CN102744889A - 碳纤维混杂树脂基复合材料泡沫夹层结构及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车车身覆盖件，其采用真空导入模塑工艺成型碳纤维混杂树脂基复合材料泡沫夹层结构复合材料。所述的碳纤维混杂增强体中包括60％-90％(体积)的碳纤维和10％-40％(体积)的玻璃纤维或第二有机纤维。依照本发明可得到一种密度低，强度、刚度和抗冲击、疲劳、耐湿性、抗腐蚀等性能都优异的，且表面效果好的汽车车身覆盖件，大大提高了其使用寿命和安全可靠性、节约了成本。

Description

碳纤维混杂树脂基复合材料泡沫夹层结构及其制备工艺

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种碳纤维混杂树脂基复合材料泡沫夹层结构及其制备工艺和由该结构制成的汽车车身覆盖件。

背景技术

随着世界汽车产业的发展，日益增大了对石油能源的消耗，加快了从能源短缺到能源枯竭的步伐。同时，汽车排放造成的大气污染和地球的温室效应，已经成为全人类的公害。人类社会和汽车产业的可持续发展，受到了极大的威胁。发展汽车新能源、开发汽车新动力，已成为世界汽车产业面临的十分紧迫的任务。新能源电动汽车虽然具有零排放、能源结构优化以及驾驶操作方便等优点，但现阶段的新能源汽车(指纯电动汽车)普遍存在整车质量较大、一次充电持续驶里程短、公里单位电耗较大的缺陷，严重制约了其产业化和市场化的进程。因此汽车轻量化成为降低新能源汽车成本的更实际、更便捷的一条途径。采用复合材料制造汽车车身覆盖件及其他相关部件是使汽车轻量化、节能减排的最有效的途径之一。

专利200710024873.6介绍了一种复合材料汽车车身覆盖件的制作工艺，其通过手糊成型工艺制备，其加工速度慢、劳动密集型操作、产品质量不稳定、力学性能低下，而且该类工艺会产生大量的VOC排放，对环境和工人健康产生不利影响。专利201010621034.4介绍了一种碳纤维增强树脂基复合材料制作发动机盖的工艺，其使用真空导入模塑工艺制备了单一碳纤维增强树脂基复合材料。单一碳纤维复合材料最大的缺点为脆性，断裂伸长率低，在遭受冲击后容易引起损伤，并引起复合材料力学性能大幅度地降低，尤其是冲击后的剩余压缩强度明显降低。

发明内容

本发明针对现有技术的现状，利用纤维的混杂效应，综合各种纤维各自的优点，尤其是利用有机纤维抗冲击性能和碳纤维优良的结构性能，有效解决了单一碳纤维复合材料断裂伸长率低，在遭受冲击后容易引起损伤的问题，提供一种强度、刚度和抗冲击、耐湿性、抗腐蚀、疲劳等性能都优异的且低成本的可应用于汽车车身覆盖件复合材料的碳纤维混杂树脂基复合材料泡沫夹层结构材料及其制备工艺和由该结构材料制备的汽车车身覆盖件。

本发明提供一种汽车车身覆盖件用碳纤维混杂增强树脂基复合材料泡沫夹层结构材料，由碳纤维混杂增强体、泡沫夹芯和树脂基体材料组成，其中碳纤维混杂增强体中包括体积百分比为60％-90％的碳纤维和10％-40％的玻璃纤维或有机纤维。

该有机纤维选自超高分子聚乙烯纤维、芳纶纤维或聚对苯撑苯并双噁唑纤维中的一种、两种或三种的任意组合。

所述的混杂是层间混杂形式、层内混杂形式或两种形式的混合形式。

树脂基体是不饱和聚酯类树脂体系、环氧树脂树脂体系、聚氨酯树脂体系或热塑性树脂中的一种。

泡沫夹芯材料可以是PVC泡沫、PMI泡沫或PU硬质泡沫的一种或多种。

本发明的另一技术方案是一种汽车车身覆盖件，包括车顶盖、引擎盖、后舱门、车门、侧围等具有曲面特征的部件。该汽车车身覆盖件由前述复合材料泡沫夹层结构材料制备而成。

本发明还提供一种汽车车身覆盖件用碳纤维混杂增强树脂基复合材料泡沫夹层结构材料的制备工艺，包括以下步骤：

1)模具预处理

清理模具，修补平整，然后在模具表面喷涂封孔剂和脱模剂；

2)裁剪和铺放纤维增强体和夹芯

按照模具表面尺寸剪裁纤维增强体，将纤维增强体在烘箱中烘干；按设计的铺层方式，将纤维增强体和夹芯铺放在模具上，得到预成型体；

3)裁剪和铺覆脱模布

将裁剪好的脱模布铺放在步骤2中得到的预成型体表面，并使之完全覆盖该预成型体；

4)铺设辅助材料体系

在上述脱模布上表面铺设导流毡、导流管和导气管等真空导入模塑工艺辅助材料，并设置好模腔中的注胶口和真空抽气口；

5)真空袋膜密封

采用双层真空袋膜密封上述的预成型体及辅助材料体系，首先用第一层真空袋在模具上密封整个预成型体和辅助材料体系，密闭注胶口并将抽气口与真空泵连接，然后抽真空并检查密封模腔的气密性，第一层真空袋膜封装气密性达到要求后，用第二层的真空袋膜密封整个第一层袋膜系统，并抽真空继续检查气密性，直到气密性达到要求；

6)树脂体系充模浸渍预成型体

开启注胶口将搅拌均匀并且经过脱泡处理的树脂体系利用真空负压注入成型模腔中浸渍上述预成型体，等树脂体系完全浸渍预成型体后关闭注胶口，并持续抽真空保持成型模腔内的真空度；

7)固化成型及后处理

固化过程中必须保持成型模腔内的真空度直到固化完全，固化完成后进行脱模、修整和清理等后处理。

铺层方式包括两种，第一种铺层方式是从上到下依次铺放碳纤维布、芳纶纤维布、碳纤维布、PMI夹芯、碳纤维布、芳纶纤维布、碳纤维布；第一种铺层方式是依次铺放六个混编好的碳/芳纶纤维布，在第三层碳/芳纶纤维布上铺放PVC泡沫夹芯。

本发明所述的一种碳纤维混杂树脂基复合材料泡沫夹层结构及其制备工艺的有益效果是：能够得到一种密度低，强度、刚度和抗冲击、疲劳、耐湿性、抗腐蚀等性能都优异的汽车车身覆盖件；其改善了单一碳纤维树脂基复合材料抗冲击性能。大大提高了其使用寿命和安全可靠性、节约了成本。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明实施例1中增强体的铺层示意图。

图2中各标号分别表示为：1，3-碳纤维平纹布，2-双轴向芳纶纤维布，4-PMI夹芯。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，现结合实施例、附图对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，不用于限定本发明。

实施例1

制备碳纤维与芳纶纤维层间混杂的形式增强树脂基复合材料夹层结构汽车车顶盖部件。其制备工艺流程图如图1所示：

1、模具预处理：用酒精将模具表面擦拭干净，然后在模具表面喷涂AXELS-19C封孔剂和AXELX-807脱模剂。

2、裁剪和铺放增强体：按照模具表面尺寸剪裁4块3K碳纤维布平纹布、2块双轴向芳纶纤维布和1块PMI夹芯材料，将其在烘箱中烘干；按图2所示将增强体铺放在模具上得到预成型体，铺层顺序从上到下依次为碳纤维布、芳纶纤维布、碳纤维布、PMI夹芯、碳纤维布、芳纶纤维布、碳纤维布。

3、裁剪和铺覆脱模布：将裁剪好的R85PA66脱模布铺放在步骤2中得到的预成型体表面，并使之完全覆盖该预成型体。

4、铺设辅助材料体系：在上述脱模布上表面铺设导流毡、导流管和导气管等真空导入模塑工艺辅助材料，并设置好模腔中的注胶口和真空抽气口。

5、真空袋膜密封

采用双层真空袋膜(法国Aerorac公司生产的Vacfilm400Y2600型真空袋)密封上述的预成型体及辅助材料体系。首先用第一层真空袋在模具上密封整个预成型体和辅助材料体系，密闭注胶口并将抽气口与真空泵连接，然后抽真空并检查密封模腔的气密性(当真空度达到-0.090Mpa～-0.1Mpa后关闭真空泵，保压15分钟，期间真空度允许下降值小于50mbar)，第一层真空袋膜封装气密性达到要求后，用第二层的真空袋膜密封整个第一层袋膜系统，并抽真空继续继续检查气密性，直到气密性达到要求(要求能够持续保持真空度)。

6、树脂体系充模浸渍预成型体：开启注胶口将搅拌均匀并且经过抽真空脱泡处理的环氧树脂体系利用真空负压注入成型模腔中浸渍上述预成型体，等树脂体系完全浸渍预成型体后关闭注胶口，并持续抽真空保持成型模腔内的真空度。

7、固化成型及后处理：按照环氧树脂体系所需固化工艺固化，固化过程中必须保持成型模腔内的真空度直到固化完全，固化完成后进行脱模、修整和清理等后处理得到汽车车身顶盖部件。

实施例2

制备碳纤维与芳纶纤维层内混杂的形式增强树脂基复合材料泡沫夹层结构汽车车门部件，其工艺流程图如图1所示：

第1步与具体实施例1相同。

2、裁剪和铺放增强体：按照模具表面尺寸剪裁六块已经混编好的碳/芳纶纤维布，将其在烘箱中烘干；将其依次铺放在模具上得到预成型体，在第三层纤维布上铺放PVC泡沫夹芯。

第3、4、5步和具体实施例1相同。

6、树脂体系充模浸渍预成型体：开启注胶口将搅拌均匀并且经过抽真空脱泡处理的不饱和聚酯树脂体系利用真空负压注入成型模腔中浸渍上述预成型体，等树脂体系完全浸渍预成型体后关闭注胶口，并持续抽真空保持成型模腔内的真空度。

7、固化成型及后处理：按照不饱和聚酯树脂体系所需固化工艺固化，固化过程中必须保持成型模腔内的真空度直到固化完全，固化完成后进行脱模、修整和清理等后处理得到汽车车身顶盖部件。

实施例1和实施例2中的芳纶纤维可替换成玻璃纤维、高分子聚乙烯纤维、或聚对苯撑苯并双噁唑纤维，也可将此四种纤维进行任意组合，从而与碳纤维形成混杂增强体。

Claims (8)

1.一种碳纤维混杂树脂基复合材料泡沫夹层结构，其特征是：由碳纤维混杂增强体、泡沫和基体树脂材料组成，其中碳纤维混杂增强体中包括体积百分比为60％-90％的碳纤维和体积百分比为10％-40％的玻璃纤维或有机纤维。

2.根据权利要求1所述的复合材料泡沫夹层结构，其特征是：所述的有机纤维选自超高分子聚乙烯纤维、芳纶纤维或聚对苯撑苯并双噁唑纤维中的一种或两种、三种的任意组合。

3.根据权利要求1所述的复合材料泡沫夹层结构，其特征是：所述的混杂是层间混杂形式、层内混杂形式或两种形式的混合形式。

4.根据权利要求1所述的复合材料泡沫夹层结构，其特征是：所述的树脂基体是不饱和聚酯类树脂体系、环氧树脂树脂体系、聚氨酯树脂体系或热塑性树脂中的一种。

5.根据权利要求1所述的复合材料泡沫夹层结构，其特征是：所述的泡沫夹芯材料是PVC泡沫、PMI泡沫或PU硬质泡沫的一种或多种。

6.一种汽车车身覆盖件，包括车顶盖、引擎盖、后舱门、车门、侧围等具有曲面特征的部件，其特征在于：采用根据权利要求1-5任一所述的复合材料泡沫夹层结构材料制备而成。

7.一种根据权利要求1-5任一所述的结构材料的制备工艺，包括以下步骤：

1)模具预处理

清理模具，修补平整，然后在模具表面喷涂封孔剂和脱模剂；

2)裁剪和铺放纤维增强体和夹芯

按照模具表面尺寸剪裁纤维增强体，将纤维增强体在烘箱中烘干；按设计的铺层方式，将纤维增强体和夹芯铺放在模具上，得到预成型体；

3)裁剪和铺覆脱模布

将裁剪好的脱模布铺放在步骤2中得到的预成型体表面，并使之完全覆盖该预成型体；

4)铺设辅助材料体系

在上述脱模布上表面铺设导流毡、导流管和导气管等真空导入模塑工艺辅助材料，并设置好模腔中的注胶口和真空抽气口；

5)真空袋膜密封

采用双层真空袋膜密封上述的预成型体及辅助材料体系，首先用第一层真空袋在模具上密封整个预成型体和辅助材料体系，密闭注胶口并将抽气口与真空泵连接，然后抽真空并检查密封模腔的气密性，第一层真空袋膜封装气密性达到要求后，用第二层的真空袋膜密封整个第一层袋膜系统，并抽真空继续检查气密性，直到气密性达到要求；

6)树脂体系充模浸渍预成型体

开启注胶口将搅拌均匀并且经过脱泡处理的树脂体系利用真空负压注入成型模腔中浸渍上述预成型体，等树脂体系完全浸渍预成型体后关闭注胶口，并持续抽真空保持成型模腔内的真空度；

7)固化成型及后处理

固化过程中必须保持成型模腔内的真空度直到固化完全，固化完成后进行脱模、修整和清理等后处理。

8.根据权利要求7所述的制备工艺，其特征在于：铺层方式包括两种，第一种铺层方式是从上到下依次铺放碳纤维布、芳纶纤维布、碳纤维布、PMI夹芯、碳纤维布、芳纶纤维布、碳纤维布；第一种铺层方式是依次铺放六个混编好的碳/芳纶纤维布，在第三层纤维布上铺放PVC泡沫夹芯。

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