CN105315619B - 一种纤维增强汽车保险杠吸能盒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维增强汽车保险杠吸能盒及其制备方法，包括盒体和连接装置，连接装置设置在盒体两端，盒体通过连接装置连接在保险杠和汽车之间，所述盒体由三维编织复合材料制成，所述三维编织复合材料由纤维三维编织制成的三维编织增强骨架注入树脂加热固化制备。纤维具有质量轻、力学性能优异等特点，树脂既具有良好的力学性能，又具备良好的韧性，弹性好，吸收能力多，所以通过本发明吸能盒质量轻、性能好，能够减轻汽车重量，使汽车节能、减排。
Description
技术领域
本发明涉及一种保险杠吸能盒，特别涉及一种纤维增强汽车保险杠吸能盒及其制备方法。
背景技术
吸能盒是汽车吸能、防撞的有效构件之一，能够提高乘客和汽车的使用安全，它可以在汽车发生低速碰撞时吸收能量，有效的减少碰撞对汽车带来的影响。目前使用的吸能盒都是使用金属材料制备的，通过螺栓和汽车连接。金属材料的吸能盒能够吸收碰撞的能量，但是吸收的能量有限，而且质量较大。
所以需要开发一种质量轻，吸收能量大，生产工艺简单，生产效率高的汽车吸能盒。
发明内容
为解决上述问题，本发明通过了一种质量轻、吸收能量大、缺陷少、强度高、生产效率高、安全性好的汽车保险杠吸能盒及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种纤维增强汽车保险杠吸能盒，包括盒体和连接装置，连接装置设置在盒体两端，盒体通过连接装置连接在保险杠和汽车之间，所述盒体由三维编织复合材料制成，所述三维编织复合材料由纤维三维编织制成的三维编织增强骨架注入树脂加热固化制备。纤维具有质量轻、力学性能优异等特点，树脂既具有良好的力学性能，又具备良好的韧性，弹性好，吸收能力多，通过三维编织提高吸能盒的力学性能，而且三维编织增强骨架通过编织一次成型，不存在传统金属吸能盒的焊点和焊缝，使吸能盒更加结实、牢固，所以本发明吸能盒质量轻、性能好，能够减轻汽车重量，使汽车节能、减排。
优选的，所述盒体与连接装置一体成型。保证了连接装置与盒体连接的稳定性，从而使吸能盒能够与保险杠和汽车连接的更加牢固。
优选的，所述盒体为实心结构，轴向截面为圆形或多边形。与传统的空芯铝合金吸能盒相比，仅从结构角度考虑，实芯的吸能盒能够吸收更多的能量，在同样的撞击力度下，实芯结构变形更小，在同样的变形情况下，实芯结构吸收的能量更多，所以实芯结构能够提升汽车的防撞能力。
优选的，所述连接装置为法兰或连接耳片。采用连接螺栓通过法兰或连接耳片可方便的将吸能盒连接保险杠和汽车，也能够轻易地进行拆卸。
优选的，所述三维编织增强骨架由三维编织机编织一次成型，为三维三向、三维四向、三维五向、三维六向或三维七向，三维编织使增强纤维在空间多向增强。通过不同的三维编织方式能够制备成不同强度的三维编织增强骨架。
优选的，所述纤维是高性能纤维。高性能纤维是具有特殊的物理化学结构、性能和用途，或具有特殊功能的化学纤维，一般指强度大于17.6cN/dtex，弹性模量在440cN/dtex以上的纤维，其具有质量轻、力学性能优异等优良性能，能够进一步减轻吸能盒质量，从而减轻汽车重量。
进一步优选的，所述高性能纤维为碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或几种。碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、氨纶纤维、聚乙烯纤维等高性能纤维都具有优良的力学性能，碳纤维、玻璃纤维强度高，芳纶纤维、聚乙烯纤维韧性好，优化组合使用这些纤维作为吸能盒骨架能够使吸能盒具有良好的强度，同时又具有一定的韧性，在保持外形的同时能够吸收撞击等外界能量，减少车内人员的不适感，当遇到强烈撞击时保护车内人员的人身安全。
优选的，所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂或氰酸酯树脂等树脂中的一种或几种。此树脂制得吸能盒的性能最好。能满足工艺要求的其它树脂也可以使用，但优选以上几种，因为以上几种树脂力学性能好、生产工艺成熟、容易购买且质量稳定、加工工艺性好，能够满足本发明的加工工艺要求和产品的力学性能。
优选的，所述纤维的体积含量为30％～70％。纤维体积含量过少，则纤维的增强作用有限，纤维体积含量过多，则制品刚性过大，容易分层，而且实际加工时加工困难，较难达到。
一种纤维增强汽车保险杠吸能盒制备方法，步骤为：
1)将纤维用三维编织机编织为三维编织增强骨架；
2)将三维编织增强骨架放入定型模具中并密封于真空袋后抽真空，真空度为0.01MPa～0.1MPa；
3)注入基体树脂，使树脂充分浸渍三维编织增强骨架，然后加热固化，加热温度为40℃～300℃。能够制备出质量轻、具有良好的韧性、弹性好、吸收能力多等性能良好的吸能盒，真空袋成型方法产品质量可控性好，操作性强。
本发明的有益效果为：
(1)通过本发明提供的方法制备的汽车吸能盒质量轻，使汽车节能、减排、环保。
(2)通过本发明提供的方法制备的汽车吸能盒吸收能量大，力学性能好，安全性高。
(3)本发明提供的制备方法操作简单、质量可控性好。
附图说明
图1为本发明实施例1-2的俯视图；
图2为实施例1的A-A面的剖视图；
图3为实施例2的A-A面的剖视图；
图4为实施例3的俯视图；
图5为实施例3的主视图；
其中，1、盒体，2、法兰，3、连接螺栓，4、连接耳片。
具体实施方式
实施例1
如图1、2所示，一种纤维增强汽车保险杠吸能盒，包括盒体1和法兰2，法兰2设置在盒体1两端，且法兰2与盒体1一体成型，使用12k、T700碳纤维在三维编织机上采用三维三向编织三维编织增强骨架，吸能盒由三维编织增强骨架和环氧体系树脂通过真空袋注胶加热固化成型。12k、T700碳纤维的体积含量为50％。盒体1为实心结构，轴向截面为圆形，直径为12cm。
其制备步骤为：
1)将12k、T700碳纤维用三维编织机采用三维三向编织成三维编织增强骨架；
2)将三维编织增强骨架放入定型模具中并密封与真空袋后抽真空，真空度0.08MPa；
3)导入环氧体系树脂(环氧体系树脂由50％双酚A型E51环氧树脂+45％甲基四氢苯酐固化剂+5％DMP-30促进剂组成)，使树脂充分浸渍三维编织增强骨架，在烘箱中按照设定的温度梯度固化成型，设定的温度梯度为80℃/1h+120℃/1h+140℃/1h。待固化成型后，取出本体，在本体延伸部分钻孔形成法兰2，其中，孔的尺寸为1cm。
制备好后，吸能盒通过连接螺栓3和法兰2连接汽车和保险杠。
实施例2
如图1、3所示，一种纤维增强汽车保险杠吸能盒，包括盒体1和法兰2，法兰2设置在盒体1两端，且法兰2与盒体1一体成型，使用芳纶和高模量聚乙烯纤维在三维编织机上采用三维五向编织三维编织增强骨架，吸能盒由三维编织增强骨架和环氧体系树脂通过真空袋注胶加热固化成型。芳纶和高模量聚乙烯纤维的总体积含量为70％。盒体1为实心结构，轴向截面为正四边形，边长为12cm。
其制备步骤为：
1)将芳纶和高模量聚乙烯纤维用三维编织机采用三维五向编织成三维编织增强骨架，其中，芳纶纤维的体积含量为40％，高模量聚乙烯纤维的体积模量为60％；
2)将三维编织增强骨架放入定型模具中并密封与真空袋后抽真空，真空度0.01MPa；
3)导入酚醛树脂，使树脂充分浸渍三维编织增强骨架，在烘箱中按照设定的温度梯度固化成型，设定的温度梯度为100℃/1h+140℃/2h+170℃/2h。待固化成型后，取出本体，在本体延伸部分钻孔形成法兰2，其中，孔的尺寸为1.2cm。
制备好后，吸能盒通过连接螺栓3和法兰2连接汽车和保险杠。
实施例3
如图4、5所示，一种纤维增强汽车保险杠吸能盒，包括盒体1和连接耳片4，连接耳片4设置在盒体1两端，且连接耳片4与盒体1一体成型，使用12k、T700碳纤维在三维编织机上采用三维四向编织三维编织增强骨架，吸能盒由三维编织增强骨架和环氧体系树脂通过真空袋注胶加热固化成型。12k、T700碳纤维的体积含量为30％。盒体1为实心结构，轴向截面为正四边形，边长为12cm。
其制备步骤为：
1)将12k、T700碳纤维用三维编织机采用三维四向编织成三维编织增强骨架；
2)将三维编织增强骨架放入定型模具中并密封与真空袋后抽真空，真空度0.1MPa；
3)导入聚氨酯树脂，使树脂充分浸渍三维编织增强骨架，在烘箱中按照设定的温度梯度固化成型，设定的温度梯度为40℃/1h+140℃/2h+300℃/2h。待固化成型后，取出本体，在本体延伸部分钻孔形成连接耳片4，其中，孔的尺寸为1.2cm。
制备好后，吸能盒通过连接螺栓3和连接耳片4连接汽车和保险杠。
实施例4
本实施例与实施例3相同，不同之处在于：使用玻璃纤维在三维编织机上采用三维五向编织三维编织增强骨架，树脂为聚氨酯树脂。
实施例5
本实施例与实施例3相同，不同之处在于：使用玄武岩纤维在三维编织机上采用三维七向编织三维编织增强骨架，树脂为酚醛树脂。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种纤维增强汽车保险杠吸能盒，其特征是，包括盒体和连接装置，连接装置设置在盒体两端，盒体通过连接装置连接在保险杠和汽车之间，所述盒体由三维编织复合材料制成，所述三维编织复合材料由纤维三维编织制成的三维编织增强骨架注入树脂加热固化制备；
所述盒体为实心结构，轴向截面为圆形或多边形；所述三维编织增强骨架由三维编织机编织一次成型，为三维三向、三维四向、三维五向、三维六向或三维七向，三维编织使增强纤维在空间多向增强，所述纤维的体积含量为30％～70％。
2.如权利要求1所述的一种纤维增强汽车保险杠吸能盒，其特征是，所述盒体与连接装置一体成型。
3.如权利要求1所述的一种纤维增强汽车保险杠吸能盒，其特征是，所述连接装置为法兰或连接耳片。
4.如权利要求1所述的一种纤维增强汽车保险杠吸能盒，其特征是，所述纤维是高性能纤维。
5.如权利要求4所述的一种纤维增强汽车保险杠吸能盒，其特征是，所述高性能纤维为碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的一种纤维增强汽车保险杠吸能盒，其特征是，所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、氰酸酯树脂中的一种或几种。
7.一种权利要求1～6任一所述的纤维增强汽车保险杠吸能盒的制备方法，其特征是，步骤为：
1)将纤维用三维编织机编织为三维编织增强骨架；
2)将三维编织增强骨架放入定型模具中并密封与真空袋后抽真空，真空度为0.01MPa～0.1MPa；
3)注入基体树脂，使树脂充分浸渍三维编织增强骨架，然后加热固化，加热温度为40℃～300℃。
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