CN105462170A - 一种纤维增强汽车保险杠及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强汽车保险杠及其制备方法，包括纤维增强塑料面板和恢复气囊，恢复气囊安装在纤维增强塑料面板和车体之间，纤维增强塑料面板由多层二维纤维布浸渍基体树脂后压制而成，所述恢复气囊靠近纤维增强塑料面板的一侧的内侧或外侧设置加热装置。将二维纤维布浸渍树脂后，按顺序铺在预热好的模具上，合上模具后加热加压固化，加热温度为50-350℃，加压压力为1～500MPa，得到纤维增强塑料面板。本发明的保险杠更加安全，在较轻外力作用下时，可在恢复气囊的作用力下自行恢复；本发明的保险杠在受到较大外力作用下，通过增强气囊压力，启动加热装置来提高纤维增强塑料面板的温度来恢复保险杠的形变。

Description

一种纤维增强汽车保险杠及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车保险杠领域，具体涉及一种纤维增强汽车保险杠及其制备方法。

背景技术

汽车保险杠是汽车的必备配件之一，在汽车受到撞击时能够起到吸能、缓冲的作用。许多年前，汽车前后保险杠是用钢板冲压成槽钢，与车架纵梁铆接或焊接在一起的，与车身有一段较大的间隙，看上去十分不美观。随着汽车工业的发展和工程塑料在汽车工业的大量应用，汽车保险杠作为一种重要的安全装置也走向了革新的道路。今天的轿车前后保险杠都是塑料制成的，人们称为塑料保险杠。一般汽车的塑料保险杠是由外板、缓冲材料和横梁三部分组成，其中，外板和缓冲材料用塑料制成，横梁用冷轧薄板冲压而成U形槽，外板和缓冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝连接，可以随时拆卸下来。

金属或者塑料材质的保险杠的质量较重，而且在受到撞击时易变形，变形不可恢复，使用寿命较短，成本较大。所以需要开发一种质量轻、制作简单、安全性能高、可恢复变形的汽车保险杠。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，提供一种纤维增强汽车保险杠及其制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明的具体方案为：

一种纤维增强汽车保险杠，包括纤维增强塑料面板和恢复气囊，恢复气囊安装在纤维增强塑料面板和车体之间，纤维增强塑料面板由多层二维纤维布浸渍基体树脂后压制而成，在恢复气囊靠近纤维增强塑料面板的一侧的内部或在恢复气囊与纤维增强塑料面板之间设置加热装置。

当保险杠处于正常状态时，恢复气囊充满保险杠与纤维增强塑料面板之间，当发生撞击，保险杠产生形变时，恢复气囊发生形变，起到缓冲的作用，有效防止了保险杠的变形，保护了车体。当保险杠变形以后，加热装置启动后，会产生热量，热量的扩散使纤维增强塑料面板也变热，使纤维增强塑料面板的刚度减小，在保险杠变形较大时，可以向气囊内充入气体，在气囊向外的作用力下，使向内凹陷的变形恢复。

优选的，所述恢复气囊的个数为两个以上，多个恢复气囊分布在纤维增强塑料面板的不同部位。

对纤维增强塑料面板整体加热后，利用恢复气囊恢复纤维增强塑料面板的形状时，容易导致形状恢复过度。当恢复气囊为多个时，保险杠发生形变后，选择性地向对应位置的恢复气囊充入气体，并选择性地加热纤维增强塑料面板的局部，只恢复局部的形状，有效防止了纤维增强塑料面板形状恢复过度的发生。

优选的，所述加热装置为碳纤维加热线。碳纤维加热线的强度高，升温速度快，且电热转换效率高，节省能源。

优选的，所述恢复气囊的材料为耐高温橡胶，气囊内充有惰性气体。惰性气体可以用来吸收外界的作用力，起到缓冲的作用，避免汽车产生更大的损坏。

优选的，所述恢复气囊上设置充放气口。在保险杠发生撞击，产生形变后，在给加热装置加热的同时，向恢复气囊内充气，可以使保险杠更快恢复形状。

优选的，所述纤维增强塑料面板通过弹簧支座固定在车体上。当保险杠的最外层纤维增强面板受到外界作用时，弹簧支座给予纤维增强塑料面板一定的支持力，使其抵御外界的作用；当受到的外界作用过大，纤维增强塑料面板发生向内形变时，弹簧支座的弹簧受到压缩，能够缓冲、减轻对车体带来的作用，同时，当外界作用消失时，弹簧的恢复形变力会在一定程度上恢复纤维增强塑料面板的变形。弹簧支座是一个现有的装置，弹簧支座的两个端面带有螺栓孔，通过两端的螺栓分别于汽车车体和纤维增强塑料面板连接，两个端面通过中间的弹簧连接。

优选的，所述纤维增强塑料面板的厚度为10-100mm。

优选的，所述二维纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布、氨纶纤维布、聚乙烯纤维布或聚丙烯腈纤维中的一种或多种。纤维增强塑料面板的重量小，可以有效减小汽车的负重。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、氨纶纤维、聚乙烯纤维韧性好，聚丙烯腈纤维具有阻燃性，优化组合使用这些纤维布作为增强纤维使得纤维增强塑料面板具有良好的强度，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，所述基体树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、聚醚醚铜或聚丙烯腈纤维中的一种或多种；或环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂或聚氨酯树脂中的一种或多种。

所述纤维增强塑料面板的制备方法，包括如下步骤：将二维纤维布浸渍树脂后，按顺序铺在预热好的模具上，合上模具后加热加压固化，加热温度为50-350℃，加压压力为1-500MPa，得到纤维增强塑料面板；

将纤维增强塑料面板通过弹簧支座固定在车体上；

在纤维增强塑料面板于车体之间安装带有加热装置的恢复气囊，使加热装置的一侧朝向纤维增强塑料面板设置。

采用压板工艺制备的面板，面板平整度高、精度控制好，而且生产效率高，产品差异性小。

优选的，所述制备方法制备得到的纤维增强塑料面板的纤维体积含量为30％-80％。纤维体积含量是通过温度和压力的调整来控制的。

本发明的有益效果为：

1)本发明的增强纤维使得纤维增强塑料面板具有良好的强度，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；增强纤维制得的纤维增强塑料面板的质量轻，可显著减轻汽车负载，减少汽车油耗，节能、环保；

2)本发明的保险杠更加安全，采用纤维增强塑料面板、恢复气囊和弹簧支座组合的三重减震、防撞设施)，在较轻外力作用下时，纤维增强塑料面板能够抵抗轻微外力；当外力增大，纤维增强塑料面板发生变形，恢复气囊的弹性也能够吸收部分能量，减少外力对车体的作用；当受到较大外力作用时，纤维增强塑料面板和恢复气囊不能够吸收时，弹簧支座能够继续吸收外界的作用力。因此本发明的保险杠更加安全、可靠。

3)本发明的保险杠在受到较大外力作用下，通过增强气囊压力，启动加热装置来提高纤维增强塑料面板的温度来恢复保险杠的形变。

附图说明

图1为本发明的保险杠的结构示意图；

图2为本发明的恢复气囊的结构示意图；

图3为实施例4的结构示意图。

其中，1、纤维增强塑料面板，2、恢复气囊，2-1碳纤维加热线，2-2充放气口，3、弹簧支座，4、车体。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种纤维增强汽车保险杠，包括纤维增强塑料面板1和恢复气囊2，恢复气囊2安装在纤维增强塑料面板1和车体7之间，纤维增强塑料面板1由多层二维纤维布浸渍基体树脂后压制而成，所述恢复气囊2靠近纤维增强塑料面板1的一侧的内侧或外侧设置碳纤维加热线2-1。恢复气囊2上设置充放气口2-2，纤维增强塑料面板1通过弹簧支座3固定在车体4上，弹簧支座3的两端为分别与纤维增强塑料面板1和车体4固定连接的连接件，弹簧支座3的中间为弹簧。恢复气囊2的个数为1个。

纤维增强汽车保险杠的制备方法，包括如下步骤：

首先制备纤维增强塑料面板1，采用10层3k碳纤维平纹布和10层3k碳纤维斜纹布，将碳纤维平纹布和碳纤维斜纹布浸渍在环氧树脂中(50％E51环氧树脂+45％甲基四氢苯酐+2％DMP-30促进剂+3％橡胶增韧颗粒)，浸胶后，按照平纹布和斜纹布交替的顺序铺在模具上，平纹布在最底层，斜纹布在最顶层，模具预热温度为65℃，铺放好后合上模具，加压压力为30MPa，固化程序为80℃2h+100℃2h+120℃2h，固化结束后开模，将纤维增强板取出，将纤维增强塑料面板1取出，纤维增强塑料面板1的厚度为20mm，纤维增强塑料面板1的纤维体积含量为50％，在纤维增强塑料面板1的四个角分别钻孔，将四个紧固螺栓从四个孔中穿过和弹簧支座3连接，弹簧支座3的另一端和车体4连接。在纤维增强塑料面板1和车体4之间装有恢复气囊2，恢复气囊2材料采用耐高温橡胶，恢复气囊2朝向纤维增强塑料面板的方向带有碳纤维加热线2-1，恢复气囊2内填充的气体为氮气。

实施例2

纤维增强汽车保险杠的制备方法，包括如下步骤：

首先制备纤维增强塑料面板1，采用10层3k玻璃纤维平纹布和10层3k玻璃纤维斜纹布，将粉末状聚苯乙烯树脂逐层铺洒于纤维布上浸胶。(注：所使用热固性树脂为液体，所以可以直接浸渍在树脂中浸胶，本发明使用的热塑性树脂浸胶是为固态，所以采用粉末状铺洒浸胶。)浸胶后，按照平纹布和斜纹布交替的顺序铺在模具上，平纹布在最底层，斜纹布在最顶层，模具预热温度为65℃，铺放好后合上模具，加压压强为90MPa，加热程序为80℃2h+150℃3h+170℃1h，加热程序结束后自然冷却至室温，然后开模，将纤维增强塑料面板1取出，纤维增强塑料面板1的厚度为100mm，纤维增强塑料面板1的纤维体积含量为80％，在纤维增强塑料面板1的四个角分别钻孔，将四个紧固螺栓从四个孔中穿过和弹簧支座3连接，弹簧支座3的另一端和车体4连接。在纤维增强塑料面板1和车体4之间装有恢复气囊2，恢复气囊2材料采用耐高温橡胶，恢复气囊2朝向纤维增强塑料面板的方向带有碳纤维加热线2-1，恢复气囊2内填充的气体为氮气。

实施例3

纤维增强汽车保险杠的制备方法，包括如下步骤：

首先制备纤维增强塑料面板1，采用10层3k玻璃纤维平纹布和10层3k玻璃纤维斜纹布，将玻璃纤维平纹布和玻璃纤维斜纹布浸渍在聚苯乙烯树脂和聚醚醚铜树脂中(其中聚苯乙烯树脂与聚醚醚酮树脂的质量比为7:3，将粉末状聚苯乙烯树脂和粉末状聚醚醚酮树脂按照设定比例混合均匀，然后逐层铺洒于纤维布上浸胶。)，浸胶后，按照平纹布和斜纹布交替的顺序铺在模具上，平纹布在最底层，斜纹布在最顶层，模具预热温度为85℃，铺放好后合上模具，加压压强为150MPa，加热程序为90℃2h+220℃3h+230℃1h，加热程序结束后自然冷却至室温，然后开模，将纤维增强塑料面板1取出，纤维增强塑料面板1的厚度为100mm，纤维增强塑料面板1的纤维体积含量为30％，在纤维增强塑料面板1的四个角分别钻孔，将四个紧固螺栓从四个孔中穿过和弹簧支座3连接，弹簧支座3的另一端和车体4连接。在纤维增强塑料面板1和车体4之间装有恢复气囊2，恢复气囊2材料采用耐高温橡胶，恢复气囊2朝向纤维增强塑料面板的方向带有碳纤维加热线2-1，恢复气囊2内填充的气体为氮气。

实施例4

如图3所示，恢复气囊2的个数为4个，分别分布在纤维增强塑料面板1的不同位置处。

恢复气囊2的个数也可以为2个、3个或多个。

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 (10)

1.一种纤维增强汽车保险杠，其特征在于：包括纤维增强塑料面板和恢复气囊，恢复气囊安装在纤维增强塑料面板和车体之间，纤维增强塑料面板由多层二维纤维布浸渍基体树脂后压制而成，在恢复气囊靠近纤维增强塑料面板的一侧的内部或在恢复气囊与纤维增强塑料面板之间设置加热装置。

2.根据权利要求1所述的纤维增强汽车保险杠，其特征在于：所述恢复气囊的个数为两个以上，多个恢复气囊分布在纤维增强塑料面板的不同部位。

3.根据权利要求1所述的纤维增强汽车保险杠，其特征在于：所述加热装置为碳纤维加热线。

4.根据权利要求1所述的纤维增强汽车保险杠，其特征在于：所述恢复气囊的材料为耐高温橡胶，恢复气囊内充有惰性气体，恢复气囊上设置充放气口。

5.根据权利要求1所述的纤维增强汽车保险杠，其特征在于：所述纤维增强塑料面板通过弹簧支座固定在车体上。

6.根据权利要求1所述的纤维增强汽车保险杠，其特征在于：所述纤维增强塑料面板的厚度为10-100mm。

7.根据权利要求1所述的纤维增强汽车保险杠，其特征在于：所述二维纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布、氨纶纤维布、聚乙烯纤维布或聚丙烯腈纤维中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的纤维增强汽车保险杠，其特征在于：所述基体树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、聚醚醚铜或聚丙烯腈纤维中的一种或多种；或环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂或聚氨酯树脂中的一种或多种。

9.权利要求1-8任一所述的纤维增强汽车保险杠的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将二维纤维布浸渍树脂后，按顺序铺在预热好的模具上，合上模具后加热加压固化，得到纤维增强塑料面板；

将纤维增强塑料面板固定在车体上；

在纤维增强塑料面板于车体之间安装带有加热装置的恢复气囊，使加热装置的一侧朝向纤维增强塑料面板设置。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法制备得到的纤维增强塑料面板的纤维体积含量为30％-80％。