的开口完全拉出(pull-through)。该紧固件可包含中心部分，该密封主体延伸到该中心部分中。该紧固件的中心部分可与该密封主体的至少两个表面直接平面接触。该密封主体的至少两个表面可与该紧固件大体没有任何接触。该紧固件可包含沿着该柄的中心部分，该中心部分包含空隙（void），用于接收该密封主体的至少一部分。该密封主体的一部分可被定位在该中心部分的空隙中，使得该密封主体被定位成邻近沿着该柄定位的一个或更多个翼（wing）。该密封主体的定位在该空隙中的部分的宽度可小于该密封主体的未在该空隙中的任何部分的宽度。该密封主体的边缘可大体平行于该紧固件的一个或更多个翼。该紧固件的中心部分中的空隙可包含桥接部分，该桥接部分接触该柄的第一壁和相对的第二壁。该桥接部分可大体被该密封主体的可膨胀材料围绕。

本教导进一步设想一种方法，该方法包括由刚性材料挤压紧固件部分和将由非刚性的可膨胀材料制成的密封主体部分挤压到该紧固件部分上，以形成一体结构。该紧固件可包含具有空隙的中心部分，且在挤压过程中在该空隙中接收该密封主体的可膨胀材料。该密封主体可被挤压在该紧固件附近，使得该密封主体在线性方向上从该紧固件的柄部分的终止端延伸，这样该密封主体的至少一部分的直径与该柄部分的直径大体相似。

本文的教导设想一种用包含一个或多个集成紧固件的可膨胀的密封主体来隔挡和/或密封腔体的设备和方法。本文公开的可膨胀的密封主体和集成紧固件可允许用轻量结构实现对腔体的有效隔挡和/或密封，而不需要附加紧固装置。本文公开的设备还可允许简单插入到腔体中，其中通路是最小的，使得该设备能够通过相对小的开口（例如，开口具有的直径小于紧固件的直径）被定位在该腔体中。

附图说明

图1示出了本教导的密封主体和紧固件的一个示例性实施例的俯视图。

图2示出了图1的密封主体和紧固件的侧轮廓图。

图3示出了在图1和图2处示出的紧固件的立体图。

图4示出了在图1和图2处示出的紧固件的附加的透视图，示出了紧固件的内部特征。

具体实施方式

本教导允许用轻量密封主体和集成紧固件来改进对腔体的隔挡和密封。本文公开的一体结构可包含可膨胀的密封主体和集成紧固件。该集成紧固件可由一种刚性材料组成，该刚性材料不同于该密封主体的密封件的材料。该密封主体可包括或可基本由非刚性的可膨胀材料组成。该密封主体和集成紧固件可被注射模制或挤压以形成一体设备。该密封主体和集成紧固件可被共注射模制或被共挤压以形成一体设备。

该密封主体可大体没有任何刚性材料。优选地，该密封主体基本由可膨胀材料组成。该密封主体可被制成，使得该密封主体的一部分与该紧固件的一部分直接平面接触。该密封主体可与该紧固件形成机械连接。与该紧固件接触定位的该密封主体的部分可经由粘合剂粘附至该紧固件。与该紧固件接触定位的密封主体的部分可通过构成该密封主体的可膨胀材料的粘性性质粘附至该紧固件。在挤压过程期间，该密封主体和紧固件可被粘附至彼此。在注射模制过程期间，该密封主体和紧固件可被粘附至彼此。该密封主体和紧固件之间的连接可足够强，使得当该紧固件被定位到腔体壁中的开口中时，该密封主体和紧固件保持连接，至少直到该可膨胀材料进行膨胀之前。

该密封主体可在大体线性方向上从该紧固件的柄部分的终止端延伸出，使得该密封主体的直径大体相似于该柄的直径。替代地，该密封主体可呈任何形状或避免在膨胀之前与该紧固件脱离的任何方向上延伸，且不覆盖腔体壁中的开口或在膨胀之前防止该腔体壁接收必要的涂层（coating）。然而，该密封主体的形状和尺寸的选择可使得该密封主体可通过腔体中的接收紧固件的开口而被定位到该腔体中。换言之，当仅允许通过腔体壁中的小于该紧固件的最大宽度（例如紧固件的最大宽度可在该紧固件的帽部分）的一个开口接近该腔体时，如本文所描述的密封设备是特别有用的。

该密封主体可以是大体矩形形状且可包含至少四个表面。该密封主体的长度可以是该密封主体的宽度的至少二倍、至少四倍或甚至至少十倍。该密封主体的宽度（在膨胀之前）可小于该紧固件在其最宽处的宽度（例如帽部分的宽度）。该密封主体可以是大体矩形形状，使得它包含两组相对的壁和多个大体垂直的壁。该密封主体可以是任何多边形形状。该密封主体可具有弯曲的壁和/或可以是大体圆形形状。

该密封主体的可膨胀材料可以是粘性材料且可包含可除去的膜层，以允许处理。该密封主体的粘性性质可促进密封主体与紧固件之间的粘附。替代地，该可膨胀材料可以是摸起来大体干燥的。

该紧固件可以是树形紧固件。该紧固件可以是推栓式（push-pin）紧固件。该紧固件可以是梯形推栓式紧固件。该紧固件可以是如第8,029,222号美国专利中公布的紧固件，该美国专利出于所有目的以引用的方式纳入本文。该紧固件可包含帽部分和柄部分，使得该帽的直径超过该柄的直径，这样该帽的直径防止将该紧固件穿过腔体壁中的开口完全拉出。该柄可包含第一壁和相对的第二壁。在第一壁与第二壁之间，该紧固件可包含中心部分，该密封主体延伸到该中心部分中。该紧固件的中心部分可包含空隙，用于接收该密封主体的至少一部分。该紧固件的中心部分可与该密封主体的至少两个表面直接平面接触。该密封主体的至少两个表面可与该紧固件大体没有任何接触。该紧固件（例如，该紧固件的柄）可包含一个或多个翼，其中一个或多个翼可接合腔体壁，围绕该腔体壁中的开口。该翼可沿着该紧固件的柄以均匀隔开的间隔定位。该翼可被定位沿着该紧固件的一个表面、沿着该紧固件的两个表面、或沿着该紧固件的三个或更多个表面。该密封主体的一部分可被定位在该中心部分的空隙中，使得该密封主体被定位成邻近沿着该柄定位的一个或多个翼。密封主体的定位在该空隙中的部分的宽度可小于该密封主体的未在该空隙中的任何部分的宽度。该密封主体的边缘（它可以是终止边缘）可大体平行于该紧固件的一个或多个翼。

该紧固件的中心部分中的空隙可包含桥接部分，该桥接部分接触柄的第一壁和相对的第二壁。桥接部分可被该密封主体的可膨胀材料大体围绕。该桥接部分可由刚性材料制成。该桥接部分可与紧固件整体形成，具有与紧固件相同的刚性材料。在该设备形成过程中，该桥接部分可用于在密封主体与紧固件之间创建机械互锁，且同样的可包含接收密封主体的一部分所述可膨胀材料的一个或多个开口。

本教导进一步设想一种方法，该方法包括由刚性材料挤压紧固件部分，并且将由非刚性的可膨胀材料制成的密封主体部分挤压到该紧固件部分上，以形成一体结构。该紧固件可包含具有空隙的中心部分且在挤压过程中，在该空隙中接收该密封主体的可膨胀材料。该密封主体可被挤压在该紧固件附近，使得它在线性方向上从该紧固件的柄部分的终止端延伸，这样该密封主体的至少一部分的直径与该柄部分的直径大体类似。替代地，该方法可包括由刚性材料模制紧固件部分和将由非刚性的可膨胀材料制成的密封主体部分模制到该紧固件部分上，以形成一体结构。该紧固件可包含具有空隙的中心部分，且在模制过程中在该空隙中接收该密封主体的可膨胀材料。该密封主体可被模制在该紧固件附近。该密封主体可被模制在该紧固件附近，使得该密封主体在线性方向上从该紧固件的柄部分的终止端延伸，这样该密封主体的至少一部分的直径与该柄部分的直径大体相似。

该可膨胀的密封主体和集成紧固件还可包含粘合剂层，该粘合剂层包括可膨胀的密封主体和集成紧固件的外表面。该可膨胀的密封主体和集成紧固件可包含多个具有不同长度的侧边，一些侧边的长度远远长于另一些侧边的长度。该密封主体和集成紧固件、挖切部（cut-out）或二者都可以是大体矩形形状。

该材料也可包含膜层，诸如美国专利公布文本2004/0076831和2005/0260399中公开的，该两个美国专利公布文本出于所有目的以引用的方式纳入本文。该膜层可被用于覆盖摸起来粘性的材料。在该材料应用至车辆结构之前，可将该膜层从该材料移除，使得该膜显露出将要粘附至车辆结构的该材料的粘性表面。

该可膨胀的密封主体和集成紧固件的尺寸可依赖于该可膨胀的密封主体和集成紧固件被定位穿过的开口的尺寸。该可膨胀的密封主体的厚度可至少约0.1mm。该可膨胀的密封主体的厚度可小于约50mm。该可膨胀的密封主体的厚度可从约0.5mm至约20mm。该可膨胀的密封主体的厚度可小于约10mm。该可膨胀的密封主体的厚度可从约3mm至约8mm。该可膨胀的密封主体的长度可以是要求用来充分填充一个腔体的任何长度。作为一实施例，该可膨胀的密封主体的长度可以是至少约5mm、至少约20mm或甚至至少约50mm。

在将该可膨胀的密封主体和集成紧固件通过开口放置（且可选地到腔体中）之后，该可膨胀材料可根据一组预定的条件膨胀。例如，暴露到某一程度的热量可导致该可膨胀材料膨胀。该可膨胀材料的体积膨胀可依赖于具体腔体的密封和/或隔挡需要而改变。该可膨胀密封主体和集成紧固件可膨胀至少约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%或甚至小于约500%。

该可膨胀密封主体可以是触摸起来大体干燥的或粘性的，并且可被成形为任何形式的期望的图案、位置或厚度，但是优选地具有基本均匀的厚度。尽管其他热激活材料对于该可膨胀的密封主体和集成紧固件是可行的，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材料。该可膨胀的密封主体和集成紧固件可以是具有聚合成分（polymeric formulation）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&L Products,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。该可膨胀的密封主体可以是模切材料。

许多隔挡或密封泡沫也可被用于该可膨胀的密封主体和集成紧固件。典型的泡沫包含聚合物基材料，诸如一种或多种乙烯基聚合物，当它们与适当的配料（ingredient）（通常为发泡剂和固化剂）混合时，将在一旦施加热量或出现某一特定条件时以可靠的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，泡沫在固化之前常常最初处理成可流动的材料，而在一旦固化时，该材料将通常交联，使得该材料不能进一步流动。

该可膨胀的密封主体可由其他材料制成，只要所选择的材料是热激活的或者由环境条件（例如湿度、压力、时间等）以其它方式激活的，且对于所选择的应用在适当条件下固化。一种这样的材料是公开于美国专利6，131，897中的环氧基树脂，该美国专利的教导以引用的方式纳入本文。一些其它可能的材料包含但不限于，聚烯烃材料、共聚物和具有至少一个单体类型（诸如α-烯烃）的三元共聚物、苯酚/甲醛材料、苯氧基材料和具有高的玻璃化转变温度的聚氨酯材料。也可使用附加材料，如美国专利5，766，719；5，755，486；5，575，526；和5，932，680中公开的那些，所述美国专利出于所有目的以引用的方式纳入本文。

在该可膨胀的密封主体包含热激活材料的应用中，与该材料的选择和成分有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施加较高能量水平被处理时，例如在涂覆（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℃）。

该可膨胀的密封主体和集成紧固件可经由该集成紧固件机械地附接至腔体壁。该集成紧固件可被成形为树形紧固件、箭头状紧固件或螺纹紧固件。该集成紧固件还可被制成各种形状和各种配置，只要它能够将该可膨胀的密封主体固定到腔体。该集成紧固件可由刚性材料制成，该刚性材料可以是金属或聚合物材料。该集成紧固件可由尼龙材料制成。该集成紧固件可能够将多个层或多种类型的材料固定到结构。在集成紧固件已经被定位到开口中之后，该集成紧固件可能够接收位于其上的附加的紧固装置。该集成紧固件可被成形为部分箭头状紧固件。该集成紧固件可具有柔性翼，诸如美国专利8，029，222中公开的那个（该美国专利出于所有目的以引用的方式纳入本文），使得它可被定位到一个开口中，该开口具有的直径小于该紧固件的最大直径。

本发明的可膨胀的密封主体和集成紧固件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。该可膨胀的密封主体和集成紧固件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（bulkhead）、仪表面板、轮窝、浅盘形地板（floor pan）、门梁、褶边法兰（hem flange）、车辆腰线应用（vehiclebeltline application）、门、门槛、摇杆（rocker）、行李箱盖（decklid）、引擎盖（hood）或类似物。

本发明的材料和形成工艺产生了简化的、轻量的密封、加固和隔挡设备，该设备可容易地被定制以配合任何腔体。该集成紧固件可模制到该密封体上。

如图1和2中示出的，设备（例如，一体结构）10可包含密封主体12和集成紧固件14。集成紧固件14可包含帽部分16和柄部分18。该集成紧固件可包含多个翼20。该密封主体具有长度（l）、宽度（w）和厚度（t）。

如图3和4中示出的，集成紧固件14可包含帽部分16和柄部分18。该帽部分的直径（d1）可大于该柄部分的任何直径（d2）。密封主体12可与集成紧固件14一体制成，使得密封主体22的一部分与集成紧固件24的一部分直接平面接触。

本文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，则意在表示诸如15至85、22至68、43至51、30至32等的值都已明确列举在本说明书中。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明确记载在本申请中。如可看到的，本文表达为“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”方式表达的范围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。与范围相关使用的“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。本文描述元件、配料、部件或步骤的组合而使用的措辞“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。本文通过使用措辞“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)

1.一种设备，包括：

一体结构，该一体结构包含：

一个密封主体，该密封主体包括多个表面和非刚性的可膨胀材料；以及

一个紧固件，该紧固件与该密封主体集成，且包括刚性材料，该刚性材料不同于用于形成该密封主体的任何材料。

2.根据权利要求1所述的设备，其中该紧固件是一个树形紧固件。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述密封主体大体没有任何刚性材料。

4.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的设备，其中该密封主体基本上由可膨胀材料组成。

5.根据权利要求1至4中的任一项权利要求所述的设备，其中该一体结构是由注射模制或挤压过程制成的。

6.根据权利要求1至5中的任一项权利要求所述的设备，其中该紧固件包含一个帽部分和柄部分，使得该帽的直径超过该柄的直径，这样该帽的直径防止将该紧固件穿过腔体壁中的开口完全拉出。

7.根据权利要求1至6中的任一项权利要求所述的设备，其中该密封主体在线性方向上从该柄的一个终止端延伸，使得该密封主体的直径大体相似于该柄的直径。

8.根据权利要求1至7中的任一项权利要求所述的设备，其中该密封主体的可膨胀材料是一种粘性材料，且包含一个可去除的膜层以允许操作。

9.根据权利要求1至8中的任一项权利要求所述的设备，其中该密封主体是大体矩形形状且包含至少四个表面。

10.根据权利要求1至9中的任一项权利要求所述的设备，其中该紧固件包含一个中心部分，该密封主体延伸到该中心部分中。

11.根据权利要求10所述的设备，其中该紧固件的该中心部分与该密封主体的至少两个表面直接平面接触。

12.根据权利要求1至11中的任一项权利要求所述的设备，其中该密封主体的至少两个表面与该紧固件大体没有任何接触。

13.根据权利要求7所述的设备，其中该紧固件包含一个沿着该柄的中心部分，该中心部分包含一个用于接收该密封主体的至少一部分的空隙。

14.根据权利要求13所述的设备，其中该密封主体的一部分被定位在该中心部分的该空隙中，使得该密封主体被定位成邻近沿着该柄定位的一个或多个翼。

15.根据权利要求14所述的设备，其中该密封主体的定位在该空隙中的部分的宽度小于该密封主体的不在该空隙中的任何部分的宽度。

16.根据权利要求14所述的设备，其中该密封主体的一个边缘大体平行于该一个或多个翼。

17.根据权利要求13所述的设备，其中该空隙包含一个桥接部分，该桥接部分接触该柄的第一壁和相对的第二壁。

18.根据权利要求17所述的设备，其中该桥接部分大体被该密封主体的可膨胀材料围绕。

19.一种方法，包括：

由刚性材料挤压一个紧固件部分；

将由非刚性的可膨胀材料制成的一个密封主体部分挤压到该紧固件部分上，以形成一体结构；

其中该紧固件包含一个中心部分，该中心部分具有一个空隙，且在挤压过程中，在该空隙中接收该密封主体的该可膨胀材料。

20.根据权利要求19所述的方法，其中该密封主体被挤压在该紧固件附近，使得该密封主体在线性方向上从该紧固件的一个柄部分的一个终止端延伸，这样该密封主体的至少一部分的直径大体相似于该柄部分的直径。

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