CN101678865B - 运输车辆用复合材料整体式车身及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用复合材料通过同时固化法而形成的车身及其制备方法。本发明的一方面提供了运输车辆用复合材料整体式车身，其特征在于，该复合材料整体式车身通过使用夹心板整体成形为车身形状而获得，所述夹心板包括：芯材；用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成的且为半固化的内皮材料，该内皮材料粘附在所述芯材的内表面上；用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成的且为半固化的外蒙皮材料，该外蒙皮材料粘附在所述芯材的外表面上；以及插在所述芯材和外蒙皮材料之间的金属板材。

Description

运输车辆用复合材料整体式车身及其制备方法
技术领域
本发明涉及具有良好表面状态(surface state)的复合材料整体式车身及其制备方法，该复合材料整体式车身使用复合材料通过同时固化法(simultaneous curing method)而制得。
背景技术
通常地，运输车辆(例如：公共汽车或火车)所用的车身以将侧部车壳、前部车壳、后部车壳和顶部车壳机械连接或者焊接到一个骨架(frame)上的方式而形成。机械连接(mechanical joining)和焊接技术为劳动密集型并花费许多生产时间的技术。由于连接工具(joining tool)随着时间流逝会发生松动，因此用机械连接而连接的部分需要进行修理，可能产生噪音并面临绝缘。另外，焊接的部分可能随时间流逝而变得脆弱且易于损坏。
另一种技术是将各部分车壳粘结到骨架上的方法，但该方法与机械连接法和焊接法相比具有许多的优点和缺点。该方法存在的一些问题是：它需要大量的时间进行粘结，需要检查车壳内每个部分的粘结强度的可靠性，且轻质化效率较差。
根据现有技术的工艺，复合材料整体式车身包括外蒙皮材料(outer skin material)、骨架、芯材(core material)和内皮材料。当用同时固化法来制备车身时，由于在成型初期分别使用柔性预浸料(prepreg)制得外蒙皮材料和内皮材料，若使用蜂窝夹芯(honeycomb core)作芯材，则外蒙皮材料和内皮材料会在真空热压罐成型(vacuum autoclave molding)过程中被吸入蜂窝结构的空隙内，从而得到劣质的表面。
为了解决现有技术中的上述问题，现有技术中的车身通过以下步骤制备得到：层压并固化外蒙皮材料、使用粘结板(adhesive sheet)插入骨架和芯材，以及层压和固化内皮材料。
因此，使用了复合材料的成型产品的问题在于：虽然它们性能优异，但是由于其高昂的制备费用而难以实现商业化且价格昂贵。此外，使用了复合材料的成型产品存在的另一个问题是：由于没有使用同时固化法，该产品的表面差，甚至在接下来的上漆(painting)过程中需要极高的成本。
发明内容
因此，为了解决现有技术中存在的上述问题而做出了本发明，且本发明的一个目的是提供一种复合材料整体式车身，由于该复合材料整体式车身是使用同时固化法制备的，因而缩短了制备时间并降低了制备成本，且具有良好的表面状态。
为了实现上述目标，本发明提供了一种具有良好表面状态的复合材料整体式车身，该复合材料整体式车身通过以下步骤而制得：使用外蒙皮材料(金属板材(sheet metal plate)附着到或插入复合材料中)，对芯材和内皮材料进行层压，以及同时对它们进行固化。
也就是说，本发明的一个方面提供了一种运输车辆用复合材料整体式车身，该复合材料整体式车身通过使用夹心板整体成形车身形状而获得，所述夹心板包括：芯材；用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成的且为半固化的内皮材料，该内皮材料粘附在所述芯材的一侧；用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成的且为半固化的外蒙皮材料；以及在所述芯材另一侧的金属板材，该金属板材插在所述芯材和外蒙皮材料之间。
在该情况下，所述金属板材内形成有多个孔。
本发明的另一方面提供了一种运输车辆用复合材料整体式车身，该复合材料整体式车身通过使用夹心板整体成形车身形状而获得，所述夹心板包括：芯材；用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成的且为半固化的内皮材料，该内皮材料粘附在所述芯材的一侧；用浸渍有合成树脂的增强纤维的多个预浸料制成的且为半固化的外蒙皮材料，该外蒙皮材料粘附在所述芯材的另一侧；以及插在构成所述外蒙皮材料的所述多个预浸料之间的金属板材。
在该情况下，所述金属板材内形成有多个孔。
本发明的另一方面提供了一种运输车辆用复合材料整体式车身的制备方法，该方法包括以下步骤：以与所述车身相同的形状和大小按照能整体形成车身的前方头部、后方头部、顶篷和侧部的方式来制备模具；在所述模具的内表面上层压外蒙皮材料，该外蒙皮材料使用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成且为半固化的；在所述外蒙皮材料的内表面上层压金属板材或多孔金属板材；在所述金属板材的内表面上层压芯材；在所述芯材的内表面上层压内皮材料，该内皮材料使用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成且为半固化的；以及使上述层压材料在热压罐中成型。
本发明的另一方面提供了一种运输车辆用复合材料整体式车身的制备方法，该方法包括以下步骤：以与所述车身相同的形状和大小按照能整体形成车身的前方头部、后方头部、顶篷和侧部的方式来制备模具；在所述模具的内表面上层压第一外蒙皮材料，该第一外蒙皮材料使用浸渍有基体材料(matrix material)的增强纤维的预浸料制成且为半固化的；在所述第一外蒙皮材料的内表面上层压金属板材或多孔金属板材；在所述金属板材的内表面上层压第二外蒙皮材料，该第二外蒙皮材料使用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成且为半固化的；在所述第二外蒙皮材料的内表面上层压芯材；在所述芯材的内表面上层压内皮材料，该内皮材料使用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成且为半固化的；以及使上述层压材料在热压罐中成型。
如上文所述，本发明能够解决由于缺乏同时固化法的技能而导致的加工复杂和表面状态劣质的问题。
此外，本发明能够改善所述复合材料的脆性和疲劳特性。
附图说明
图1为表示根据本发明的一种优选实施方式的同时固化的车身整体外观的透视图。
图2为图1中的车身沿A-A’线的剖视图。
图3为图2中B区域的放大的剖视图。
图4为表示了根据本发明另一种优选实施方式的同时固化的车身结构的放大的剖视图。
图5为表示了根据本发明又一种优选实施方式的复合材料的层压结构的透视图。
具体实施方式
将参考附图对本发明的优选实施方式进行具体描述。虽然结合优选的具体实施方式对本发明进行了描述，但本发明的范围不限于这些具体的实施方式。
图1为表示了根据本发明的一种优选实施方式的同时固化的车身整体外观的透视图。
由于前方头部1和后方头部2和顶篷3以及侧部4通过无需任何连接的同时固化法而具有整体结构，因此根据本发明的复合材料整体式车身是一种能有效地增强刚性和绝缘强度并减少噪音的结构。
图2为图1中的车身沿A-A’线的剖视图。
图2中，复合材料整体式车身10具有夹心结构，该夹心结构使用蜂窝结构或泡沫作为芯材11，具体地说，所述复合材料整体式车身10具有这样的结构：从内到外依次层压有外蒙皮材料13、金属板材14、芯材11和内皮材料12。
图3为图2中B区域的放大的剖视图。
如图3所示，外蒙皮材料13和内皮材料12使用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成且为半固化的，并且根据所需强度和厚度被层压为单层或多层。
在本发明中，浸渍在所述预浸料中的合成树脂为选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂等中的一种，且增强纤维为用碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维(Kevlar fiber)、硼纤维等织造的单向(one-way)或双向(two-way)织物。
为了增强该结构的轻质化效率、绝缘性、隔音性和刚性，用于该夹心结构的复合材料整体式车身的芯材11由各种类型的泡沫中的一种、各种类型蜂窝结构中的一种或泡沫铝等制成，所述泡沫例如：聚氨酯泡沫、聚乙烯(PE)泡沫和聚氯乙烯(PVC)泡沫，所述蜂窝结构例如铝蜂窝(aluminum honeycomb)和诺梅克斯蜂窝(Nomex honeycomb)。
根据现有技术，当进行多组件成型时，外蒙皮材料会在构成芯材的泡沫的孔或蜂窝结构的孔的影响下陷入该芯材的孔内，从而产生不均匀的表面，并因而在接下来的上漆工艺中需要大量的时间和劳动力成本。
在本发明中，金属板材14介于外蒙皮材料13和芯材11之间，或如图4所示介于构成外蒙皮材料13的第一外蒙皮材料13a和第二外蒙皮材料13b之间，从而位于芯材11的附近。金属板材14具有坚硬的表面，因此防止了所述预浸料陷入为了轻质化效率而带有孔的芯材11中，从而消除了不平整的表面。
金属板材14的厚度为10μm至10mm，由钢、不锈钢、铝、铜或镀锌铁板等制成。
图4为表示了根据本发明另一种优选实施方式的同时固化的车身结构的放大的剖视图。
图4描述了金属板材14介于第一外蒙皮材料13a和第二外蒙皮材料13b之间的实例，且在该情况下，优选金属板材14被层压为接近芯材11，且外蒙皮材料13的第一外蒙皮材料13a厚于第二外蒙皮材料13b。
以混合结构的形式来使用由复合材料制成的外蒙皮材料13和金属板材14。内皮材料11位于所述复合材料整体式车身的内部，不使用金属板材14有利于轻质化效率。
图5为表示了根据本发明又一种优选实施方式的复合材料的层压结构的透视图。
图5中，金属板材14内形成有多个孔14a。在固化反应中，金属板材14的孔14a通过促进由于温度升高而产生的树脂的自由流动而起到除去气泡的作用。
根据本发明的复合材料整体式车身的制备方法使用了能保持恒定温度和恒定压力或者定期地对温度和压力的改变进行调整的热压罐装置。
首先，优选在车身形状的模具内层压包括金属板材的外蒙皮材料，并在真空条件下施加压力对其进行压缩。释放压力并依次在所述外蒙皮材料的内表面上层压所述芯材和所述内皮材料后，将它们用袋子包裹起来并再次进行压缩，随后用同时固化法在热压罐中成型，从而，可以生产出具有均匀的表面状态的复合材料整体式车身。
具体来说，根据该优选实施方式，首先，以与车身相同的形状和大小按照能整体形成车身的前方头部、后部头部、顶篷和侧部的方式来制备模具。
接着，在所述模具的内表面上层压外蒙皮材料，该外蒙皮材料使用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成且为半固化的。
随后，在所述外蒙皮材料的内表面上层压金属板材或多孔的金属板材。
接着，在所述金属板材的内表面上层压芯材。
接着，在所述芯材的内表面上层压内皮材料，该内皮材料使用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成且为半固化的。
最后，使上述层压材料在热压罐中成型。
如上文所描述地，根据本发明的车身以在所述模具的内侧依次层压所述外蒙皮材料、所述金属板材、所述芯材和所述内皮材料的方式来成型。
根据上述实施方式中的另一种优选实施方式，将金属板材置于所述外蒙皮材料之间并进行层压，随后依次层压所述芯材和所述内皮材料并进行成型。
虽然结合特定的实施方式对本发明进行了描述，但是本领域技术人员应该理解的是，在不背离本发明的范围的前提下可以做出各种改变和等效替换。此外，根据本发明的教导，在不背离本发明的范围的前提下可以做出多种替换以适应特定的情况或材料。因此，本发明不限于所公开的具体实施方式，而应该包括落入随附的权利要求书的范围内的所有实施方式。
工业实用性
如以上所描述地，本发明提供了具有良好表面状态的复合材料整体式车身及其制备方法，该复合材料整体式车身使用复合材料通过同时固化法而制得，根据本发明的车身及其制备方法可以广泛地用于制备运输车辆，例如火车、公共汽车等。

Claims (6)

1.一种运输车辆用复合材料整体式车身，其中，该复合材料整体式车身通过使用夹心板整体成形为车身形状而获得，所述夹心板包括：芯材(11)；用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成的且为半固化的内皮材料(12)，该内皮材料(12)粘附在所述芯材(11)的一侧；用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成的且为半固化的外蒙皮材料(13)；以及在所述芯材(11)另一侧的金属板材(14)，所述金属板材(14)插在所述芯材(11)和所述外蒙皮材料(13)之间。
2.根据权利要求1所述的复合材料整体式车身，其中，所述金属板材(14)内形成有多个孔(14a)。
3.一种运输车辆用复合材料整体式车身，其中，该复合材料整体式车身通过使用夹心板整体成形为车身形状而获得，所述夹心板包括：芯材(11)；用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成的且为半固化的内皮材料(12)，该内皮材料(12)粘附在所述芯材(11)的一侧；用浸渍有合成树脂的增强纤维的多个预浸料制成的且为半固化的外蒙皮材料(13)，该外蒙皮材料粘附在所述芯材(11)的另一侧；以及插在构成所述外蒙皮材料(13)的所述多个预浸料之间的金属板材(14)。
4.根据权利要求3所述的复合材料整体式车身，其中，所述金属板材(14)内形成有多个孔(14a)。
5.一种运输车辆用复合材料整体式车身的制备方法，该方法包括以下步骤：
以与车身相同的形状和大小按照能整体形成车身的前方头部、后方头部、顶篷和侧部的方式来制备模具；
在所述模具的内表面上层压外蒙皮材料，该外蒙皮材料使用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成且为半固化的；
在所述外蒙皮材料的内表面上层压金属板材或多孔金属板材；
在所述金属板材的内表面上层压芯材；
在所述芯材的内表面上层压内皮材料，该内皮材料使用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成且为半固化的；以及
使上述层压材料在热压罐中成型。
6.一种运输车辆用复合材料整体式车身的制备方法，该方法包括以下步骤：
以与车身相同的形状和大小按照能整体形成车身的前方头部、后方头部、顶篷和侧部的方式来制备模具；
在所述模具的内表面上层压第一外蒙皮材料，该第一外蒙皮材料使用浸渍有基体材料的增强纤维的预浸料制成且为半固化的；
在所述第一外蒙皮材料的内表面上层压金属板材或多孔金属板材；
在所述金属板材的内表面上层压第二外蒙皮材料，该第二外蒙皮材料使用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成且为半固化的；
在所述第二外蒙皮材料的内表面上层压芯材；
在所述芯材的内表面上层压内皮材料，该内皮材料使用浸渍有合成树脂的增强纤维的预浸料制成且为半固化的；以及
使上述层压材料在热压罐中成型。
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