CN101654082B - 一种车顶棚及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料技术领域，涉及一种由天然纤维材料制成的汽车零部件，具体涉及一种车顶棚及其制备方法，为了解决现有汽车车顶棚由金属合金材料制成，由于金属冲压无法成型复杂结构，需要制作几十甚至上百个零件，极为费时费力的问题，本发明提供了一种车顶棚，所述车顶棚由剑麻、苎麻、黄麻、红麻中的任意两种天然纤维及树脂组成的复合材料制成，所述天然纤维占复合材料的质量百分数为30-40％，采用本发明所述车顶棚即可有效解决上述技术问题，同时本发明所述车顶棚还具有重量轻，强度高，抗腐蚀、成本低、环保的特点。

Description

一种车顶棚及其制造方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种由天然材料制成的汽车零部件，具体涉及一种车顶棚及其制备方法。

背景技术

当前国际汽车工业的技术发展日新月异，围绕节能环保、降低成本以及提高经济性、可靠性、安全性和舒适性等方面开展的新技术、新材料、新工艺、新产品的开发工作突飞猛进，其中尤以节能环保为重。研究表明汽油的燃油消耗与汽车自身总重量成正比，因此，如要减少燃油消耗，只有在保证安全的前提下，尽量减轻汽车自重。

汽车车顶，主要有钢铁材质制造，仅在很小的跑车及豪华车开发了轻量化、造价昂贵的铝合金、镁合金车顶，但金属冲压无法成型复杂结构，一个金属车顶往往需要制作几十甚至上百个零件，再进行铆焊粘接。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有汽车车顶由金属合金材料制成，由于金属冲压无法成型复杂结构，需要制作几十甚至上百个零件，极为费时费力的问题。

本发明通过以下方案解决该技术问题：

一种车顶棚，所述车顶棚由剑麻、苎麻、黄麻、红麻中的任意两种天然纤维及树脂组成的复合材料制成，所述天然纤维占复合材料的质量百分数为30-40％。

上述技术方案已经清楚的阐明了本发明所述车顶棚是由复合材料制成的，这种复合材料由天然纤维及树脂组成，而树脂是具有一定的可塑性的，因此，只要有合适的模具，那么利用树脂的可塑性就可以将该技术方案提到的复合材料制成任何形状的产品，从而在需要制造某些结构复杂的产品(例如汽车上的一些结构复杂的部件)时，不需要同时制造相应的零部件。

另一点好处就是在本发明以前，在汽车上使用的复合材料主要选用玻璃纤维或碳纤维作为增强材料，高分子材料作为基体材料。然而，生产这些材料不仅要消耗大量的自然资源及能源，如石油等(碳纤维的生产是将含碳的有机纤维在1500-3000℃的高温下加热碳化，去除大部分非碳元素而制得；而玻璃纤维的制备也是通过将在1300℃左右熔融的玻璃拉丝而制得)，而且造价高，同时造成环境污染；此外，由这些纤维所制成的复合材料制品使用后无法回收，材料不降解，造成了大量难以处理的复合材料垃圾。而本发明上面提到的技术方案是用天然纤维材料制成车顶棚，天然纤维材料在自然界能够自然降解。

而且以天然植物纤维为原料制造的复合材料应用在汽车零部件的制造上还可以带来其它有益效果，例如由于复合材料的密度低，因此使用该种材料制造的汽车质量普遍很轻，从而间接的节省了汽车燃油的消耗，减少了温室气体的排放。

当然，如果选择的天然纤维不相同，那么所制造出来的产品所拥有的性能也不一样，一个重要的性能就是产品的强度，一个基于该性能而产生的目标是在保证复合材料质量较轻的前提下，确保复合材料的强度能够达到一个理想的水平。

本发明所选用的天然纤维是竺麻、红麻、黄麻、剑麻中的两种，所备选的四种天然纤维均属于麻类，而麻是各种植物纤维中纤维长度最长的，且其纤维的结晶度、取向度、纵向弹性模量都较高，与人造纤维相比具有密度低、可降解的优势，适合作为天然纤维复合材料的增强材料，如附图1-3所示，本发明对这四种麻纤维同人造纤维(玻璃纤维)在弯曲强度、弯曲模量、层间剪切强度方面进行了对比，结果发现苎麻纤维具有最优异的力学性能，黄麻和红麻纤维其次，另外本发明还发现黄麻和红麻的成型工艺性最好。

另一个重要的性能是天然纤维的树脂浸透性能，提高这方面的性能可以使天然纤维更好的与均匀树脂结合，从而提高复合材料的整体强度，本发明发现黄麻具有最好的树脂浸透性能。

基于以上几方面的考虑，本发明进一步选择苎麻和黄麻作为制造车顶棚复合材料中的原材料，从而使用于制造车顶棚的复合材料具有良好的力学强度。在具体原材料的配比上，本发明建议天然纤维的质量应当占复合材料总质量的30-40％，这样的安排是考虑到天然纤维多了就容易出现与树脂的结合性能下降(浸透性能)，而当树脂多了，复合材料的整体强度就会有所下降。

当技术人员选择苎麻和黄麻作为天然纤维时，苎麻可以占复合材料的15-20％，而黄麻可以占复合材料的15-20％，以便使复合纤维的力学强度达到最佳。

对于树脂的选择，原则上可以选择任何一种树脂，例如不饱和聚酯树脂，环氧树脂等等，但本发明发现本发明所选用的环氧改性乙烯基树脂相比不饱和聚酯树脂和环氧树脂来说，力学性能优于不饱和聚酯树脂，工艺性能优于环氧树脂。

为了技术人员便于实施本发明，本发明还公开了一种制造车顶棚的方法，所提到的车顶棚由本发明所述的复合材料制成，该方法包括

a、使用表面处理剂对天然纤维进行表面处理，所述处理是将天然纤维浸泡在表面处理剂中1-2分钟，取出后70-80℃烘干4-5小时，得到第一天然纤维和第二天然纤维；

b、在车顶棚模具上均匀涂抹脱模蜡，随后抛光，重复涂抹抛光操作2-3次；

c、对第一天然纤维和第二天然纤维进行裁剪，在经b步骤处理后的模具上铺第一天然纤维，再在第一天然纤维上铺第二天然纤维，最后在第二天然纤维上铺第一天然纤维；

d、在已铺好的天然材料上铺脱模布、导流布、导流管、密封布，铺覆顺序为脱模布、导流布、导流管、密封布；

e、对树脂进行调配，将通用型乙烯基聚酯，辛酸钴，过氧化甲乙酮进行混合，从而制得本发明所述的环氧改性乙烯基树脂，其中，辛酸钴为促进剂，过氧化甲乙酮为引发剂，辛酸钴的加入量为通用型乙烯基聚酯加入重量的1-2％，过氧化甲乙酮的加入量为通用型乙烯基聚酯加入重量的1-2％；

f、将车顶棚模具密封抽真空，并向车顶棚模具灌注树脂，当第一天然纤维与第二天然纤维完全浸透时，停止灌注树脂，随后对车顶棚模具内的树脂进行常温固化或40-60℃固化；

g、对经f步骤处理的车顶棚模具停止抽真空，去除模具密封，脱掉脱模布、导流布、导流管、密封布，得到产品。

所使用的表面处理剂为高锰酸钾水溶液，经过该表面处理剂处理的天然纤维，其界面剪切力相对于未处理的天然纤维具有明显的提高，为了在提高天然纤维界面剪切力的同时，不破坏纤维的表面结构，高锰酸钾水溶液的质量百分比浓度为0.055％-0.060％；另一方面，经过表面处理的纤维对树脂的渗透率也有所提高，浸润效果较未经表面处理的纤维更好。

本制造方法所提到的第一天然纤维为苎麻，第二天然纤维为黄麻，并且这两种天然纤维按照本制造方法c步骤的操作要求进行铺放，以保证天然纤维整体对树脂良好的浸透性。

合理的真空度对于消除产品内的气泡、提高树脂浸润纤维的速度、控制产品厚度都是有益的，因此本制造方法在f步骤中提到的抽真空是将模具内的真空度控制在-0.6Bar到-0.8Bar之间。

另外，本制造方法对天然纤维进行了裁剪(尤其是在模具的拐角处)及铺放，使得天然纤维与模具更加伏贴，所制成的车顶棚拐角处气泡明显减少，大大缩短了制品修补的工作量，并且本制造方法还包括在g步骤后将所得产品进行烘干处理，这是因为经过g步骤得到的产品，还没有完全固化，呈凝胶状态(凝胶和固化是成型中的两个状态，凝胶是粘度很高，但还沾手的一个状态，固化是最终的一个状态，凝胶在固化之前)，所述处理是将产品放入烘箱中进行后固化，这在一定程度上缩短了产品的生产周期。

附图说明

图1为剑麻、苎麻、黄麻、红麻及玻璃纤维的弯曲强度对比图；

图2为剑麻、苎麻、黄麻、红麻及玻璃纤维的弯曲强度模量对比图；

图3为剑麻、苎麻、黄麻、红麻及玻璃纤维的层间剪切强度对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例1

一种车顶棚，所述车顶棚由苎麻、黄麻两种天然纤维及树脂组成的复合材料制成，所述天然纤维占复合材料的质量百分数为35％，为了保证天然纤维的强度，本实施例采用的苎麻和黄麻是江西井竹麻业有限公司生产的平纹编织苎麻布和浙江宏成纺织整理有限公司生产的黄麻布(即以布的形态参与本实施例的技术方案)，其中平纹编织苎麻布占整个复合材料的质量百分数为15％，而黄麻布占整个复合材料的质量百分数为20％。

所选用的树脂可以是不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂、聚乙烯树脂(PP)、聚乳酸树脂(PLA)，但本发明发现本实施例所选用的环氧改性乙烯基树脂相比不饱和聚酯树脂和环氧树脂来说，力学性能优于不饱和聚酯树脂，工艺性能优于环氧树脂。所提到的环氧改性乙烯基树脂可以由以下原料制备：通用型乙烯基聚酯，辛酸钴，过氧化甲乙酮。其中通用型乙烯基树脂由科拉斯公司提供，辛酸钴为促进剂，过氧化甲乙酮为引发剂，辛酸钴的加入量为通用型乙烯基聚酯加入重量的1.5％，过氧化甲乙酮的加入量为通用型乙烯基聚酯加入重量的1.5％。

车顶棚的制造方法可以按照如下步骤进行：

1、使用表面处理剂对平纹编织苎麻布及黄麻布进行表面处理，所述处理可以将平纹编织苎麻布和黄麻布在表面处理剂中浸泡2分钟，取出后80℃烘干4小时，使用的表面处理剂为质量百分比浓度为0.058％的高锰酸钾水溶液；

2、在车顶棚模具上均匀涂抹脱模蜡，5分钟后抛光，重复涂抹抛光操作3次，所用的脱模蜡为AXEL Paste Wiz(技术人员可以从市场上购买)；

3、对经过高锰酸钾水溶液处理的平纹编织苎麻布和黄麻布进行裁剪，并且在经过抛光涂蜡处理的模具上铺4层平纹编织苎麻布，再在平纹编织苎麻布上铺2层黄麻布，最后在黄麻布上铺4层平纹编织苎麻布；

4、在已铺好的天然材料上铺脱模布、导流布、导流管、密封布，铺覆顺序为脱模布、导流布、导流管、密封布；

5、对树脂进行调配，将通用型乙烯基聚酯，辛酸钴，过氧化甲乙酮进行混合，从而得到环氧改性乙烯基树脂；

6、将车顶棚模具密封抽真空，控制模具内的真空度为-0.7Bar，并向车顶模具灌注环氧改性乙烯基树脂，当平纹编织苎麻布与黄麻布完全浸透时，停止灌注树脂，由于浸透区域和未浸透区域的颜色差异很明显，因此技术人员可以通过肉眼进行观察，并准确判断什么时候停止灌注树脂，随后对车顶棚模具内的树脂进行常温固化或40-60℃固化，如果技术人员选择常温固化，固化时间可以是4小时，如果技术人员选择40-60℃固化，固化时间可以是1小时；

7、对经6步骤处理的车顶棚模具停止抽真空，去除模具密封，脱掉脱模布、导流布、导流管、密封布，得到产品。

为了在一定程度上缩短了产品的生产周期，本实施例在7步骤后，还将产品放入烘箱中进行后固化。

为了保证车顶棚的质量，本实施例可通过以下方法对所制造的车顶棚进行质量控制。选取车顶棚上若干点测量厚度，各处厚度应一致；目测车顶棚，特别是拐角处是否有气泡，如有气泡，应及时进行修补；也可采用敲击法、声阻法、射线检测技术、超声检测技术、声-超声技术等无损检测手段对车顶棚进行质量检测和控制。

本实施例所述天然纤维及树脂组成的复合材料制成的车顶棚与金属材质车顶棚(以钢质为例，厚度0.75mm)相比：本实施例制成的车顶棚厚度为3.5mm，而质量仅为钢质车顶棚的64％，符合当前汽车轻量化的趋势，虽然其刚度低于钢结构车顶棚，但在集中力不超过100N时，能够满足车顶棚的强度和刚度要求(即集中力不超过100N时，本实施例所述车顶棚跟钢制车顶棚在强度和刚度上的性能基本一致)。另外，由于复合材料阻尼比较大，且容易形成局部振动消耗振动能量，因此从振动角度看，本实施例所述车顶棚优于钢结构车顶棚。

另外，本实施例所述的复合材料由于使用了环氧改性乙烯基树脂，因此制成的车顶棚还具有优异的吸声、隔热性、阻燃性、耐冲击性、耐腐蚀性，车顶棚的能量吸收能力好，而且无脆性断裂。

应当理解，在阅读了本发明的讲授上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种制造车顶棚的方法，所述车顶棚由剑麻、苎麻、黄麻、红麻中的任意两种天然纤维及树脂组成的复合材料制成，所述天然纤维占复合材料的质量百分数为30-40％，其特征在于该方法包括：

a、使用表面处理剂对天然纤维进行表面处理，得到第一天然纤维和第二天然纤维；

b、在车顶棚模具上均匀涂抹脱模蜡，随后抛光，重复涂抹抛光操作2-3次；

c、对第一天然纤维和第二天然纤维进行裁剪，在经b步骤处理后的模具上铺第一天然纤维，再在第一天然纤维上铺第二天然纤维，最后在第二天然纤维上铺第一天然纤维；

d、在已铺好的天然纤维上铺脱模布、导流布、导流管、密封布，铺覆顺序为脱模布、导流布、导流管、密封布；

e、对树脂进行调配，将通用型乙烯基聚酯，辛酸钴，过氧化甲乙酮进行混合，辛酸钴的加入量为通用型乙烯基聚酯加入重量的1-2％，过氧化甲乙酮的加入量为通用型乙烯基聚酯加入重量的1-2％；

f、将车顶棚模具密封抽真空，并向车顶棚模具灌注树脂，当第一天然纤维与第二天然纤维完全浸透时，停止灌注树脂，随后对车顶棚模具内的树脂进行常温固化或40-60℃固化；

g、对经f步骤处理的车顶棚模具停止抽真空，去除模具密封，脱掉脱模布、导流布、导流管、密封布，得到产品。

2.根据权利要求1所述的制造车顶棚的方法，其特征在于所述a步骤中的表面处理剂为质量百分比浓度为0.055％-0.060％的高锰酸钾水溶液，所述处理是将天然纤维浸泡在表面处理剂中1-2分钟，取出后70-80℃烘干4-5小时。

3.根据权利要求1或2所述的制造车顶棚的方法，其特征在于所述第一天然纤维为苎麻，第二天然纤维为黄麻。

4.根据权利要求1或2所述的制造车顶棚的方法，其特征在于f步骤中的抽真空是将模具内的真空度控制在-0.6Bar到-0.8Bar之间。

5.根据权利要求3所述的制造车顶棚的方法，其特征在于f步骤中的抽真空是将模具内的真空度控制在-0.6Bar到-0.8Bar之间。

6.根据权利要求3所述的制造车顶棚的方法，其特征在于该方法还包括在g步骤后将所得产品进行烘干处理。

7.根据权利要求4所述的制造车顶棚的方法，其特征在于该方法还包括在g步骤后将所得产品进行烘干处理。

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