CN103010316A - 一种复合材料板、其制备方法及自卸车车厢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料板，其包括两层蒙皮层，所述两层蒙皮层之间形成中间层并且设置有内加强梁，所述中间层内填充有芯材，在所述芯材与至少一层蒙皮层之间设置有外加强梁，在至少一层蒙皮层外设置有聚双环戊二烯层。本发明还公开了所述复合材料板的制备方法。本发明进一步公开了含有该复合材料板的自卸车车厢。本发明的自卸车车厢具有承载能力强，减重效果明显，节省油耗及减少二氧化碳排放，使用寿命长等特点。

Description

一种复合材料板、其制备方法及自卸车车厢

技术领域

本发明属于重型卡车制备技术领域，具体涉及一种复合材料板及其制备方法，以及含有该复合材料板的自卸车车厢。

背景技术

目前重型卡车的自卸车车厢一般采用钢材料制造。为保证其承载能力，多采用4-8mm厚的钢板制造，其加强梁的钢板的厚度也在4-8mm。因此，车厢的自重很大，占到整车重量的40％以上。

在汽车轻量化领域，国内外研究人员及技术人员主要通过以下三种技术途径来实现轻量化目标：采用新型材料、采用新式制备技术和优化汽车的结构设计。在材料选择方面，主要是以低密度材料替代钢铁材料以及使用高强度材料降低钢板厚度规格。目前国内外载货汽车上应用较多的轻量化材料有高强度钢、铝合金、镁合金等金属材料。但受到金属材料密度大的约束，轻量化效果并不十分理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是使车厢板材轻量化。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种复合材料板。

本发明还提供所述复合材料板的制备方法。

本发明进一步提供一种含有所述复合材料板的自卸车车厢。

本发明的复合材料板包括两层蒙皮层，所述两层蒙皮层之间形成中间层并且设置有内加强梁，所述中间层内填充有芯材，在所述芯材与至少一层蒙皮层之间设置有外加强梁，在至少一层蒙皮层外设置有聚双环戊二烯层。

各层厚度可以根据复合材料板的实际应用而有所不同。例如，用于制造车厢时，各层厚度可以根据车厢的载重情况进行设计。

优选地，在所述芯材与第一蒙皮层之间设置有外加强梁。进一步优选地，在第二蒙皮层外设置有聚双环戊二烯层。

聚双环戊二烯层作为增强纤维蒙皮层的保护层，能增加其耐磨、耐冲击性能。

所述蒙皮层采用增强纤维复合材料制备，其包含增强纤维和树脂基体，其中所述增强纤维的重量含量为30％-80％。

所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维和凯夫拉纤维的一种或多种。各种纤维可以以任意比例混合，但是需要注意的是，不同种类纤维含量将影响复合材料板的力学性能，例如增加碳纤维的含量会使复合材料板的抗张强度和模量随之增加，反之亦然。因此，不同纤维的比例取决于对复合材料板的力学性能要求以及应用时的成本要求。

所述增强纤维为所选纤维混编而成的纤维毡、机织纤维布、针织纤维布、编织纤维布、缝织纤维布、斜纹布、平纹布或单向布；或者为单一纤维编织而成，然后通过交替铺设而得的混杂铺层。

优选地，所述蒙皮层的增强纤维由碳纤维层和玻璃纤维层组成，所述玻璃纤维层覆盖在碳纤维层的外侧。

更优选地，所述增强纤维为24K以上大丝束碳纤维或其织物。

所述树脂基体选自环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂和酚醛树脂的一种或多种。同种类型不同型号的树脂混合时，由于其分子结构有所差异，因此可以提供不同的力学性能以及与纤维增强体之间的界面结合性。

所述芯材选自Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、铝蜂窝、聚氨酯蜂窝、聚氯乙烯蜂窝、聚丙烯蜂窝、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫和碳泡沫的一种或多种。

在本发明的一个实施方案中，所述内加强梁或外加强梁被所述蒙皮层中的增强纤维所覆盖。覆盖所述外加强梁的增强纤维的厚度至少为该蒙皮层厚度的1/3。

所述内加强梁和外加强梁的材料与所述蒙皮层的材料相同或者为预制成型的纤维复合材料。

所述内加强梁与外加强梁互成45°-90°角设置，优选互成90°角设置。所述内加强梁和外加强梁的横截面的形状彼此独立地为正方形、矩形、“工”字形或“ㄩ”字形。

本发明还提供制备上述复合材料板的方法，该方法包括如下步骤：在真空灌注模具上平铺第一蒙皮层，再依次铺设外加强梁、芯材、内加强梁和第二蒙皮层，在第二蒙皮层上铺设聚双环戊二烯层，并将所述第一和第二蒙皮层周边封闭；然后铺设导流织物和真空膜，密封模具，在所述模具与真空膜的结合处抽真空，至真空度达到0.1Mpa以下后，灌入树脂，固化成型。

其中，所述周边封闭的方式为缝合、胶连、重叠或搭靠。

所述内加强梁与外加强梁互成45°-90°角设置，优选互成90°角设置。

在放置外加强梁的位置，至少有1/3厚度的蒙皮层从外部包裹外加强梁。

本发明还提供一种自卸车车厢，其包括使用上述复合材料板制成的底板、前板、侧板和后厢板，其中所述底板、前板、侧板一体成型，所述后厢板单独成型并通过铰链与侧板连接。

本发明进一步提供所述自卸车车厢的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)采用反应注射成型法制备聚双环戊二烯板材；

(2)采用上述制备复合材料板的方法将聚双环戊二烯板材、蒙皮层和加强梁设置一体固化成型以形成车厢的底板、前板、侧板；

(3)采用上述制备复合材料板的方法将聚双环戊二烯板材、蒙皮层和加强梁固化形成车厢的后厢板；

(4)将所述后厢板与所述侧板通过铰链连接。

本发明的有益效果如下：

1.使用本发明的复合材料板制备的自卸车车厢采用全复合材料板梁结构并实现一体成型。外层的聚双环戊二烯层解决了常规增强纤维树脂基复合材料在受到冲击载荷时易出现的分层失效以及耐磨性差的问题。

2.复合材料板的加强结构与其它部分一体成型，解决了复合材料之间尤其是纵横梁之间的连接问题，增加了复合材料板材的整体刚度，使其可作为承力结构部件，具有更高的抗扭转、抗弯和承载能力。

3.通过本发明的方法制备的车厢适用于运载矿石、煤块、沙土及金属材料等货物，具承载能力高且耐磨，同时减重效果优异。以8.6米重型自卸车的挂车为例，可至少减重3500公斤以上，这将使车辆节省油耗40％左右，降低CO₂排放量约32％，单车年运营收入至少净增15万元。

4.本发明通过采用复合纤维材料板，实现了重型卡车自卸车车厢的轻量化，不仅可以提高自卸车的运营能力、降低能耗、减少二氧化碳及其他尾气排放，同时也可减少货运行业中的超载现象，确保行车及道路安全，具有经济、环保和安全三重效益。

附图说明

图1是本发明含复合材料板的自卸车车厢的左视图；

图2是本发明的复合材料板的纵向剖面图；

图3是本发明的复合材料板边缘部位的纵向剖面图。

图4是本发明的复合材料板的横向剖面图；

图5是本发明含复合材料板的自卸车车厢的主视图；

各附图标记的含义如下：1、铰链，2、车厢主体，3、聚双环戊二烯层，4、蒙皮层，5、中间层，6、碳纤维层，7、玻璃纤维层，8、内加强梁，9、外加强梁。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1 含有复合材料板的自卸车车厢及其制备方法

以下结合附图1-5对本实施例进行详尽说明。

(1)将24K大丝束碳纤维和玻璃纤维织物按照需要的截面形状，分别拉挤成型，制备出连续的增强纤维复合材料型材，并裁成车厢需要的规格；

(2)将聚双环戊二烯反应原料(RIMTEC公司，型号

2000，由A和B两种反应原料组成)按1∶1的比例混合均匀，通过注射头注射入板状车厢壳体组件的聚双环戊二烯壳体模具中，控制模具温度在82±2℃，待固化完成后取出聚双环戊二烯壳体组件3。

(3)依照车厢主体2形状加工一体成型模具，并在模腔中留出放置外加强梁9的空间(见图1)。

(4)将两层步骤(1)制得的玻璃纤维平纹布7及三层步骤(1)制得的碳纤维平纹布6以90°角交叉铺叠于真空辅助树脂传递模塑模具上，作为蒙皮层4，在厢板中部放置外加强梁9的位置，使用三层连续碳纤维平纹布6，平纹布两端至少延伸至所铺设的加强梁两侧距另一加强梁的中间位置，搭接于预先铺设的玻璃纤维平纹布7之上，这样，碳纤维平纹布6能够从外部包裹外加强梁9(见图2)。对于厢板边缘的外加强梁9同样使用碳纤维平纹布6从外加强梁9底部铺设，沿厢板边缘卷起，包裹外加强梁9、中间层5后，叠入另一侧的蒙皮层4中(见图3)。之后铺设泡桐木芯材并根据强度设计要求在芯材中间设置内加强梁8，内加强梁与外加强梁之间夹角为90°，芯材与加强梁铺设完毕后再次铺设外层蒙皮层所需碳纤维平纹布6及玻璃纤维平纹布7。铺设完毕后将织物沿周边进行缝合，之后将聚双环戊二烯壳体组件拼装铺设于最外层(见图4)。最后铺设导流织物和真空膜，密封模具与真空膜的结合处，抽真空至真空度达到0.1Mpa后，在模具中注入含有固化剂甲基四氢邻苯二甲酸酐及稀释剂C12醇缩水甘油醚、液体端羧基丁腈橡胶增韧剂、氧化铝及二硫化钼填料的双酚A型二缩水甘油醚环氧树脂胶液，控制蒙皮层纤维含量为50％，加热至80℃固化一体成型，获得车厢主体部分。

(5)按照上述步骤制备后车厢板，通过金属铰链1将后车厢板与车厢主体2相连，制成含有复合材料板的自卸车车厢(见图5)。

本实施例中，覆盖所述外加强梁的蒙皮层的厚度为该蒙皮层整体厚度的1/2，蒙皮层的纤维含量为50％。

实施例2 含有复合材料板的自卸车车厢及其制备方法

本实施例中，按实施例1同法制备本实施例的自卸车车厢，不同之处在于：

1.内加强梁与外加强梁互成60°角设置；

2.将玻璃纤维平纹布替换为芳纶纤维斜纹布；

3.以杉木、橡木各50％作为芯材；

4.将环氧树脂固化体系替换为乙烯基树脂固化体系；

5.覆盖所述外加强梁的蒙皮层的厚度为该蒙皮层整体厚度的1/3，蒙皮层的纤维含量为80％；

6.内加强梁和外加强梁的横截面的形状分别为正方形和“工”字形。

实施例3 含有复合材料板的自卸车车厢及其制备方法

本实施例中，按实施例1同法制备本实施例的自卸车车厢，不同之处在于：

1.内加强梁与外加强梁互成45°角设置；

2.将玻璃纤维平纹布替换为玄武岩纤维单向布；

3.以铝蜂窝、聚氨酯蜂窝各50％作为芯材；

4.将环氧树脂固化体系替换为聚氨酯树脂固化体系；

5.覆盖所述外加强梁的蒙皮层的厚度为该蒙皮层整体厚度的3/4，蒙皮层的纤维含量为30％；

6.内加强梁和外加强梁的横截面的形状分别为矩形和“ㄩ”字形。

本发明的实施例中主要采用24K碳纤维及其织物，其具有价格低、来源容易的优点，比重不到钢的1/4，抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的10倍左右，抗拉弹性模量为200-230Gpa，亦高于钢。环氧树脂增强碳纤维复合材料单向板抗拉强度达到1800～2100MPa，弹性模量达到110～120GPa。与同类型钢制自卸车车厢相比较，本发明含复合材料板的自卸车车厢具有优良的耐磨性、耐久性、抗冲击和抗扭转性能，减重3500公斤以上，使车辆节省油耗40％左右，降低CO₂排放量约32％，单车年运营收入至少净增15万元。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其主旨或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，而非限制性的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均包含在本发明的保护范围中。

Claims (10)

1.一种复合材料板，其特征在于，包括两层蒙皮层，所述两层蒙皮层之间形成中间层并且设置有内加强梁，所述中间层内填充有芯材，在所述芯材与至少一层蒙皮层之间设置有外加强梁，在至少一层蒙皮层外设置有聚双环戊二烯层。

2.根据权利要求1所述的复合材料板，其特征在于，所述蒙皮层包含增强纤维和树脂基体，其中所述增强纤维的重量含量为30％-80％。

3.根据权利要求2所述的复合材料板，其特征在于，所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维和凯夫拉纤维中的一种或多种；优选地，所述增强纤维由碳纤维层和玻璃纤维层组成，所述玻璃纤维层覆盖在碳纤维层的外侧；更优选地，所述增强纤维为24K以上大丝束碳纤维或其织物。

4.根据权利要求2所述的复合材料板，其特征在于，所述树脂基体选自环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂和酚醛树脂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的复合材料板，其特征在于，所述芯材选自Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、铝蜂窝、聚氨酯蜂窝、聚氯乙烯蜂窝、聚丙烯蜂窝、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫和碳泡沫中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的复合材料板，其特征在于，所述内加强梁和外加强梁的材料与所述蒙皮层的材料相同或者为预制成型的纤维复合材料。

7.根据权利要求1所述的复合材料板，其特征在于，所述内加强梁与外加强梁互成45°-90°角设置；所述内加强梁和外加强梁的横截面的形状彼此独立地为正方形、矩形、“工”字形或“ㄩ”字形。

8.一种制备权利要求1-7任一项所述复合材料板的方法，其特征在于，在真空灌注模具上平铺第一蒙皮层，再依次铺设外加强梁、芯材、内加强梁和第二蒙皮层，在第二蒙皮层上铺设聚双环戊二烯层，并将所述第一和第二蒙皮层周边封闭；然后铺设导流织物和真空膜，密封模具，在所述模具与真空膜的结合处抽真空，至真空度达到0.1Mpa以下后，灌入树脂，固化成型。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在放置外加强梁的位置，至少有1/3厚度的第一蒙皮层从外部包裹外加强梁。

10.一种自卸车车厢，其特征在于，包括由权利要求1-7任一项所述的复合材料板制成的底板、前板、侧板和后厢板，其中所述底板、前板、侧板一体成型，所述后厢板单独成型并通过铰链与侧板连接。

Images