CN102785438B - 一种混杂纤维复合型的复合材料保险杠及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混杂纤维复合型的复合材料保险杠及其制备方法，该保险杠由多层纤维增强材料层和多层树脂基体构成，所述纤维增强材料层为铺层所得，所述树脂基体为包覆在所述纤维增强材料层中的纤维上。本发明采用铺层涂胶工艺-加压成型工艺制复合材料保险杠。保险杠中纤维增强材料层中的纤维可以是由两种或两种以上纤维混杂组成。所述保险杠中的不同纤维增强材料层的铺层之间可以是混杂的；所述保险杠的多层所述纤维增强材料层在每一纤维铺层内和不同纤维铺层之间可以是混杂的。本发明保险杠中纤维的体积分数为20％～80％，是利用了混杂复合材料突出的可设计性，减轻了保险杠的重量，提高了各种车辆的碰撞安全性、保护行人和乘客。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车行业用的保险杠，更特别地说，是指一种具有层结构的复合材料保险杠。制备该保险杠采用了铺层涂胶工艺-加压成型工艺。
背景技术
汽车行业对保险杠安全、节能和环保的要求越来越高，而复合材料具有高比刚度、高比强度、高韧性、耐冲击、可加工性、高耐疲劳性能、高损伤容限性能、耐腐蚀等优点，既可满足汽车安全性能要求，又可满足汽车轻量化要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种混杂纤维复合型的复合材料保险杠，该保险杠利用混杂复合纤维材料突出的可设计性，针对不同车型的碰撞性能要求、成本要求，可制造不同类型高抗冲复合纤维材料的保险杠，提高各种车辆的碰撞安全性、保护行人和乘客。
本发明的一种混杂纤维复合型的复合材料保险杠，该保险杠由多层纤维增强材料层和多层树脂基体构成，所述多层纤维增强材料层为铺层所得，所述树脂基体为包覆在所述纤维增强材料层中的纤维上。
该混杂纤维复合型的复合材料保险杠包括有上面层纤维增强材料层(10)、下面层纤维增强材料层(20)、以及从上面层纤维增强材料层(10)至下面层纤维增强材料层20之间顺次排列是第一树脂基体(201)、第一纤维增强材料层(101)、第二树脂基体(202)、第二纤维增强材料层(102)、第三树脂基体(203)、……、第三纤维增强材料层(103)、第四树脂基体(204)、第四纤维增强材料层(104)和第五树脂基体(205)。
该混杂纤维复合型的复合材料保险杠包括有上面层纤维增强材料层(10)、下面层纤维增强材料层(20)、以及从上面层纤维增强材料层(10)至下面层纤维增强材料层20之间顺次排列是第一树脂基体(201)、第一纤维增强材料层(101)、第一叠层纤维增强材料层(301)、第二树脂基体(202)、第二纤维增强材料层(102)、第二叠层纤维增强材料层(302)、第三叠层纤维增强材料层(303)、第三树脂基体(203)、……、第三纤维增强材料层(103)、第四树脂基体(204)、第四纤维增强材料层(104)、第四叠层纤维增强材料层(304)、第五叠层纤维增强材料层(305)和第五树脂基体(205)。
所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其纤维增强材料层中纤维是相同的或者是不同的。
所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其相邻纤维增强材料层的纤维材料是相同的或者是不同的。
本发明保险杠的优点在于：
(1)制得保险杠中的纤维增强材料层采用层间间隔分布、层内间隔分布的混杂形式，是利用了混杂复合纤维材料突出的可设计性，能够满足不同车型的碰撞性能要求。
(2)制作保险杠采用铺层涂胶加压成型工艺得到的保险杠为一体成型结构件。采用铺层成型工艺一体成型制作成复合材料体系保险杠，制作成本低、重量轻、耐腐蚀性高。
(3)利用混杂复合材料的特性能够提高安装有本发明保险杠的汽车具有更高的防碰撞性。
(4)制得的保险杠中纤维增强材料的体积分数为20％～80％。
附图说明
图1是保险杠的外部结构示意图。
图2是本发明保险杠的A-A剖面的结构示意图。
图2A是本发明保险杠的另一剖面结构示意图。
图3是本发明的具有层间混杂的铺层结构保险杠的剖面示意图。
图4是本发明的具有层内混杂的铺层结构保险杠的剖面示意图。
图5是本发明的具有层内层间混杂的铺层结构保险杠的剖面示意图。
| 10.上面层纤维增强材料层 | 10A.经纱方向纤维束 | 10B.纬纱方向纤维束 |
| 20.下面层纤维增强材料层 | 101.第一纤维增强材料层 | 102.第二纤维增强材料层 |
| 103.第三纤维增强材料层 | 104.第四纤维增强材料层 | 201.第一树脂基体 |
| 202.第二树脂基体 | 203.第三树脂基体 | 204.第四树脂基体 |
| 205.第五树脂基体 | 301.第一叠层纤维增强材料层 | 302.第二叠层纤维增强材料层 |
| 303.第三叠层纤维增强材料层 | 304.第四叠层纤维增强材料层 | 305.第五叠层纤维增强材料层 |
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
应用现有保险杠的结构外形如图1所示，保险杠的外形结构根据车型需要可以变化。本发明设计的一种混杂纤维复合型的复合材料保险杠，是从制作所述保险杠材料体系剖面结构中的纤维增强材料的铺层分布结构进行改进，方便了保险杠的可设计性。
本发明的一种混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其厚度为1毫米至20毫米；保险杠能够应用于-50℃度～130℃的温度环境中。
本发明的一种混杂纤维复合型的复合材料保险杠，该保险杠由多层纤维增强材料层和多层树脂基体构成，所述纤维增强材料层为铺层所得，所述树脂基体为包覆在所述纤维增强材料层上。
在本发明中，保险杠中的纤维增强材料的体积分数为20％～80％。
本发明中，固化后成型的保险杠形成了纤维增强材料的多层铺层；相邻的纤维增强材料层可以是相同的纤维材料也可以是不同的纤维材料；在同一纤维增强材料层中，纤维可以是相同的纤维材料，也可以是不同的纤维材料。
若采用相同纤维材料进行铺层(如图2所示)，则制得了同一纤维增强材料的保险杠。
若不同的纤维增强材料混合铺设能够实现相邻纤维增强材料层混杂(如图3所示)，则制得了具有层间混杂的纤维增强材料的保险杠。
若在同一纤维增强材料层中采用的纤维是不同的纤维材料(如图4所示)，则制得了具有层内混杂的纤维增强材料的保险杠。
若相邻纤维增强材料层的纤维材料不同，且同一纤维增强材料层中的纤维也不同
(如图5所示)，则制得了具有层内层间混杂的纤维增强材料的保险杠。
(1)纤维材料
所述纤维增强材料层在铺层时相邻纤维增强材料层是纤维织物、纤维编织物、纤维纺织织物、纤维针织织物、纤维毡中的一种或一种以上的组合。
所述纤维增强材料层中纤维是短切纤维、长纤维或者连续纤维的一种或一种以上的组合。
所述纤维增强材料层中纤维是金属纤维、无机纤维、合成纤维或植物纤维中的一种或者一种以上纤维形式的组合。
所述纤维增强材料层中的纤维可以是聚乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、PBO纤维、M5纤维、液晶纤维、碳纳米管纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、丙纶纤维、涤纶纤维、氨纶纤、维腈纶纤维、尼龙纤维、维纶纤维、氯纶纤维、汉麻、剑麻纤维、亚麻纤维、竹纤维、黄麻纤维等类似金属纤维、无机纤维、合成纤维或植物纤维中的两种或两种以上纤维形式的组合。
(2)树脂材料
所述树脂基体为热固性树脂基体或者为热塑性树脂基体。
所述热固性树脂基体中包括有固化剂，100重量份的热固性树脂基体中有3～45重量份的固化剂。
所述树脂基体中的树脂材料可以是环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和树脂、EPAR树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、硅橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯醚橡胶、氯化聚乙烯橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、氟硅胶、顺丁橡胶、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(俗称尼龙)(PA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(A/S)、聚酯(PETP聚对苯二甲酸丁二醇酯，PBTP聚对苯二甲酸乙二醇酯)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚砜(PSU)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚芳酯(PAR)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚苯酯、聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或一种以上树脂形式的组合。
(3)固化剂材料
所述固化剂可以是脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺、改性芳胺、芳香族多胺、酸酐、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺以及酰肼中的一种或两种的组合。
所述固化剂可以是T-31改性胺、YH-82改性胺、乙烯基三胺(DETA)、氨乙基哌嗪(AE)、1，2，二氨基环己烷(DACH)、异佛尔酮二胺(IPDA)、亚甲基双环己烷胺4，4′(PACM)、乙二胺(EDA)、二乙烯三胺(DETA)、三甲基六亚甲基二胺(TMD)、二己基三胺、己二胺改性物(AMINE248)、己二胺(HAD)、二乙胺(DEA)、三甲基己二胺、间苯二胺m-PDA MPD、间苯二甲胺MXDA、二氨基二苯基甲烷DDM HT-972DEH-50、二氨基二苯基砜DDS HT-976、间氨基甲胺MAMA(NH2)、联苯胺、4-氯邻苯二胺CPDA、苯二甲胺三聚体GY-51 CH-2、苯二甲胺三聚体衍生物、双苄胺基醚、氰胺(DICY)中的一种或一种以上固化剂形式的组合。
参见图2所示的复合材料保险杠，其包括有上面层纤维增强材料层10、下面层纤维增强材料层20、以及从上面层纤维增强材料层10至下面层纤维增强材料层20之间顺次排列是第一树脂基体201、第一纤维增强材料层101、第二树脂基体202、第二纤维增强材料层102、第三树脂基体203、……、第三纤维增强材料层103、第四树脂基体204、第四纤维增强材料层104和第五树脂基体205。省略号代表了重复纤维增强材料层和树脂基体，所需铺的纤维增强材料层的层数依据保险杠的厚度来定。
参见图2A所示的复合材料保险杠，其包括有上面层纤维增强材料层10、下面层纤维增强材料层20、以及从上面层纤维增强材料层10至下面层纤维增强材料层20之间顺次排列是第一树脂基体201、第一纤维增强材料层101、第一叠层纤维增强材料层301、第二树脂基体202、第二纤维增强材料层102、第二叠层纤维增强材料层302、第三叠层纤维增强材料层303、第三树脂基体203、……、第三纤维增强材料层103、第四树脂基体204、第四纤维增强材料层104、第四叠层纤维增强材料层304、第五叠层纤维增强材料层305和第五树脂基体205。
在图3所示的层间混杂的保险杠结构中，上面层纤维增强材料层10、第二纤维增强材料层102和第四纤维增强材料层104采用相同纤维材料织物(记为A类纤维材料织物)；第一纤维增强材料层101、第三纤维增强材料层103和下面层纤维增强材料层20采用另一种相同纤维材料织物(记为B类纤维材料织物)。A类纤维材料织物与B类纤维材料织物在铺层上间隔设置，使得保险杠采用的纤维增强材料具有层间混杂的特性，进而制得了层间混杂的保险杠。
在图4所示的层内混杂的保险杠结构中，上面层纤维增强材料层10、下面层纤维增强材料层20、第一纤维增强材料层101、第二纤维增强材料层102、第三纤维增强材料层103和第四纤维增强材料层104采用相同的纤维材料织物。所述纤维材料织物中采用的经纱方向纤维束10A与纬纱方向纤维束10B是不相同的。不同的经纱/纬纱纤维束得到的纤维材料织物实现了纤维增强材料层的层内混杂，进而应用这样的纤维材料织物得到的保险杠也是层内混杂的。
在图5所示的层内层间复合混杂的保险杠结构中，上面层纤维增强材料层10、第二纤维增强材料层102、第三纤维增强材料层103和下面层纤维增强材料层20采用相同纤维材料织物(记为A类纤维材料织物)；第一纤维增强材料层101和第四纤维增强材料层104采用另一种相同纤维材料织物(记为B类纤维材料织物)。A类纤维材料织物与B类纤维材料织物在铺层上间隔设置；所述纤维材料织物中采用的经纱方向纤维束10A与纬纱方向纤维束10B是不相同的，实现了纤维增强材料层的层内混杂。在纤维增强材料层中的层内混杂与纤维增强材料层的层间混杂，使得保险杠的纤维增强材料具有层内层间复合混杂的特性，进而制得层内层间复合混杂的保险杠。
(4)加工成型方法
制作本发明的复合材料保险杠，是在模具中采用铺层涂胶工艺-加压成型。纤维增强材料层的铺层层数与保险杠厚度相关。该保险杠采用铺层成型工艺一体化成型制得，具体步骤有：
(A)铺层涂胶树脂；
清理模具，在下模具上涂脱模剂，将裁剪好的纤维增强材料层铺在下模具上，然后涂覆树脂基体，重复进行铺纤维增强材料层和涂覆树脂基体，直至达到所需保险杠厚度，得到预成型件；
(B)脱模得到保险杠。
在模具上涂脱膜剂，将预成型件放入模具中，且与下模具合模；施加0.01MPa～20MPa压力，在所述0.01MPa～20MPa压力，温度5℃～180℃条件下，保压10min～3h后脱模得到保险杠；制得的保险杠为一体成型结构件。
本发明设计的一种混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其纤维增强材料层与纤维增强材料层的交错铺设厚度、纤维增强材料层上涂树脂基体的厚度与保险杠的厚度相关。即当汽车用保险杠所需的厚度设定后，通过对纤维增强材料层的铺层层数与树脂基体固化后的厚度进行控制，即得到满足使用要求的保险杠。
Claims (13)
1.一种混杂纤维复合型的复合材料保险杠，该保险杠由多层纤维增强材料层和多层树脂基体构成，所述多层纤维增强材料层为铺层所得，所述树脂基体为包覆在所述纤维增强材料层中的纤维上；其特征在于：
复合材料保险杠包括有上面层纤维增强材料层(10)、下面层纤维增强材料层(20)、以及从上面层纤维增强材料层(10)至下面层纤维增强材料层20之间顺次排列是第一树脂基体(201)、第一纤维增强材料层(101)、第二树脂基体(202)、第二纤维增强材料层(102)、第三树脂基体(203)、第三纤维增强材料层(103)、第四树脂基体(204)、第四纤维增强材料层(104)和第五树脂基体(205)。
2.一种混杂纤维复合型的复合材料保险杠，该保险杠由多层纤维增强材料层和多层树脂基体构成，所述多层纤维增强材料层为铺层所得，所述树脂基体为包覆在所述纤维增强材料层中的纤维上；其特征在于：
复合材料保险杠包括有上面层纤维增强材料层(10)、下面层纤维增强材料层(20)、以及从上面层纤维增强材料层(10)至下面层纤维增强材料层20之间顺次排列是第一树脂基体(201)、第一纤维增强材料层(101)、第一叠层纤维增强材料层(301)、第二树脂基体(202)、第二纤维增强材料层(102)、第二叠层纤维增强材料层(302)、第三叠层纤维增强材料层(303)、第三树脂基体(203)、第三纤维增强材料层(103)、第四树脂基体(204)、第四纤维增强材料层(104)、第四叠层纤维增强材料层(304)、第五叠层纤维增强材料层(305)和第五树脂基体(205)。
3.根据权利要求1或2所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其特征在于：所述保险杠中的纤维增强材料的体积分数为20％～80％。
4.制备如权利要求1或2所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠的方法，其特征在于有下列步骤：
(A)铺层涂胶树脂；
清理模具，在下模具上涂脱模剂，将裁剪好的纤维增强材料层铺在下模具上，然后涂覆树脂基体，重复进行铺纤维增强材料层和涂覆树脂基体，直至达到所需保险杠厚度，得到预成型件；
(B)脱模得到保险杠；
在上模具上涂脱模剂，将上模具盖在预成型件上，且与下模具合模；施加0.01MPa～20MPa压力，在所述0.01MPa～20MPa压力，温度5℃～180℃条件下，保压10min～3h后脱模得到保险杠；制得的保险杠为一体成型结构件。
5.根据权利要求1或2所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其特征在于：所述纤维增强材料层中纤维是相同的或者是不同的。
6.根据权利要求1或2所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其特征在于：相邻纤维增强材料层的纤维材料是相同的或者是不同的。
7.根据权利要求1或2所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其特征在于：所述纤维增强材料层中纤维是金属纤维、无机纤维、合成纤维或者植物纤维中的一种或两种以上组合。
8.根据权利要求1或2所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其特征在于：所述纤维增强材料层中纤维是短切纤维、长纤维或者连续纤维中的一种或两种以上的组合。
9.根据权利要求1或2所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其特征在于：所述纤维增强材料层在铺层时相邻纤维增强材料层是纤维编织物、纤维纺织织物、纤维针织织物或者纤维毡中的一种或两种以上组合。
10.根据权利要求1或2所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其特征在于：所述纤维增强材料层中纤维是聚乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、PBO纤维、M 5纤维、碳纳米管纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、丙纶纤维、涤纶纤维、氨纶纤维、腈纶纤维、尼龙纤维、维纶纤维、氯纶纤维、汉麻纤维、剑麻纤维、亚麻纤维、竹纤维、黄麻纤维、钢纤维、铝纤维或者铜纤维中的一种或两种以上纤维形式的组合。
11.根据权利要求1或2所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其特征在于：所述树脂基体为热固性树脂基体或者为热塑性树脂基体；
所述树脂基体是环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、EPAR树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、硅橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯醚橡胶、氯化聚乙烯橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、氟硅胶、顺丁橡胶、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(A/S)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PETP)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PBTP)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚砜(PSU)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚芳酯(PAR)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚苯酯或者聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或两种以上树脂形式的组合。
12.根据权利要求11所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其特征在于：所述热固性树脂基体中包括有固化剂，100重量份的热固性树脂基体中有3～45重量份的固化剂。
13.根据权利要求12所述的混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其特征在于：所述固化剂是脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺、改性芳胺、芳香族多胺、酸酐、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺以及酰肼中的一种及两种以上的组合。
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Effective date of registration: 20141217 Address after: 528315, No. 12, building B, west of Lecong Avenue, Lecong Town, Shunde District, Guangdong, Foshan, 110 Applicant after: FOSHAN SHUNDE BUAA ADVANCED TECHNOLOGY INDUSTRY BASE CO., LTD. Applicant after: Foshan New Hengcui Mstar Technology Co., Ltd. Address before: 100191 Haidian District, Xueyuan Road, No. 37, Applicant before: Ma Daoping Applicant before: Gao Yingming |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170807 Address after: 523808, Songshan Lake high tech Industrial Zone, Guangdong, 608, No. two, No. 2, Section 1, room 1, building No. 1, Dongguan Patentee after: Dongguan bee Aviation Technology Co., Ltd. Address before: 528315, No. 12, building B, west of Lecong Avenue, Lecong Town, Shunde District, Guangdong, Foshan, 110 Co-patentee before: Foshan New Hengcui Mstar Technology Co., Ltd. Patentee before: FOSHAN SHUNDE BUAA ADVANCED TECHNOLOGY INDUSTRY BASE CO., LTD. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20150408 Termination date: 20200719 |