CN1003924B - 全承载全塑汽车车身及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种高强度、轻质复合材料的全承载整体汽车车身及其制造方法。整体车身由车身上部和车身下部粘合而成。车身上部是由在内外模具成型面上铺粘玻璃纤维布制成的壳体内外层粘合而成；车身下部是在复合泡沫材料制的内胎上包裹浸透了环氧树脂的玻璃纤维布制成。在车身上部和下部预埋有用于固定汽车其他总成的联接件。

Description

全承载全塑汽车车身及其制造方法

本发明涉及一种高强度，轻质复合材料的全承载整体汽车车身及其制造方法。在该整体汽车车身上预埋有用于连接汽车其他各总成的联接件。

汽车车身一般是由钢板压制而成的。近年来，随着工程塑料及复合材料的迅速发展，汽车上应用塑料及复合材料来制造构件的越来越多，例如，用半硬质聚氨酯泡沫塑料及聚氯乙烯制造方向盘、仪表盘、面柱、顶蓬等;采用改性硬质聚氨酯塑料制造保险杠，用改性ABC塑料制造护板;用smc层状塑料制造车门，用碳纤维玻璃钢制造弹簧板及转动轴等，也有用塑料或复合材料制造整体车身的，但是由于材料成本高，加工复杂，所以，到目前为止，很少有塑料的或复合材料全承载整体车身投放市场，其主要原因有几条，1.塑料的或复合材料的车身，尤其是全承载车身，其强度及耐冲击性能一般不够理想，2.其成本高于钢铁生产的汽车，3.塑料或复合材料的车身，与汽车其他总成的联接不够理想。所以，尽管复合材料制成的整体车身具有重量轻，油耗低等优点，但还是不能代替钢铁而进行大规模生产。

本申请人曾提出过一种全承载复合材料的汽车车身及其制造方法，在该方法中，用至少是一层浸透了环氧树脂的玻璃纤维布及至少一层浸透了聚酯的玻璃纤维布，分别全部搭接包裹住由复合泡沫材料制成的汽车内胎模型，由此而制成复合材料全承载车身。因为在生产过程中，每一层浸透了聚酯或环氧树脂的玻璃纤维布在固化过程中，产生收缩使车身整体产生了预应力，所以它不仅具有成本低，重量轻的特点，还特别具有强度高，抗冲击力强的长足之处。

但是，这种汽车在批量生产中遇到了一些问题：一方面它工艺性差，因为在加工过程中使用的是胎具而不是模具，所以车身的加工精度低，表面光洁度不好，而使车身的外观性能不够理想;另外，由于在加工过程中存在大量的手工作业，每辆车尺寸都不可能完全相同，所以，使全塑车身与其他各总成，如，车门，发动机等部件的连接不可能十分准确，其互换性差。这就使具有预应力的整体车身投入大批量生产遇到一些困难。

本发明的目的就是要解决这一问题。本发明提供了一种复合材料制成的整体汽车车身，这种车身不仅强度高，抗冲击能力强，而且具有良好的外观和理想的互换性，因而使车身大批量生产，满足客户要求成为可能。

本发明也解决了制造这种车身的具体方法，同时也解决了在这种整体车身中，汽车发动机，悬架系统，等各部件的定位安装问题，这样使复合材料的整体车身汽车的批量生产和投放市场成为可能。

本发明的方法就是把车身分为两部分加工，第一部分称为车身上部，它是由模具制成的复合材料车身外壳;第二部分称为车身下部，它是由复合材料制成的具有预应力的整体大梁，再将车身上部和车身下部粘在一起，从而构成了完整的车身。

在加工整体车身上部时，采用了内模具和外模具，来分别制造形状相匹配的内壳和外壳，然后合模，组合粘接成为完整的车身上部。在加工车身上部时，应在适当部位预埋联接件。在加工车身下部时，采用复合泡沫材料制成的内胎模型，再将至少一层浸透了环氧树脂的玻璃纤维布和至少一层浸透了聚酯的玻璃纤维布分别全部搭接包裹住该内胎模型，并在适当的部位预埋联接件，而构成具有预应力的整体大梁。

再将车身上部和车身下部套装在一起，用泡沫纤维树脂胶充填车身上部和车身下部的结合部的缝隙，固化后就形成了具有良好外观的完整车身。

本发明使具有预应力的车身下部和用模具制造的车身上部相结合，不仅使整个车身具有强度高，重量轻，经久耐用，和造价低的优点也同时具备了车身外形美观，工艺性好的特点，适合于全塑汽车的大批量生产。

下面参考附图对本发明进行更详细的说明。

图1是由车身上、下部粘合而成的复合材料整体车身纵剖示意图。

图2是图1的横剖面示意图。

图2A是图2结合部A的局部放大示意图。

图3是车身上部的侧视图。

图4是车身上部的端视图。

图5是车身下部的侧视图（剖视）。

图6是车身下部的端视图（剖视）。

图7车身下部预埋联接件示意图。

图8车身上部预埋联接件示意图。

所使用的玻璃纤维布，一般是中性、脱蜡的，其厚度不宜太厚，一般来讲，厚度在0.1至0.5毫米之间，最好是0.25毫米。

制造车身下部所使用的复合泡沫材料（即加工成内胎模型的材料）不仅要重量轻，而且要易于加工，材料要有弹性，价格要低，一般可以选用聚苯乙烯泡沫板或者是硬质聚氨酯泡沫。其容量可以是大约25公斤/立方米。

复合泡沫材料的厚度可根据应用部位不同而变化，一般来讲，其厚度在10到500毫米之内，多数情况为大约50毫米厚就可以了。

预应力复合材料车身下部（见图5、图6中的2）的制造方法如下：

首先，将复合泡沫材料按需要的形状加工成内胎模型。在小批量生产中，可用加工木模型的方法，将泡沫板做成所需形状的各个部件，然后再用粘合剂将各板材拼粘成所需要的整体形状。在大批量生产中，可用注塑法，一次成型为所需要的形状。

然后就要用玻璃纤维布分层次地、全部地包裹这一内胎模型。

玻璃纤维布要剪裁合适，与相应的内胎模型相匹配。然后在环氧树脂溶液中浸透。其中环氧树脂要稀释，同时要在该溶液中加上固化剂，若采用乙二氨固化剂，则乙二氨与环氧树脂的比例应为大约1∶10，比较合适。

将浸透了环氧树脂的玻璃纤维布复盖在内胎模型上，用宽度为6厘米以上的硬毛刷将玻璃纤维布刷平。这是第一层玻璃纤维，必须全部、均匀地包裹住内胎模型，其中特别要注意玻璃布的搭接部分，为保证强度，其搭接部分的宽度不能少于50毫米。大约3小时以后，用橡胶滚筒均匀地滚压半固化的玻璃纤维布，使其表面平坦。这种浸透环氧树脂的玻璃纤维布至少要复盖一层。若复盖二层，则在第一层复盖后大约36小时，玻璃钢固化后，再复盖第二层。

再将浸透了聚酯、剪裁合适的玻璃纤维布按上述方法互相搭接而全部、均匀地复盖在第一层（或几层）玻璃纤维布上，其搭接宽度也不能小于50毫米。浸透聚酯的玻璃纤维布要复盖一层以上，在最后一层复盖后，大约再过48小时，聚酯树脂玻璃钢就固化了，然后作表面处理。

上面是制造复合材料的第一种方法。第二种方法与第一种类似，其主要不同点在于：首先将调制好的环氧树脂均匀地喷或刷在泡沫内胎模型上，（其中环氧树脂内也要配上固化剂）。大约20分钟后，当环氧树脂还有相当的粘性时，将第一层玻璃纤维布两端拉平，平稳地铺复在泡沫内胎模型上，用干刷子刷平，并迅速地全部将模型用玻璃纤维布包住。其中每块布之间也要交错搭盖至少50毫米，然后在第一层玻璃纤维布上再喷或刷上环氧树脂溶液，使该溶液浸透玻璃纤维布层，大约20分钟后，用上述方法再铺复第二层玻璃纤维布。在喷刷环氧树脂后再复盖玻璃纤维布的方法中，其玻璃纤维布至少要二层。待所需要的层次铺复完后，需要大约36小时的固化，然后再将聚酯喷或刷在上述玻璃钢上，大约20分钟后，铺复上玻璃纤维布层，其方法和要点与喷刷环氧树脂的类似，但至少要铺两层玻璃纤维布，也就是在聚酯层上面，还要铺复一层玻璃纤维布，然后再喷刷一层聚酯，待各层都铺复、包裹完毕后，要经过大约48小时的固化，然后再作表面处理。

因每层浸透了环氧树脂或聚酯的玻璃纤维布在固化过程中，产生千分之八的收缩而使该构件产生了预应张力。

在上述操作中，玻璃纤维布之间的搭接宽度都在50毫米以上，且操作的环境温度要高于25℃，空气温度要低于70%。

车身上部（见图3、图4中1）制造方法如下：

将每块制造车身上部壳体的外模的内成型面进行抛光处理，使其成型面光洁度达到△10以上：

然后将脱模蜡在37℃温度下熔化，将熔化的脱模蜡均匀的涂抹在模具成型面上，当脱模蜡凝固后（大约15分钟），用布将凝固的脱模蜡抹掉，重复涂抹脱模蜡的工序五次，使脱模蜡充分的渗透到模具玻璃纤维的缝隙中;

上述工序完成后，将液体脱模剂喷涂在涂有脱模蜡的模具成型面上，其涂层厚度约为0.01mm，液体脱模剂重复喷涂两次;

当液体脱模剂充分干燥后，在其上均匀的喷涂一层胶衣溶液，胶衣溶液内要根据所选择的车身颜色掺入色浆，色浆的重量约占胶衣溶溶总重量的10%～20%。胶衣的涂层厚度约为0.6mm，喷涂后的胶衣要固化约两个小时;

在有胶衣涂层的模具成型面上铺复一层剪裁合适的玻璃纤维毡（或玻璃纤维布），为了便于在合模时进行车壳各部分的粘结，玻璃纤维毡的各边要小于模具边缘约20mm，玻璃纤维毡的厚度约为0.2～1mm。

然后在其上均匀的浇注聚酯树脂（或不饱和树脂），并用铝制齿形滚轮将玻璃纤维毡上的聚酯树脂充分的碾平，使聚酯树脂均匀的浸透在玻璃纤维毡的缝隙中，（聚酯树脂内要加入固化剂）。

根据所需的厚度，将至少一层玻璃纤维布铺复在充分碾平的玻璃纤维毡上，在其上浇注聚酯（或不饱和树脂）并用刷子刷平，消除其气泡，重复这一步骤直到达到所需厚度为止。

经过24～36小时的固化，就制成了该车身上部的某个部分的外层。

在对应于上述车壳部分的内模的外成型面上，重复上述全部操作过程，制成该车壳部分的内层;

在车壳内外层的结合面上，以及每块壳体的结合部铺垫玻璃纤维布并涂以聚酯树脂，然后将带有该车壳内外层的内外模对合，用螺栓将内外模上的连接法兰盘紧固，使车身上部（1）成为一个整体，固化24小时以上;

然后按先外模，后内模的顺序脱模;

脱模后、对接合部位作表面处理，抛光、上漆、上光。

车身上部（1）和车身下部（2）的结合方法如下（见图1、图2）;

将充分固化的模制车身上部（1）和预应力车身下部（2）套装在一起，车身上部（1）和车身下部（2）的设计，应保证这两部分在接合部位能完全嵌合，但在其接合面边缘处留有8mm左右的间隙;

将特殊配制的泡沫纤维树脂胶（13），充填入车身上部（1）和车身下部（2）接合处的缝隙中（见图2-A），使车身上部（1）和车身下部（2）能粘压在一起，并充分的固化。

上述特殊配制的泡沫纤维树脂胶（13）的配制方法为，按其所占体积，聚酯（带固化剂）为30%，石英粉为20%，粉碎的聚苯乙烯泡沫35%，玻璃纤维素（长度100mm以上）为15%，将各种成份按比例掺合，搅拌均匀，并且该树脂胶配好后应立即使用。

联接件预埋方法如下：

在车身上部（1）和车身下部（2）的某些部位上，有用于安装汽车各总成和部件（如：发动机、前后桥、车门、油箱等）的联接件，如螺栓孔、挂钩、吊耳等，这些联接件采用预埋的方法固定于车身上，其预埋工序均在制造车身上部、下部的过程中进行，其具体预埋步骤如下：

对于有预应力的车身下部（2）（见图7）：在每个需要预埋的联接件（4）（螺母、挂钩、吊耳等）的一侧，焊接一块一定尺寸的钢板（3），该钢板（3）厚度一般为1mm，其形状要和预埋处的车身形状相符;其钢板（3）尺寸应为：如果承载力为1kg，在联接件（4）抗压情况下，其钢板（3）面积≥1cm²;在联接件（4）抗拉情况下，其钢板（3）面积≥3cm²;钢板（3）需要经除锈处理。

钢板（3）焊接方法为，是在各联接件（4）朝向车身（2）的一侧进行焊接，应使钢板（3）平面垂直于联接件（4）的受力方向。

在已经包裹了若干层玻璃纤维布（5）的预应力车身下部（2）构件上，预先用卡具确定预埋位置。

将焊接在每个联接件（4）上的钢板（3）外侧涂以1mm以上厚的纤维树脂胶（6），（或环氧原子胶），将钢板（3）粘贴在预先定好位置的车身（2）上。

待纤维树脂（6）充分固化后，再将至少一层浸透环氧树脂或聚酯的，并在相应于联接件（4）处留有开口的玻璃纤维布（7），依次包裹车身下部（2）构件，要使联接件（4）从玻璃纤维布（7）的开口处露出，玻璃纤维布（7）应完全覆盖住钢板（3），而仅使联接件（4）露出。

车身上部（1）的预埋方法与车身下部（2）不同（见图8），在制造车身上部（1）内壳时即开始预埋，

在模具成型面上已铺粘了若干层玻璃纤维布（8）之后，用卡具预先确定预埋位置，将适当尺寸的钢板（10）用纤维树脂胶（或环氧原子胶）（9）粘合在该位置上，其中钢板（10）的厚度约为4mm，钢板（10）的形状要和该处的内壳模具相适应，钢板（10）的尺寸可参考前面所述的车身下部（2）预埋的方法，既如承载力为1kg，根据联接件受压或受拉情况，其钢板（10）面积为1～3cm²;

然后继续进行铺复玻璃纤维布（11）和浇注聚酯树脂的作业;

在车身脱模之后，在预埋钢板（10）的适当位置上，进行打孔和套扣工序。

复合材料汽车车身重量轻，是一般钢铁结构本身重量的三分之一，所以，汽车的耗油量可以减少，强度高，具有预应力的整体车架的强度和刚度条件完全满足汽车车身的要求;造价低，从上述材料及制造方法可以看到，所选用的基本原料价格都较低，制造方法简便，无需广阔的场地和复杂的设备，一般小厂均有能力承担，这种车身隔音、隔热好，无腐蚀、修补容易，具有较高的实用价值。

在不违背本发明精神的前提下，也可以用这种复合材料来制造各类船、游艇、家俱、货箱等。用途比较广泛。

Claims (36)

1、一种全承载全塑汽车车身，该车身是由复合材料制的车身上部和具有应力的车身下部互相粘结在一起所组成的车身上预埋有用于固定汽车其他总成的联接件，其特征在于：其车身下部为一按下述步骤制成的整体壳体构件：

a）制作内胎;

b）用浸透了环氧树脂的玻璃纤维布包裹内胎;

c）使其充分固化;

d）用浸透了聚酯的玻璃纤维布包裹已固化的第一层玻璃纤维布;

e）重复步骤（c）和（d）若干次;

f）作表面处理。

2、一种全承载全塑汽车车身的制造方法，车身上部是由在内外模具成型面上铺粘玻璃纤维布制成的壳体内外层合模粘合制成;车身下部是在复合泡沫材料制成的内胎上包裹浸透了环氧树脂的玻璃纤维布制成;整体车身是由车身上部和车身下部粘合而制成。在制造车身上部和车身下部的过程中，预埋有用于连接汽车其他各总成的联接件。

其特征在于：其车身下部的制造步骤包括。

将复合泡沫材料制成所需形状的内胎;

将浸透了环氧树脂的至少一层玻璃纤维布全部搭接包裹住内胎模型，用刷子刷平，

固化后，将浸透了聚酯的玻璃纤维布全部复盖、包裹在第一层（或几层）玻璃纤维布上;

将需要预埋的联接件焊在一形状和尺寸适合的钢板上;

用纤维树脂胶将钢板粘在车身下部的适当位置处;

待纤维树脂胶充分固化后，继续铺复至少一层浸透了环氧树脂或聚酯的，并在相应联接件处留有开口的玻璃纤维布，完全复盖钢板，使联接件露出;

待聚酯固化后，对车身下部进行表面处理。

其车身上部制造步骤包括：

按需要制造的车身形状，制备整体车身上部的内、外模具，

将内、外模具成型面抛光;

在成型面上涂抹脱模蜡;

喷涂液体脱模剂;

喷涂掺入色浆的胶衣;

铺复尺寸合适的玻璃纤维毡（或布）;

在玻璃纤维毡（或布）上浇注聚酯树脂，用刷子刷平;

在需要预埋联接件的位置处，将形状和尺寸适当的钢板用纤维树脂胶粘合在该处;

继续在钢板上铺复至少一层浸透了聚酯的玻璃纤维布;

聚酯树脂固化后，在内外壳接合面上和每块壳体的结合部铺垫玻璃纤维布，并涂以聚酯树脂;

将内、外模合模;

待固化后，脱模;

对车身的内外表面进行表面处理、抛光、上漆、上光;

对预埋的钢板打孔和套扣。

3、权利要求2所述的一种全承载全塑汽车车身的制造方法，其特征在于：其车身上部和车身下部的粘合步骤包括：

将车身上部和车身下部套装在一起;

将泡沫纤维树脂胶，充填入车身上、下部的接合部缝隙中;

充分固化并对接合部作表面处理。

4、权利要求2、3中所述的全承载全塑汽车车身的制造方法，其特征是：用于粘接车身上部和车身下部的泡沫纤维树脂胶中各种成份所占比份为：聚酯（带固化剂）30%;石英粉20%;粉碎的聚苯乙烯泡沫35%;玻璃纤维（长度100mm以上）为15%。

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