CN104401277A - 一种汽车防撞结构件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种汽车防撞结构件及其制备方法,通过对碳纤维材料进行铺层叠置并同时与树脂材料进行热压复合,形成树脂纤维复合材料构件,然后将其与金属材料构件进行固定连接,得到的汽车防撞结构件既包括有碳纤维材料,又含有金属基层,不但保留了金属防撞构件强度大、韧性高等优势,满足了防撞结构件与车身结构件焊接连接的要求,而且充分利用了碳纤维材料密度低、质量轻、比模量及比强度优异、抗腐蚀性强、模态高等优点,使得所述汽车防撞构件具有质量轻、强度大、耐腐蚀、吸能能力优且在受到中低速碰撞时不会与车身产生脱落的等独特优势,更加有利于汽车行驶过程中的NVH控制,促进了碳纤维材料在汽车零部件中的广泛应用,市场前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于汽车零部件制造领域,具体涉及汽车防撞结构件的设计和制备,特别是包含碳纤维材料的汽车防撞结构件及其制备方法。
背景技术
轻量化目前已经成为世界汽车发展的潮流。汽车轻量化就是在保证汽车的强度和安全性能前提下,尽可能的降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。碳纤维复合材料是实现汽车轻量化的一种选择。随着碳纤维成本的下降以及加工工艺的提升,碳纤维复合材料在汽车的应用也已从赛车及豪华车逐渐转向了量产车型上。目前的研究方向是针对碳纤维复合材料的特点,加快碳纤维复合材料在汽车零部件领域的应用。
汽车防撞结构件,如汽车防撞横梁是作为吸收缓和外界冲击力的车身结构件,它的主要作用是在中低速碰撞时,吸收撞击力,从而减少对承载式车身的直接损伤,同时降低维修费用。目前的汽车防撞结构件基本上都是使用高强度的金属材料或合金材料制作,虽然强度高、耐撞击变形,但是具有以下缺点:质量较重,非常不利于整车轻量化的设计,抗腐蚀性差,严重影响使用寿命。目前也有提出直接使用碳纤维材料作为汽车防撞结构件的方案,但是目前碳纤维材料取代金属材料在汽车防撞结构件上的应用存在以下技术问题:作为防撞结构件的碳纤维材料自身强度及延伸率较低,韧性差,在受到外力冲击时容易发生破碎,尤其是在受到较大的偏置冲击力时,碳纤维材料汽车防撞结构件容易发生断裂,从而无法将受到的冲击能量传递给与其连接的吸能结构件以及汽车车身,容易造成较严重的安全事故,而且纯碳纤维材料无法与车身结构件实现焊接连接,这会导致受到撞击时防撞结构件容易与车身发生脱落分离。因此如何有效的将碳纤维材料应用于汽车防撞结构件的设计中,使其在实现汽车轻量化设计的同时能够很好的满足汽车的碰撞要求,对于促进碳纤维材料在汽车零部件技术领域的应用以及促进汽车的轻量化发展意义重大。
发明内容
本发明基于上述现有技术问题,创新的提出一种使用了碳纤维材料的汽车防撞结构件及其制备方法,本发明通过创新的对碳纤维材料进行铺层叠置并同时与树脂材料进行热压复合,形成树脂纤维复合材料构件,然后将其与金属材料构件进行胶-螺混合固定连接,使得所提供的汽车防撞结构件即包括有碳纤维材料,又含有金属基层,不但保留了金属防撞构件强度大、韧性高等优势,满足了防撞结构件与车身结构件焊接连接的要求,而且充分利用了碳纤维材料密度低、质量轻、比模量及比强度优异、抗腐蚀性强、模态高等优点,使得所提供的汽车防撞构件具有质量轻、强度大、耐腐蚀、吸能能力优且在受到中低速碰撞时不会与车身产生脱落的等独特优势,更加有利于汽车行驶过程中的NVH控制,大大促进了碳纤维材料在汽车零部件中的广泛应用,市场前景广阔。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下:
一种汽车防撞结构件,包括树脂纤维复合材料构件和金属材料构件,所述树脂纤维复合材料构件与金属材料构件通过胶粘连接和机械连接紧固在一起,所述树脂纤维复合材料构件由树脂和碳纤维材料热压复合而成,且所述的碳纤维材料具有固定取向方向,并按照以下铺层方案之一铺叠为多层:[0/45/-45/90]、[0/45/-45/90]2s、[0/45/-45/90/45/-45/0]s、[0/45/-45/90/45/-45/0]2s、[0/45/-45/90]4s,其中第一层碳纤维材料层的0°角取向方向沿着汽车防撞结构件的主要受力方向。
进一步的根据本发明所述的汽车防撞结构件,其中所述树脂纤维复合材料构件设置于外部,所述金属材料构件设置于内部,所述树脂纤维复合材料构件的内表面经胶黏剂粘接于金属材料构件的外表面,且在所述树脂纤维复合材料构件和金属材料构件的端部加工有连接通孔,通过螺栓或铆钉穿过所述连接通孔实现两者之间的机械连接。
进一步的根据本发明所述的汽车防撞结构件,其中所述树脂纤维复合材料构件的厚度占汽车防撞结构件总厚度的10-50%。
进一步的根据本发明所述的汽车防撞结构件,其中所述树脂纤维复合材料构件的厚度为0.5mm-2.5mm,所述金属材料构件的厚度为3mm。
进一步的根据本发明所述的汽车防撞结构件,其中所述碳纤维材料为具有固定取向方向的平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向经编织物中的一种或多种;所述树脂为热塑性树脂或热固性树脂,其中热塑性树脂选自热变形温度超过190℃的聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜中的一种或多种,热固性树脂选自环氧树脂、不饱和树脂、乙烯基树脂中的一种或多种;所述金属材料构件由冷轧钢或者金属铝制作。
进一步的根据本发明所述的汽车防撞结构件,其中所述碳纤维材料的铺层结构中含有泡沫夹芯材料层。
一种汽车防撞结构件的制备方法,包括以下步骤:步骤一、将具有固定取向方向的碳纤维材料按照[0/45/-45/90]、[0/45/-45/90]2s、[0/45/-45/90/45/-45/0]s、[0/45/-45/90/45/-45/0]2s中的其中一种铺层方案顺序铺叠放置于经清洁和脱模处理的模具中,其中第一层碳纤维材料层的0°角取向方向沿着汽车防撞结构件的主要受力方向,然后合上模具,并在60-70℃下保温30分钟以上;步骤二、将步骤一中的碳纤维铺层与热塑性树脂或热固性树脂热压复合形成树脂纤维复合材料构件;步骤三、将步骤二制得的树脂纤维复合材料构件与金属材料构件通过胶粘连接和机械连接紧固在一起,得到所述汽车防撞结构件。
进一步的根据本发明所述汽车防撞结构件的制备方法,其中步骤二中,当采用热塑性树脂时,通过快速热压成型工艺将热塑性树脂与碳纤维铺层热压复合在一起;当采用热固性树脂时,通过树脂传递模塑工艺或者热压罐工艺将热固性树脂与碳纤维铺层热压复合在一起。
进一步的根据本发明所述汽车防撞结构件的制备方法,其中所述碳纤维材料为具有固定取向方向的平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向经编织物中的一种或多种;所述热塑性树脂选自热变形温度超过190℃的聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜中的一种或多种,所述热固性树脂选自环氧树脂、不饱和树脂、乙烯基树脂中的一种或多种;所述金属材料构件由冷轧钢或者金属铝制作。
进一步的根据本发明所述汽车防撞结构件的制备方法,其中步骤三具体包括:(1)、将树脂纤维复合材料构件的内表面用600-800目的水砂纸进行打磨,之后用无水乙醇将打磨表面清洗干净;(2)对金属材料构件的外表面进行磷化处理;(3)待树脂纤维复合材料构件的打磨表面干燥后,在打磨表面涂上胶黏剂,然后与金属材料构件的经过磷化处理的外表面进行粘接;(4)待粘接固化后,在树脂纤维复合材料构件与金属材料构件的端部加工连接通孔,并借助螺栓或铆钉穿过所述连接通孔实现两者之间的机械连接。
通过本发明的技术方案至少能够达到以下技术效果:
1)、本发明基于碳纤维材料与树脂热压复合形成稳定的树脂纤维复合材料构件,然后将其与金属材料构件进行牢固连接制得汽车防撞结构件,创新的实现了碳纤维材料在汽车防撞结构件中的有效应用,存进了碳纤维材料的汽车零部件领域的应用和汽车的轻量化发展;
2)、本发明所提供的汽车防撞结构件既包括有碳纤维材料,又含有金属基层,不但保留了金属防撞构件强度大、韧性高等优势,满足了防撞结构件与车身结构件焊接连接的要求,而且充分利用了碳纤维材料密度低、质量轻、比模量及比强度优异、抗腐蚀性强、模态高等优点,使得所提供的汽车防撞构件具有质量轻、强度大、耐腐蚀、吸能能力优且在受到中低速碰撞时不会与车身产生脱落的等独特优势,更加有利于汽车行驶过程中的NVH控制,大大丰富了汽车防撞零部件的应用,市场前景广阔;
3)、本发明所述汽车防撞构件可以通过胶接、机械连接或焊接等多种方式与汽车吸能结构件进行连接,不但拆装操作简单,而且使用范围广阔,同时可重复回收利用,有利于降低整车成本。
附图说明
附图1为本发明所述汽车防撞结构件的整体组成结构示意图;
附图2为本发明所述汽车防撞结构件中碳纤维按照铺层方案[0/45/-45/90]的铺叠结构示意图;
附图3为使用RTM设备制备树脂纤维复合材料构件的结构示意图。
图中各附图标记的含义如下:
1-树脂纤维复合材料构件;2-金属材料构件;3-机械连接构件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述,以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明,但并不因此限制本发明的保护范围。
汽车防撞构件是汽车上作为吸收和缓冲外界冲击力的车身结构件,它的主要作用是在中低速碰撞时,有效吸收撞击力,从而减少对承载式车身的直接损伤,同时降低维修费用,常见的汽车防撞构件包括汽车防撞横梁、汽车防撞杆等。本发明创新的实现了碳纤维材料在汽车防撞构件中的应用,所提出的汽车防撞结构件如附图1所示的包括两部分,即树脂纤维复合材料构件1和金属材料构件2,这种汽车防撞构件相对于传统的金属汽车防撞构件不但充分利用了碳纤维材料密度低、质量轻、比模量及比强度优异、抗腐蚀性强、模态高等优点,而且有效的保留了金属防撞构件强度大、韧性高等优势,使得本发明所提供的汽车防撞构件具有质量轻、强度大、耐腐蚀、吸能能力优且在受到中低速碰撞时不会与车身产生脱落的等独特优势,更加有利于汽车行驶过程中的NVH控制,大大促进了碳纤维材料在汽车零部件中的广泛应用,市场前景广阔。
下面给出本发明所述汽车防撞结构件的具体制备过程,包括如下步骤:
步骤一、针对汽车防撞结构件的性能要求,结合所采用树脂和碳纤维材料的性能指标,通过有限元软件调整碳纤维材料层合板材的铺层层数、铺层方向及顺序等,并结合试验验证,确定能够满足汽车防撞结构件性能要求的铺层方案。通过若干次创新试验,以下铺层方案能够满足要求:[0/45/-45/90]、[0/45/-45/90]2s、[0/45/-45/90/45/-45/0]s、[0/45/-45/90/45/-45/0]2s、[0/45/-45/90]4s,各铺层方案中下标的2表示铺层再重复一次,下标的s表示对称铺层的意思,各铺层的展开情况:[0/45/-45/90]2s展开表示为:[0/45/-45/90/0/45/-45/90/90/-45/45/0/90/-45/45/0];
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各铺层方案的具体含义如下:因为所采用的碳纤维材料均具有固定的取向方向,因此各铺层方案中的数值表示每层碳纤维材料的取向方向角度(相对于第一层),以铺层方案[0/45/-45/90]为例,其含义为:将第一层碳纤维材料的取向方向设为0°角方向,第二层碳纤维材料层的取向方向相对于第一层碳纤维材料层的取向方向成45°,第三层碳纤维材料层的取向方向相对于第一层碳纤维材料层的取向方向成-45°,第四层碳纤维材料层的取向方向相对于第一层碳纤维材料层的取向方向成90°。附图2给出了[0/45/-45/90]这种铺层设计方案下各碳纤维材料层的取向布置。其他各铺层方案的含义类似,即首先将各铺层方案展开,然后根据展开式中各数字表示的角度分布选择各层的铺设取向方向,其中需要首先确定第一层的取向方向,其他各层的角度均是相对于第一层的。
步骤二、将碳纤维材料按照上述铺层方案之一顺序铺放入经过清洁和脱模剂处理的模具中,以附图2所示[0/45/-45/90]铺层方案为例,其中与受力方向平行的纤维取向定为0度角铺层取向,所述的受力方向为成型后汽车防撞结构件的受力方向,也就是使第一层碳纤维材料层的0°角取向方向沿着成型后汽车防撞结构件的主体受力方向,然后合上模具,并在60-70℃优选在65℃下保温30分钟以上。所述的碳纤维材料选择碳纤维织物,优选为平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向经编织物中的一种或多种,各碳纤维织物具有固定的取向方向。并且碳纤维织物中的纤维可选择玻璃纤维、Kevlar纤维,且在碳纤维织物的铺层过程中,亦可优选的将泡沫夹芯材料作为其中的铺设材料之一,从而与碳纤维、树脂等一起制备得到相应的碳纤维泡沫夹芯复合材料。
步骤三、制备树脂纤维复合材料构件1,将碳纤维织物按照上述铺设方案铺放入所述模具中后,然后在碳纤维织物铺层上浇注热塑性树脂或热固性树脂,通过热压工艺形成树脂纤维复合材料构件,当采用热塑性树脂时,优选通过快速热压成型工艺将热塑性树脂与碳纤维材料铺层压合在一起形成树脂纤维复合材料构件1;当采用热固性树脂时,优选通过树脂传递模塑(RTM)工艺或者是热压罐工艺将热固性树脂与碳纤维材料铺层热压复合制得树脂纤维复合材料构件。所述的热塑性树脂优选热变形温度超过190℃的性能优良的树脂,进一步优选为聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PES)等其中的一种;所述的热固性树脂优选环氧树脂、不饱和树脂以及乙烯基树脂等其中的一种。
步骤四、将树脂纤维复合材料构件1与金属材料构件2固定连接在一起,首先将上述制得的树脂纤维复合材料构件与金属材料构件通过胶黏剂进行粘接,其中树脂纤维复合材料构件1在外部,金属材料构件2在内部,如附图3所示的,这种粘接过程具体的包括:将上述制得的树脂纤维复合材料构件1用600目的水砂纸对其内表面进行打磨,之后用无水乙醇将打磨表面清洗干净,并对金属材料构件2的外表面进行磷化处理,待树脂纤维复合材料构件1的打磨表面干燥后涂上胶黏剂,然后与金属材料构件2的经过磷化处理的表面进行粘接并等其固化,得到汽车防撞结构件初始件;然后对汽车防撞结构件初始件进行机械紧固连接,在粘接在一起的树脂纤维复合材料构件1与金属材料构件2的四个顶角处钻孔并使用机械连接构件3(如螺栓)将树脂纤维复合材料构件1与金属材料构件2紧固连接,得到本发明所述的汽车防撞结构件,其中所述的金属材料构件2可选用冷轧钢或者铝材制作。所述的树脂纤维复合材料构件1与金属材料构件2的形状相同或相接近,优选都具有弧形结构或为平板结构。
本发明所制得的这种汽车防撞结构件由于其中包括金属材料部分,在使用中借助其中的金属材料构件可直接与汽车吸能结构件进行焊接连接,保证了连接强度;同时这种汽车防撞结构件利用金属构件保证了强度,且组成结构中包含有碳纤维材料,且在汽车防撞结构件的整体厚度中,树脂纤维复合材料构件部分的厚度占到10-50%,整体重量相对于纯金属结构件可减轻10%以上,通过控制厚度比例最大可达到30%以上,同时最大碰撞吸能相对于纯金属构件可提高30%以上。优选的在汽车防撞结构件中树脂纤维复合材料构件部分的厚度从0.5mm到2.5mm,其中金属材料构件(铝,型号为6061)的厚度为3mm。
以下结合具体实施例(以汽车防撞横梁为例)对本发明所述方案进行进一步的描述,各实施例在树脂纤维复合材料构件的制备中优选的采用热固性树脂,进一步优选的所述热固性树脂由Momentive公司生产的牌号为EPON135树脂和EPON1366固化剂组成,并优选通过树脂传递模塑(RTM)工艺进行热固性树脂和碳纤维材料的压合。金属材料构件中优选的采用金属铝(6061)。对于其他热固性树脂、以及热塑性树脂、其他金属材料与此类似,而且无论是通过RTM工艺还是通过快速热压成型工艺,对于最终形成的树脂纤维复合材料构件以及汽车防撞结构件的整体性能影响不大,影响较大的则是树脂纤维复合材料构件中各纤维层的铺层方案,因此下述各实施例主要以不同的纤维铺层方案为例进行说明,亦可采用其他技术实现将树脂固化于层叠纤维上。
实例一
制备汽车防撞横梁,包括以下步骤:
(1)将3K的T700单向织物碳纤维按照[0/45/-45/90]的铺层顺序放入经过清洁和脱模剂处理的模具中,其中与受力方向平行的纤维取向定为0度铺层取向,合上模具,65℃下保温30分钟;
(2)采用如附图3所示的RTM设备将热固性树脂与碳纤维材料铺层热压复合在一起制得树脂纤维复合材料构件,具体的如附图3所示的,所述的RTM设备包括贮胶罐、树脂罐、固化剂罐、混合浇注口和传输管道,所述的贮胶罐、树脂罐和固化剂罐通过传输管路连接于混合浇注口,所述混合浇注口的出胶口正对单向织物铺层模具的浇注入口,所述的热固性树脂选择牌号为Momentive公司的EPON135树脂/EPON1366固化剂,其中EPON135树脂置于RTM设备的树脂罐中,EPON1366固化剂置于RTM设备的固化剂罐中,并在RTM设备中将树脂罐、固化剂罐的温度及其传输管路的温度都设置为65℃,之后通过压力将PON135树脂、EPON1366固化剂以及黏胶分别通过相应的传输管道中压到混合浇注口混合后,一起注入到放置有纤维铺层的模具中,其中EPON135树脂: EPON1366固化剂=100:32(体积比),注射前模具内抽真空,等出胶口出胶并且出的胶中没有气泡出现,停止注射,将模具保温2小时,开模后将制备得到的树脂纤维复合材料构件取出,放入120℃的烘箱中3小时进行后固化处理,制得树脂纤维复合材料构件。
(3)将树脂纤维复合材料构件从烘箱中取出,冷却后使用600目的水砂纸对其内表面进行打磨,之后用无水乙醇将打磨处清洗干净,干燥后涂上胶黏剂,并将其与表面经过磷化处理的铝(6061)材料构件粘接并等其固化,得到汽车防撞横梁初始件。
(4)将上述步骤得到的汽车防撞结构件初始件四周顶角处钻孔并采用M6螺栓进行连接,得到最终的汽车防撞横梁,具体如附图1所示,经测试对比该结构件相对于完全采用6061Al材料制备的同样大小的汽车防撞横梁约减重11.1%。
实例二
将上述实施例一中的单向织物铺层方案调整为[0/45/-45/90]2s,其他所有步骤不变,得到的汽车防撞横梁相比于全铝制防撞横梁减重约为15.9%。
实例三
将上述实施例一中的单向织物铺层方案调整为[0/45/-45/90/45/-45/0]s,其他所有步骤不变,得到的汽车防撞横梁相比于全铝制防撞横梁减重约为17.1%。
实例四
将上述实施例一中的单向织物铺层方案调整为[0/45/-45/90]4s,其他步骤不变,得到的汽车防撞横梁相比于全铝制防撞横梁减重约为28.6%。
实例五
将上述实施例一中的单向织物铺层方案调整为[0/45/-45/90/45/-45/0]2s,其他步骤不变,得到的汽车防撞横梁相比于全铝制防撞横梁减重约为30.3%。
作为性能测试对比,将上述各实施例所得到的汽车防撞横梁与汽车吸能结构件通过焊接的方式进行连接,然后采用60Kg的冲击头对防撞横梁及吸能结构件进行冲击试验,冲击时速度为55Km/h,冲击后各实施例中汽车防撞横梁的铝制件部分仍然与吸能结构件相连接,并没有发生中间断裂现象,其中实施例一树脂纤维复合材料构件发生了部分断裂和分层,实施例二中的树脂纤维复合材料构件并未发生完全断裂现象,实施例三中的树脂纤维复合材料构件并未发生完全断裂现象,但出现小部分断裂,实施例四和五中的树脂纤维复合材料构件并未发生完全断裂现象,但出现了部分分层的现象。
同时作为对比例,将由对应同样厚度的纯铝汽车防撞横梁与汽车吸能结构件通过焊接的方式进行连接,其受到60Kg的冲击头在冲击速度为55Km/h冲击时,防撞横梁吸收能量为1263J。上述实施例一汽车防撞横梁的吸收能量为1404J,相对于对比例提高了11.2%,实施例二汽车防撞横梁的吸收能量为1451J,相对于对比例提高了14.9%,实施例三汽车防撞横梁的吸收能量为1457J,相对于对比例提高了15.4%,实施例四的汽车防撞横梁的吸收能量为1628J,相对于对比例提高28.9%,实施例五的汽车防撞横梁的吸收能量为1654J,相对于对比例提高31%。
可见本发明所制得的汽车防撞结构件由于其中包括金属材料构件,不但使得汽车防撞结构件能够方便的焊接连接于汽车车身,而且焊接连接强度接近纯金属制的防撞结构件,在上述防撞试验中金属材料构件并未与吸能结构件发生撞击分离现象,保证了汽车防撞结构件与汽车的高强度连接;同时所述汽车防撞结构件的组成结构中包含有树脂纤维复合材料构件,通过选择本发明创新的纤维铺层结构,并调整整体厚度,使得这种汽车防撞结构件的整体重量相对于传统纯金属结构件可减轻10%以上,在不影响使用性能的前提下最大可减轻重量30%以上,尽管上述试验中部分实施例的树脂纤维复合材料构件发生了部分断裂和分层,但是能够满足整个汽车防撞结构件的试验要求,同时也充分显示了其碰撞吸收能力强的特点,经上述测试本发明所述的这种汽车防撞结构件在冲击碰撞下最大碰撞吸能相对于纯金属构件可提高30%以上,能够很好的满足车用部件的碰撞使用要求。综上本发明所提供的汽车防撞构件具有质量轻、强度大、耐腐蚀、吸能能力优且在受到中低速碰撞时不会与车身产生脱落的等独特优势,更加有利于汽车行驶过程中的NVH控制,大大促进了碳纤维材料在汽车零部件中的广泛应用,市场前景广阔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽车防撞结构件,其特征在于,包括树脂纤维复合材料构件和金属材料构件,所述树脂纤维复合材料构件与金属材料构件通过胶粘连接和机械连接紧固在一起,所述树脂纤维复合材料构件由树脂和碳纤维材料热压复合而成,且所述的碳纤维材料具有固定取向方向,并按照以下铺层方案之一铺叠为多层:[0/45/-45/90]、[0/45/-45/90]2s、[0/45/-45/90/45/-45/0]s、[0/45/-45/90/45/-45/0]2s、[0/45/-45/90]4s,其中第一层碳纤维材料层的0°角取向方向沿着汽车防撞结构件的主要受力方向。
2.根据权利要求1所述的汽车防撞结构件,其特征在于,所述树脂纤维复合材料构件设置于外部,所述金属材料构件设置于内部,所述树脂纤维复合材料构件的内表面经胶黏剂粘接于金属材料构件的外表面,且在所述树脂纤维复合材料构件和金属材料构件的端部加工有连接通孔,通过螺栓或铆钉穿过所述连接通孔实现两者之间的机械连接。
3.根据权利要求1所述的汽车防撞结构件,其特征在于,所述树脂纤维复合材料构件的厚度占汽车防撞结构件总厚度的10-50%。
4.根据权利要求3所述的汽车防撞结构件,其特征在于,所述树脂纤维复合材料构件的厚度为0.5mm-2.5mm,所述金属材料构件的厚度为3mm。
5.根据权利要求1所述的汽车防撞结构件,其特征在于,所述碳纤维材料为具有固定取向方向的平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向经编织物中的一种或多种;所述树脂为热塑性树脂或热固性树脂,其中热塑性树脂选自热变形温度超过190℃的聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜中的一种或多种,热固性树脂选自环氧树脂、不饱和树脂、乙烯基树脂中的一种或多种;所述金属材料构件由冷轧钢或者金属铝制作。
6.根据权利要求1所述的汽车防撞结构件,其特征在于,所述碳纤维材料的铺层结构中还含有泡沫夹芯材料层。
7.一种汽车防撞结构件的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、将具有固定取向方向的碳纤维材料按照[0/45/-45/90]、[0/45/-45/90]2s、[0/45/-45/90/45/-45/0]s、[0/45/-45/90/45/-45/0]2s中的其中一种铺层方案顺序铺叠放置于经清洁和脱模处理的模具中,其中第一层碳纤维材料层的0°角取向方向沿着汽车防撞结构件的主要受力方向,然后合上模具,并在60-70℃下保温30分钟以上;
步骤二、将步骤一中的碳纤维铺层与热塑性树脂或热固性树脂热压复合形成树脂纤维复合材料构件;
步骤三、将步骤二制得的树脂纤维复合材料构件与金属材料构件通过胶粘连接和机械连接紧固在一起,得到所述汽车防撞结构件。
8.根据权利要求7所述汽车防撞结构件的制备方法,其特征在于,其中步骤二中,当采用热塑性树脂时,通过快速热压成型工艺将热塑性树脂与碳纤维铺层热压复合在一起;当采用热固性树脂时,通过树脂传递模塑工艺或者热压罐工艺将热固性树脂与碳纤维铺层热压复合在一起。
9.根据权利要求7所述汽车防撞结构件的制备方法,其特征在于,所述碳纤维材料为具有固定取向方向的平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向经编织物中的一种或多种;所述热塑性树脂选自热变形温度超过190℃的聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜中的一种或多种,所述热固性树脂选自环氧树脂、不饱和树脂、乙烯基树脂中的一种或多种;所述金属材料构件由冷轧钢或者金属铝制作。
10.根据权利要求7所述汽车防撞结构件的制备方法,其特征在于,其中步骤三具体包括:(1)、将树脂纤维复合材料构件的内表面用600-800目的水砂纸进行打磨,之后用无水乙醇将打磨表面清洗干净;(2)对金属材料构件的外表面进行磷化处理;(3)待树脂纤维复合材料构件的打磨表面干燥后,在打磨表面涂上胶黏剂,然后与金属材料构件的经过磷化处理的外表面进行粘接;(4)待粘接固化后,在树脂纤维复合材料构件与金属材料构件的端部加工连接通孔,并借助螺栓或铆钉穿过所述连接通孔实现两者之间的机械连接。
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