具体实施方式

本发明具有作为改进的车辆可拆装车顶结构的实用性，由轻量夹层复合结构形成的车辆可拆装车顶系统提供具有提高的耐湿性而无需在生产之后借助额外加工的高光泽表面以及适合于将可拆装车顶组件密封到其他车辆部件的边缘。根据实施例，发明的车辆可拆装车顶系统包括：车顶支撑结构；与车顶支撑结构接合的至少一个可拆装面板；以及密封支撑结构与可拆装面板之间的接合的衬垫。车顶支撑结构包括多个竖直定向支撑件和至少一个水平定向支撑件。根据实施例，车顶支撑结构至少形成在车辆结构的诸如车辆的防滚架这样的部分处，或者车顶支撑结构被构造为可拆装地装接至车体。至少一个可拆装面板由复合夹层面板组件形成。根据实施例，车顶支撑结构和至少一个可拆装面板分别具有从各自延伸的凸缘。从可拆装面板延伸的面板凸缘被构造为与从车顶支撑结构延伸的支撑结构凸缘接合。在可拆装面板与车顶支撑结构接合时，密封衬垫可以定位在支撑结构凸缘和面板凸缘之间以密封可拆装面板和车顶支撑结构并且防止水进入车辆内部。可拆装面板可以在将车顶支撑结构保留在适当的位置并装接至车体的同时，轻松地从可拆装车顶组件拆卸。可替换地，可拆装面板和车顶支撑结构两者可以轻松地从车辆拆卸。由此，与现有技术的可拆装车顶系统相比，发明的车辆可拆装车顶系统允许提高的可变性且使用更轻松。

根据实施例，形成发明的车辆可拆装车顶系统的可拆装面板和其他部件的复合夹层面板组件包括：限定多个孔的中空结构芯(open area core)；通过第一粘合层粘附至所述中空结构芯的第一面的高光泽表面片材；以及通过第二粘合层粘附至所述中空结构芯的第二侧的结构表皮。此外关于形成发明的车辆可拆装车顶系统的部件的复合夹层面板组件的细节在美国临时申请62/774,600进行说明，该专利作为参考并入本申请。形成本发明的车辆可拆装车顶系统的部件的复合夹层面板组件的显著特征包括至少部分地由于涂覆的粘合剂的粘度在本发明的夹层复合结构的部件之间形成更大的粘附接触面积，因此减少发明的夹层复合结构的部件的分层，并且降低了粘合线透穿高光泽表面片材。另外，复合夹层面板组件在不依靠额外的处理的情况下提供了高光泽的外表面以及防水的边缘来防止能够降低结构的操作寿命的湿气或水汽的渗透，特别是在车顶组件经历温度极限的情况下。

应当理解，在设置了值的范围的情况下，该范围不仅包括该范围的端点值而且包括明确地包括在该范围中并通过范围的最后一个有效数字而变化的范围的中间值。举例来说，提及从1到4的范围旨在包括1-2、1-3、2-4、3-4和1-4。

如本文所用，术语“高光泽表面”是指当在良好照明区域中离观察者约24-28英寸并且以+/-90度垂直于零件表面地视觉检查约3秒时，具有最小可感知表面缺陷的表面。即，术语“高光泽表面”是指能够被涂漆并被认定为“A级”车体部件的表面。这通常通过ASTMD523测量。在汽车工业中，A级表面是消费者在不运行车辆的情况下(例如，打开发动机罩或行李箱盖)可以看到的表面，而A级表面光洁度通常指的是涂漆的外面板，并且具体地是指零件上的图像清晰度(DOI)和光泽水平。应当理解，表面层可以在接收赋予高光泽的涂料涂层之前经受打磨、修整和底漆，但是必须保持底漆和涂料的维度和粘合均匀性，从而实现高光泽的成品。

现在参考附图，发明的车辆可拆装车顶系统通常以100标识。发明的车辆可拆装车顶系统100包括车顶支撑结构102和至少一个可拆装面板104。根据实施例，车辆可拆装车顶系统100还包括密封衬垫106。车顶支撑结构102包括多个竖直定向支撑件108和至少一个水平定向支撑件110。根据实施例，至少一个水平定向支撑件110是车顶面板或者诸如防滚架113这样的车辆的至少一个结构部件。根据各种实施例，车顶支撑结构还包括行李箱门103和/或车窗105，其可以形成为竖直定向支撑件108，或者可以设置为被构造为与车辆和车顶支撑结构接合的独立的可拆装面板。至少一个可拆装面板被构造为与车顶支撑结构接合。

根据实施例，如图6和19B所示，至少一个可拆装面板被构造为通过从车顶支撑结构102延伸的支撑结构凸缘112与从至少一个可拆装车顶面板延伸的面板凸缘114的相互作用而与车顶支撑结构接合。车顶支撑结构102可拆装地装接至车辆的本体。至少一个可拆装面板104、104’具有从其延伸的面板凸缘114，该面板凸缘114被构造为与车顶支撑结构102的支撑结构凸缘112接合。在可拆装面板与车顶支撑结构接合时，密封衬垫106定位在支撑结构凸缘112与面板凸缘114之间，以密封车顶结构的区段且防止水进入车辆内部。根据进一步的实施例，至少一个可拆装面板104被构造为通过面板凸缘114’与诸如车辆的防滚架113这样的水平定向支撑件的相互作用而与车顶支撑结构接合，如图17A和17B所示。

至少一个可拆装面板104、104’由通常以10标识的复合夹层面板组件形成。从本文的描述可以理解的是，复合夹层面板组件10是具有适用于外部汽车饰面的高光泽表面的轻量、高强度零件。复合夹层面板组件10提供减少的部件分层以及减少的透穿高光泽表面片材的粘合线。另外，复合夹层面板组件10提供防水的边缘来防止可能降低结构的操作寿命的湿气或水汽的渗透，特别是在车顶组件经历的温度极限的情况下。根据实施例，夹层10具有中空结构芯12，中空结构芯12具有终止于面27和27’的界定孔24的有序阵列的壁26。中空结构芯12被定位在一侧的高光泽表面片材14与其相反侧的结构表皮16之间。如图10所示，高光泽表面片材14的一部分被切除以露出粘合层20、布材(如果存在的话)和中空结构芯12。高光泽表面片材14通过第一粘合层20粘合到中空结构芯12的第一侧，并呈现面向外侧的高光泽表面15。图11是适用于形成根据本发明的实施例的车辆可拆装车顶系统100的部件的复合夹层10的放大横截面图，其示出构成复合夹层的各个层的进一步细节。在一些情况下，布材19存在于中空结构芯12的面17与高光泽表面片材14之间，布材19嵌入粘合层20内。结构表皮16通过第二粘合层22粘合到中空结构芯12的相反的第二侧。在一些情况下，布材19’存在于中空结构芯12的面17’与结构表皮16之间，布材19’嵌入粘合层22内。虽然在图10和图11中描绘的结构10是平面的，但是应当理解，高光泽表面和结构表皮均分别形成为具有非平面的轮廓。

中空结构芯12由界定多个孔24的轻量材料形成，以减小中空结构芯12的整体密度。孔24的形状例示性地包括六边形、圆形、菱形、三角形、平行四边形的四边形和规则四边形。当组装复合夹层10并在结构10内传递外部施加的力时，中空结构芯12的面17和17’支撑张紧的高光泽表面片材14和结构表皮16。中空结构芯12由多种材料形成，所述材料包括：纤维素制品，诸如瓦楞纸板、纸板、纸料；热塑性塑料，诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚酰胺、聚乳酸、聚苯并咪唑、聚碳酸酯、聚醚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和前述任一种的嵌段共聚物，其中前述热塑性材料中的至少一种构成共聚物的大部分重量而无视聚合物或共聚物的立构规整度；热固性材料，诸如聚酯、聚脲、聚氨酯、聚脲/聚氨酯、环氧树脂、乙烯基酯；金属，诸如铝、镁以及前述金属中的任何一种的合金，其中前述金属中的至少一种构成合金的大部分重量；由聚氨酯、聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯或气凝胶形成的泡沫，而不管泡沫是开孔还是闭孔。

由中空结构芯12的壁26界定的孔24在面17与17’之间延伸。在一些实施例中，壁26经处理以改变其诸如疏水性或表面能的性质，以促进对其的粘合。举例来说，纤维素制品易于水分吸收，并且易于用诸如石蜡或硅酮这样的蜡涂覆以使纤维素与天然状态相比更疏水。或者，纤维素易于通过诸如与氯乙酸等的常规反应而烷基化。Sarymsakov,A.A等人,Chem.NAT.Compd.(1997)33:337。金属类似地用底漆或其它腐蚀抑制剂涂覆。或者，对金属或聚合物进行等离子体处理以改变表面能进而促进对其的粘合。

在发明某些实施例中，壁26的厚度与面17和17’之间的最大直线长度的比率在0.01-10:1之间。在这种发明实施例中，壁厚在0.1mm至100mm的范围内。

形成可拆装面板的复合夹层面板10的高光泽表面片材14由片状模塑料(SheetMolding Compound，SMC)、热塑性材料、二环戊二烯(DCPD)、包覆成型聚氨酯(PU)或其组合形成。根据实施例，高光泽表面片材14包括填料30以增强高光泽表面片材14和/或用于降低高光泽表面片材14的重量。填料30是玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、中空或实心玻璃微球中的任何一种或其组合。纤维可以是定向的或非定向的。在SMC形成高光泽表面的一些发明实施例中，本文使用由大陆结构塑料有限公司(Continetal Structural Plastic Inc.)出售的商品名和ULTRA-LITE^TM的树脂封装。其示例性制剂在US7700670、WO2017/184761和US7524547B2中详述。应当理解，高光泽片材常规地包括用于保持维度的添加剂。这些添加剂常规地包括玻璃纤维；碳纤维；无机颗粒填料，例如碳酸钙、滑石和炭黑；玻璃微球；碳纳米管；石墨烯；低轮廓添加剂；除水剂；以及它们的组合。在不考虑边缘的情况下，本发明的高光泽表面片材的典型厚度在0.5至3.5毫米(mm)的范围内。

高光泽表面片材14通过第一粘合层20粘合到中空结构芯12的第一侧。第一粘合层20由热塑性材料或可固化制剂形成。根据发明某些实施例，第一粘合层20是聚氨酯或聚氨酯预聚物粘合剂，其可以是胶、湿固化粘合剂、反应性热熔粘合剂或聚氨酯树脂的形式。如图11最清楚地示出，由于施加于高光泽表面片材14与中空结构芯12之间的第一粘合层20的压缩力，粘合层20被设计成具有与面27和壁26接触的初始粘度，以便部分地填充中空结构芯12的孔24。应当理解，涂布时的粘度是包括涂布温度、面处的孔尺寸和固有粘合剂粘度这些因子的函数。第一粘合层20的粘度确保在粘合剂达到最终强度之前粘合剂不会过度地进入中空结构芯中界定的孔中。因此，用于高光泽表面片材与中空结构芯之间的粘合的粘合表面积比面处的壁的表面积大至少5％。在其他实施例中，粘合面积与该面表面积百分比(surface area percent)为5至100之间，并且在其他发明实施例中甚至是100表面积百分比。这种增大的粘合表面积减少了本发明的复合夹层10的部件的分层，并且令人惊讶地允许不表现出粘合线透穿的较薄的高光泽表面片材的应用。由于将粘合表面积范围增大10至50表面积百分比，所以在通过防止粘合线透穿而仍然保持高光泽的同时，允许相对昂贵的高光泽表面片材的厚度从1.5mm减小到1.3mm至0.8mm之间。

在一些实施例中，布材19嵌入第一粘合层20中。布材能够是织造的或非织造的，但具有足够的孔率以允许粘合层20穿透。布材19提供用于粘合层20的更大的表面积并且减小相对于结构表皮16的表面张力差，所述表面张力差与诸如制造工艺、使用环境中的温度差和使用期间的差动力加载的情况相关联。此处可使用的布材19例示性地包括：热塑性材料的纤维，该热塑性材料诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚酰胺、聚交酯、聚苯并咪唑、聚碳酸酯、聚醚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和前述任一种的嵌段共聚物，其中前述热塑性材料中的至少一种构成共聚物的大部分重量，而无视聚合物或共聚物的立构规整度；碳纤维；聚芳酰胺；玻璃纤维，其形式为编织的、粗纱的或膨松的片材；以及各种纤维的混合物。布材19具有10至1000的网孔尺寸，即，网孔层每平方英寸具有10至1000个开口。布材19趋向于降低壁26对高光泽表面片材14的面向外侧的外观的影响。

结构表皮16通过第二粘合层22粘附到中空结构芯12的第二侧。结构表皮16由纤维毡、热塑性片材或SMC形成。在一些实施例中，SMC也是用附图标记14详细标记的高光泽表面。在结构表皮16是纤维毡的实施例中，纤维毡由玻璃纤维形成。根据发明某些实施例，形成结构表皮的纤维毡包括非定向、非编织纤维、单向或编织纤维。结构表皮16通过第二粘合层22粘附到中空结构芯12的第二侧。第二粘合层22具有上面用附图标记20详细标记的第一粘合层的属性。在一些实施例中，相同的粘合剂形成第一粘合层20和第二粘合层22两者。在发明其他实施例中，布材19’存在于第二粘合层22中，该布材19’具有如上详细所述的布材19的属性。在存在布材19和19’两者的一些实施例中，布材19和19’由相同的材料形成。在又一些实施例中，布材19和19’由相同的材料形成并且具有相同的厚度。在又一些实施例中，布材19和19’由相同的材料形成，具有相同厚度，并且通过相同的粘合剂粘附。在又一些实施例中，高光泽表面片材14和结构表皮16上的表面张力在彼此的10％以内。

根据实施例，中空结构芯12、高光泽表面片材14和结构表皮的厚度可以基于由本公开形成的发明的车辆可拆装车顶系统100的成品部件的设计参数和预期用途而变化。如上所述，高光泽表面片材14具有0.5至3.5mm的厚度。高光泽表面片材14的平均厚度与中空结构芯12的平均厚度之比为0.01-1:1，而结构表皮16的厚度与中空结构芯12的厚度之比为0.1-1:1。在特定的发明实施例中，高光泽表面片材14具有1.5至5mm的平均厚度，并且中空结构芯12具有6至25mm的平均厚度。在一些发明实施例中，中空结构芯12的平均厚度高达100mm。

根据一些发明实施例，装饰层29装接至结构表皮16的露出表面31。在一些实施例中，装饰层29是车辆内表面。装饰层29例示性地包括植绒、纺织品、地毯、皮革、纹理软触感塑料、热塑性膜或其组合。

根据发明某些实施例，复合夹层面板组件通过在中空结构芯12的孔24内放置吸音和/或吸热材料来提供消音、阻燃、隔热或其组合。根据实施例，中空结构芯12的孔24至少由泡沫颗粒、阻燃剂或相变材料部分地填充。本文可使用的相变材料包括蜡或无机盐水合物。当车辆可拆装车顶系统在安装于车辆上时遭遇诸如日晒、雨淋、冰或雪的极端天气条件的情况下，该特征可有助于调节车辆内部的温度。

如图12A-12D分别所示，高光泽表面片材14和结构表皮16沿着复合夹层面板组件的边缘33A-33D而结合在一起以形成密封。在发明的车辆可拆装车顶系统100的一些实施例中，复合夹层面板组件10的所有边缘被密封，使得中空结构芯12被完全封闭并且抑制湿气进入复合夹层面板组件10的内部。根据由复合夹层面板组件10形成的发明的车辆可拆装车顶结构100的可拆装面板和其他部件的预期用途和位置，考虑到部件内的水汽的冷冻解冻循环会引起组件10的膨胀和潜在故障，因此防止湿气进入复合夹层面板组件10的内部是重要的。另外，在其中中空结构芯12由诸如纸的亲水材料形成的实施例中，复合夹层面板组件10内的水汽会破坏中空结构芯12并使车顶面板失效。

图12A-12D分别示出将高光泽表面片材14和结构表皮16接合在一起以形成密封边缘33A-33D的方式的各种实施例。在一些实施例中，弹性体衬垫34在边缘33C处设置在高光泽表面片材14与结构表皮16之间，以使边缘33C更防水。应当理解，衬垫易于包括在其他边缘连接部33A、33B和33D中。衬垫35增强了边缘密封件在较宽的使用条件范围内的维护。

根据发明的车辆可拆装车顶系统100的实施例，车顶支撑结构102的水平定向车顶面板110结合至多个竖直定向支撑件108。如图4所示，水平定向车顶面板110的实施例包括凸缘111，该凸缘111与从竖直定向支撑件108延伸的凸缘109接合。根据实施例，密封衬垫定位在凸缘109与凸缘111之间以防止渗水。

根据实施例，车顶支撑结构102的整体或其一部分由与如上关于可拆装面板104所述的相同或者相似的夹层复合面板组件10的材料形成，即：界定多个孔的中空结构芯；高光泽表面片材，其通过第一粘合层粘附至所述中空结构芯的第一面；以及结构表皮，其通过第二粘合层粘附至所述中空结构芯的第二侧。根据发明的实施例，水平定向车顶面板110由复合夹层面板组件10形成，以提供上述具有高光泽表面成品的轻量材料的优点，而多个竖直定向支撑件108由传统地用于可拆装车顶结构的材料形成，诸如SMC、钢、铝、镁或者铝或者镁重量占多数的合金。

根据实施例，至少一个可拆装车顶面板104由至少两部分104、104’、104”形成。将可拆装车顶面板104、104’设置为多个部分使得提高了使用中的通用性，并且进一步降低了各个组成部分的重量，使其对使用者而言更容易拆卸和装接车顶部。根据实施例，各个部分104、104’具有与如上所述的支撑结构凸缘112接合的从部分104、104’延伸的面板凸缘114的部分，如图4所示。另外，各个部分104、104’可以具有从其延伸的第二面板凸缘115、115’。第一面板部104的第二面板凸缘115被构造为与第二面板部104’的第二面板凸缘115’接合。根据实施例，第二密封衬垫116定位在第二面板凸缘115、115’之间。根据实施例，至少一个可拆装车顶面板104的至少两个部分104、104’、104”包括被构造为互相接合的面板凸缘114、114’，如图14-15D所示。根据其他实施例，至少一个可拆装车顶面板104的至少两个部分104、104’、104”包括被构造为与车辆的防滚架113接合的面板凸缘114、114’，如图17A和17B所示。密封衬垫可以定位在面板凸缘与防滚架113之间。

至少一个可拆装车顶面板104被构造为以密封但能够拆装的方式与车顶支撑结构接合。根据实施例，至少一个可拆装车顶面板104、104’、104”被构造为通过从车顶面板104、104’、104”延伸的至少一个凸缘与从至少一个水平支撑延伸的至少一个凸缘的相互作用而与水平定向支撑件110接合，如图19B所示。根据另外的实施例，至少一个可拆装车顶面板104、104’、104”被构造为通过从车顶面板104、104’、104”延伸的至少一个凸缘与水平定向支撑件110本身的相互作用而与水平定向支撑件110接合，根据一些实施例，水平定向支撑件110本身为车辆的防滚架113，如图19A所示。

发明的车辆可拆装车顶系统的实施例还包括嵌入可拆装面板104、104’和车顶支撑结构102中的至少一者中的管道系统120。如图13所示，管道系统120嵌入形成可拆装面板104和/或车顶支撑结构102的复合夹层面板组件10中。根据实施例，管道系统120包括模制到复合夹层的中空结构芯中的管道或者电线。根据实施例，管道系统120包括电线、通风管或者加热元件。由此，发明的车辆可拆装车顶系统100能够包括诸如扬声器、灯、用于调节车辆中的气候的通风口以及用于去除存在于车顶的冰或者雪的除霜元件。在其中可拆装面板104和车顶支撑结构102两者都包括管道系统120的部分的实施例中，管道系统120的部分排列为使得管道系统的部分连接为形成单一的连接管道系统。根据实施例，车辆可拆装车顶系统100中存在的管道系统120与车辆的管道系统对齐。即，可拆装车顶系统100中存在的电线、通风管和/或加热元件与车辆中的类似的电线、通风管和/或加热元件连接以发挥作用。

前面的描述是对本发明的特定实施例的例示，但并不意味着对其实践的限制。以下权利要求，包括其所有的等同表述旨在限定本发明的范围。