CN105648363A - 一种汽车轻量化复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车轻量化复合材料，包括铝合金35-50%、碳纤维材料20-30%和聚氨酯树脂20-45%，所述铝合金呈发泡体结构，发泡体孔隙内注入碳纤维材料与聚氨酯树脂混合物。本发明对合金成分优化创新，拓宽铸造铝合金应用新领域，可很好地作为轻量化材料应用于汽车上。

Description

一种汽车轻量化复合材料
技术领域
本发明属于高分子技术领域，具体涉及一种汽车轻量化复合材料。
背景技术
汽车轻量化是降低能源消耗、减少污染物排放最有效的措施之一。近年来，随着汽车产量和保有量的持续增加，我国面临的能耗、安全、环保三大问题日益突出，为了推进汽车工业的可持续发展，提高汽车的燃油经济性，减少温室气体的排放，我国已经把汽车的轻量化作为节能减排的重要途径而放在了战略的高度来对待。汽车轻量化，就是在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整车质量，进而提高汽车的动力性、安全性等综合性能，从而达到节能减排的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车轻量化复合材料，本发明对合金成分优化创新，拓宽铸造铝合金应用新领域，可很好地作为轻量化材料应用于汽车上。
一种汽车轻量化复合材料，包括铝合金35-50%、碳纤维材料20-30%和聚氨酯树脂20-45%，所述铝合金呈发泡体结构，发泡体孔隙内注入碳纤维材料与聚氨酯树脂混合物。
所述铝合金包括Mg：1.9-2.2％，Zn:3.8-4.3％，Cu：0.3-0.7％，Ti：0.12-0.22％，Si≤0.25％，余量是铝。
所述碳纤维材料包括聚丙烯腈基碳纤维5-12份、有机铁改性碳纤维12-22份、聚丙烯基碳纤维20-40份、石墨纤维12-35份。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂。
所述改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米碳化硅的一种或几种。
所述改性聚氨酯的制备方法是将聚氨酯加入到乙醇溶液中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，加入活性稀释剂和交联剂作为助剂，快速搅拌2-3h，最后加入改性材料，密封搅拌0.5h，搅拌速度为3000-4000r/min，。
一种汽车轻量化复合材料的制备方法，其步骤如下：
（1）将Mg、Zn、Cu、Ti、Si的可溶性盐加入到可溶性铝盐粉末中，进行搅拌充分混合；
（2）加入混合粉末加入到水中，并加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，形成分散性良好的悬浊液；
（3）采用棉花块吸附悬浊液，然后进行高温烧结，得到发泡体结构的铝合金；
（4）将碳纤维材料加入到聚氨酯树脂中，搅拌得到混合液；
（5）脱脂棉吸附混合液，然后注入铝合金发泡体结构，然后高温烧结，反复多次，得到碳纤维强力铝合金；
（6）将碳纤维强力铝合金放入到步骤（2）中铝合金悬浊液中，然后高温烧结，即可得到所述的轻量化复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明对合金成分优化创新，拓宽铸造铝合金应用新领域，可很好地作为轻量化材料应用于汽车上。
2、本发明解决了树脂耐高温性能差、易老化和使用寿命短的缺陷，以实现耐高温性能好、不易老化和使用寿命长的优点。
3、本发明采用的复合材料不仅具有密度小、耐腐蚀、耐冲击等优点，而且易于制造各种形状的曲面，便于一体成形，减少装配工序。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
一种汽车轻量化复合材料，包括铝合金50%、碳纤维材料30%和聚氨酯树脂45%，所述铝合金呈发泡体结构，发泡体孔隙内注入碳纤维材料与聚氨酯树脂混合物。
所述铝合金包括Mg：2.2％，Zn:4.3％，Cu：0.7％，Ti：0.22％，Si：0.05％，余量是铝。
所述碳纤维材料包括聚丙烯腈基碳纤维12份、有机铁改性碳纤维22份、聚丙烯基碳纤维40份、石墨纤维35份。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂。
所述改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙。
所述改性聚氨酯的制备方法是将聚氨酯加入到乙醇溶液中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，加入活性稀释剂和交联剂作为助剂，快速搅拌3h，最后加入改性材料，密封搅拌0.5h，搅拌速度为4000r/min，。
一种汽车轻量化复合材料的制备方法，其步骤如下：
（1）将Mg、Zn、Cu、Ti、Si的可溶性盐加入到可溶性铝盐粉末中，进行搅拌充分混合；
（2）加入混合粉末加入到水中，并加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，形成分散性良好的悬浊液；
（3）采用棉花块吸附悬浊液，然后进行高温烧结，得到发泡体结构的铝合金；
（4）将碳纤维材料加入到聚氨酯树脂中，搅拌得到混合液；
（5）脱脂棉吸附混合液，然后注入铝合金发泡体结构，然后高温烧结，反复多次，得到碳纤维强力铝合金；
（6）将碳纤维强力铝合金放入到步骤（2）中铝合金悬浊液中，然后高温烧结，即可得到所述的轻量化复合材料。
实施例2
一种汽车轻量化复合材料，包括铝合金35%、碳纤维材料20%和聚氨酯树脂20%，所述铝合金呈发泡体结构，发泡体孔隙内注入碳纤维材料与聚氨酯树脂混合物。
所述铝合金包括Mg：1.9％，Zn:3.8％，Cu：0.3％，Ti：0.12％，Si：0.25％，余量是铝。
所述碳纤维材料包括聚丙烯腈基碳纤维5份、有机铁改性碳纤维12份、聚丙烯基碳纤维20份、石墨纤维12份。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂。
所述改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米二氧化硅。
所述改性聚氨酯的制备方法是将聚氨酯加入到乙醇溶液中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，加入活性稀释剂和交联剂作为助剂，快速搅拌2h，最后加入改性材料，密封搅拌0.5h，搅拌速度为3000r/min，。
一种汽车轻量化复合材料的制备方法，其步骤如下：
（1）将Mg、Zn、Cu、Ti、Si的可溶性盐加入到可溶性铝盐粉末中，进行搅拌充分混合；
（2）加入混合粉末加入到水中，并加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，形成分散性良好的悬浊液；
（3）采用棉花块吸附悬浊液，然后进行高温烧结，得到发泡体结构的铝合金；
（4）将碳纤维材料加入到聚氨酯树脂中，搅拌得到混合液；
（5）脱脂棉吸附混合液，然后注入铝合金发泡体结构，然后高温烧结，反复多次，得到碳纤维强力铝合金；
（6）将碳纤维强力铝合金放入到步骤（2）中铝合金悬浊液中，然后高温烧结，即可得到所述的轻量化复合材料。
实施例3
一种汽车轻量化复合材料，包括铝合金40%、碳纤维材料25%和聚氨酯树脂35%，所述铝合金呈发泡体结构，发泡体孔隙内注入碳纤维材料与聚氨酯树脂混合物。
所述铝合金包括Mg：2.1％，Zn:4.0％，Cu：0.5％，Ti：0.16％，Si：0.:15％，余量是铝。
所述碳纤维材料包括聚丙烯腈基碳纤维8份、有机铁改性碳纤维18份、聚丙烯基碳纤维30份、石墨纤维24份。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂。
所述改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米氧化铝。
所述改性聚氨酯的制备方法是将聚氨酯加入到乙醇溶液中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，加入活性稀释剂和交联剂作为助剂，快速搅拌2h，最后加入改性材料，密封搅拌0.5h，搅拌速度为3500r/min，。
一种汽车轻量化复合材料的制备方法，其步骤如下：
（1）将Mg、Zn、Cu、Ti、Si的可溶性盐加入到可溶性铝盐粉末中，进行搅拌充分混合；
（2）加入混合粉末加入到水中，并加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，形成分散性良好的悬浊液；
（3）采用棉花块吸附悬浊液，然后进行高温烧结，得到发泡体结构的铝合金；
（4）将碳纤维材料加入到聚氨酯树脂中，搅拌得到混合液；
（5）脱脂棉吸附混合液，然后注入铝合金发泡体结构，然后高温烧结，反复多次，得到碳纤维强力铝合金；
（6）将碳纤维强力铝合金放入到步骤（2）中铝合金悬浊液中，然后高温烧结，即可得到所述的轻量化复合材料。
实施例1-3的实施例催化效果如下：
实施例1 实施例2 实施例3 对比例
弯曲强度（MPa） 20.3 21.1 20.7 19.2
拉伸强度（MPa） 24.3 25.2 24.9 23.0
减重比例 6% 7% 5.6%
以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种汽车轻量化复合材料，其特征在于：它包括铝合金35-50%、碳纤维材料20-30%和聚氨酯树脂20-45%，所述铝合金呈发泡体结构，发泡体孔隙内注入碳纤维材料与聚氨酯树脂混合物。
2.根据权利要求书1所述的一种汽车轻量化复合材料，其特征在于，所述铝合金包括Mg：1.9-2.2％，Zn:3.8-4.3％，Cu：0.3-0.7％，Ti：0.12-0.22％，Si≤0.25％，余量是铝。
3.根据权利要求书1所述的一种汽车轻量化复合材料，其特征在于，所述碳纤维材料包括聚丙烯腈基碳纤维5-12份、有机铁改性碳纤维12-22份、聚丙烯基碳纤维20-40份、石墨纤维12-35份。
4.根据权利要求书1所述的一种汽车轻量化复合材料，其特征在于，所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂。
5.根据权利要求书4所述的一种汽车轻量化复合材料，其特征在于，所述改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米碳化硅的一种或几种。
6.根据权利要求书4所述的一种汽车轻量化复合材料，其特征在于，所述改性聚氨酯的制备方法是将聚氨酯加入到乙醇溶液中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，加入活性稀释剂和交联剂作为助剂，快速搅拌2-3h，最后加入改性材料，密封搅拌0.5h，搅拌速度为3000-4000r/min。
7.一种汽车轻量化复合材料的制备方法，其步骤如下：
（1）将Mg、Zn、Cu、Ti、Si的可溶性盐加入到可溶性铝盐粉末中，进行搅拌充分混合；
（2）加入混合粉末加入到水中，并加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，形成分散性良好的悬浊液；
（3）采用棉花块吸附悬浊液，然后进行高温烧结，得到发泡体结构的铝合金；
（4）将碳纤维材料加入到聚氨酯树脂中，搅拌得到混合液；
（5）脱脂棉吸附混合液，然后注入铝合金发泡体结构，然后高温烧结，反复多次，得到碳纤维强力铝合金；
（6）将碳纤维强力铝合金放入到步骤（2）中铝合金悬浊液中，然后高温烧结，即可得到所述的轻量化复合材料。
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