CN106808715B - 一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法 - Google Patents

一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106808715B
CN106808715B CN201611242056.3A CN201611242056A CN106808715B CN 106808715 B CN106808715 B CN 106808715B CN 201611242056 A CN201611242056 A CN 201611242056A CN 106808715 B CN106808715 B CN 106808715B
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
carbon fibre
carbon fiber
modified
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611242056.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106808715A (zh
Inventor
孙从贵
杭霖生
陆继忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Yuhao New Material Technology Co., Ltd
Original Assignee
YANCHENG SAIFO AUTOMOBILE PARTS CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by YANCHENG SAIFO AUTOMOBILE PARTS CO Ltd filed Critical YANCHENG SAIFO AUTOMOBILE PARTS CO Ltd
Priority to CN201611242056.3A priority Critical patent/CN106808715B/zh
Publication of CN106808715A publication Critical patent/CN106808715A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106808715B publication Critical patent/CN106808715B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • B29B15/14—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length of filaments or wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，包括以下步骤：1)利用聚丙烯腈原丝制备碳纤维，采用阳极氧化法处理碳纤维，将碳纤维制备成碳纤维束，再制备碳纤维织物；2)采用以单壁CNTs、PPEK、改性体系和上浆剂制成的改性上浆剂对碳纤维织物进行表面改性；3)采用经改性的碳纤维增强复合材料与钢板复叠制备Steel/CFRP复层；4)采用真空树脂传递模塑成型技术，利用RTM模具成型；5)脱模，得到碳纤维复合材料汽车零部件制品；本发明制备成本低，性能优越，经济环保，且能满足批量化自动化生产，稳定性好，操作简便，制备难度低，为碳纤维增强复合材料在汽车制造领域的批量化应用提供了可靠的技术支持，具有广阔的应用前景。

Description

一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法
技术领域
本发明涉及汽车零部件制造技术领域，具体是一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法。
背景技术
碳纤维是含碳量高于90％的纤维的总称，其发展于20世纪60年代，是一种高科技新材料，是纤维状的碳材料；碳纤维具有高比强度，高比热模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、震动衰减性高、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，具有其他常见纤维无法比拟的力学性能，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，是唯一能保持强度不下降的材料；碳纤维增强复合材料，即CFRP，是一种以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥或橡胶等为基体所形成的复合材料，它既可作为承载负荷用的结构材料又可作为功能材料满足一些功能性的要求；因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，从最初在航空航天及军事工业等尖端领域的应用，到目前在民用领域的普及，碳纤维意境成为一种军民两用的高科技纤维材料。
将碳纤维增强复合材料应用于汽车领域，一个最明显的作用就是使汽车轻量化，通过减重降低汽车百公里油耗，进而达到节能减排，绿色环保的目的，对于车辆基数庞大的中国而言，将会明显改善我国的恶劣空气状况；碳纤维增强复合材料应用于汽车领域还具有其他意义，除了可以降低油耗，减少环境污染外，还有助于改善汽车的加速性和控制稳定性，并对汽车噪音、振动、碰撞时惯性和制动距离的减少都有着积极的作用；用碳纤维复合材料制造的发动机部件和传动轴，具有高阻尼特性并降低振动、降低噪音而提高乘坐舒适性；碳纤维复合材料因具有良好的抗冲击性能，在汽车保险杠部位得到广泛应用；大大提高了安全性，然而碳纤维复合材料由于其高昂的原料成本在很长时间内制约了其在汽车行业的应用，而为了降低成本，目前碳纤维生产厂家将目光投向了大丝束碳纤维的研发，且碳纤维制品的生产制造技术具有局限性，缺乏大批量连接技术，生产周期长，且难以实现大规模生产，目前，我国碳纤维复合材料在汽车工业中年用量比例还很小，因此，开发碳纤维复合材料在汽车上的应用研究具有很大的发展和应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现批量化自动化生产、显著降低生产成本，能大规模应用于汽车工业中的碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，包括以下步骤：
1)制备碳纤维织物：
1.1)将聚丙烯腈原丝在惰性气体保护下进行高温碳化处理，使得极性基团全部裂解逸出，碳纤维表面含碳量≥92％；
1.2)采用阳极氧化法，将步骤1.1)中经碳化处理的碳纤维置于电解质溶液中电解10-20min，在碳纤维表面引入亲水基团；
1.3)将步骤1.2)中经阳极氧化处理后的碳纤维用5wt％(NH4)2HPO4溶液煮沸15-30min，用去离子水冲洗三次，并在120℃烘箱中干燥3h；
1.4)将步骤1.3)处理后的碳纤维以600-800根/束的规格制备成碳纤维束，以碳纤维束制备碳纤维织物；
2)对碳纤维织物进行表面改性：用单壁CNTs、PPEK、改性体系和上浆剂超声混合后制备成改性上浆剂，将步骤1.4)制备得到的碳纤维织物在改性上浆剂中浸渍10-30min，120℃温度条件下烘干热压得到改性碳纤维增强复合材料，改性上浆剂用量为碳纤维织物的1-3wt％；
3)制备Steel/CFRP复层：将步骤2)制备的改性碳纤维增强复合材料与钢板复叠，先将钢板放置在RTM模具内，接着在钢板上面铺设3-5层改性碳纤维增强复合材料形成Steel/CFRP复层；
4)成型：
4.1)成型工艺：采用真空树脂传递模塑成型技术成型，树脂体系选用环氧树脂体系EpoTech167A/167B；
4.2)制作纤维预成型体：采用增粘剂将步骤3)制备的Steel/CFRP复层固结成与所需制品相同形状的半成品；
4.3)选择RTM模具：采用多点浇口的三板式注射模具，采用100t合模液压机作为启模、闭模机构，模具采用铝合金材料；
4.5)注胶：胶液温度为50℃，RTM模具温度为55℃，注胶流量为10-20mL/s，固化温度为90℃，保温时间为20min，注胶压力≤1MPa；
5)脱模，得到制品。
作为本发明进一步的方案：所述步骤1.2)中，以石墨板或金属板作为阴极，以碳纤维作为阳极，以有机酸、无机酸、盐或碱类作为电解质溶液。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤1.4)中，碳纤维束在25℃条件下，悬垂值/单丝弯曲刚度为1.4×103-4.0×103cm/Pa·cm4，碳纤维织物面密度分别为480g/m2和200g/m2，单轴向布为200g/m2。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤2)中上浆剂以由聚乙二醇双酚醚、环氧烷烃、顺式丁烯二酐和酞酐合成的多元酯为主体聚合物制备而成。
作为本发明再进一步的方案：所述改性上浆剂中，CNTs的浓度为0.3-0.7wt％,PPEK的浓度为0.4-0.6wt％，改性体系5-10wt％；改性体系按照重量份的组成成分为：丁腈橡胶8-10份、乙酸乙酯29-36份、环己酮43-54份、增塑剂DOA 0.8-1份、硫化活性剂0.4-0.6份、硫化剂DCP0.04-0.06份、TMTD0.04-0.06份、硬脂酸0.08-0.12份。
作为本发明再进一步的方案：所述改性上浆剂中，CNTs的浓度为0.5wt％,PPEK的浓度为0.5wt％，改性体系7wt％；改性体系按照重量份的组成成分为：丁腈橡胶9份、乙酸乙酯33份、环己酮48份、增塑剂DOA 0.9份、硫化活性剂0.5份、硫化剂DCP0.05份、TMTD0.05份、硬脂酸0.1份。
作为本发明再进一步的方案：所述钢板采用DC03冲压冷轧钢板，厚度1.0mm，钢板中各化学成分的质量百分比限定如下：C≤0.1％、Mn≤0.45％、P≤0.035％、S≤0.035％、Al≤0.020％。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤4.2)中，增粘剂采用Airtac2增粘剂，喷涂量为改性碳纤维增强复合材料的3-5wt％、定型加热温度为90-100℃、定型时间20-25min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用本发明方法制备的碳纤维织物在成型为碳纤维增强复合材料时具有更高的流动性和高机械特性，且机械特性的偏差更小，碳纤维对精细部位的追随性也更优异；采用阳极氧化法对碳纤维进行预处理，能有利于碳纤维后续与上浆剂结合，也能保持碳纤维复合材料制件的层间剪切性能，可实现批量化纤维连续处理，稳定性好，操作简便，处理速度快且经济环保；经过改性的上浆剂具有更高的耐热性、表面能和表面粗糙度，且提高了与树脂体系的浸润性，有助于成型；本发明采用真空树脂传递模塑成型技术成型，工艺特点为采用闭模成型技术，对环境无污染，可以成型双面光滑且形状复杂的汽车零部件构件，成本低，性能高，后处理工作量小，预成型体尺寸易于控制，可设计性强，生产周期始终，可实现半自动或自动化生产，效率高，纤维含量高，能够应用计算机辅助设计进行模具和产品设计，可实现充模过程的模拟；本发明制备的改性碳纤维增强复合材料与钢板复叠制成的steel/CFRP作为汽车零部件材料，采用真空RTM成型工艺，采用多点注射的快速RTM模具，制备得到的碳纤维增强复合材料汽车零部件，与现有金属汽车零部件相比，重量显著减轻，与现有碳纤维复合材料汽车零部件相比，制备成本显著降低，且制备技术难度降低，实现了自动化生产，生产效率高，为碳纤维增强复合材料在汽车制造领域的批量化应用提供了可靠的技术支持，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，包括以下步骤：
1)制备碳纤维织物：
1.1)将聚丙烯腈原丝在惰性气体保护下进行高温碳化处理，使得极性基团全部裂解逸出，碳纤维表面含碳量≥92％；
1.2)采用阳极氧化法，将步骤1.1)中经碳化处理的碳纤维置于电解质溶液中电解10min，以石墨板或金属板作为阴极，以碳纤维作为阳极，以有机酸、无机酸、盐或碱类作为电解质溶液，在碳纤维表面引入亲水基团；
1.3)将步骤1.2)中经阳极氧化处理后的碳纤维用5wt％(NH4)2HPO4溶液煮沸15min，用去离子水冲洗三次，并在120℃烘箱中干燥3h；
1.4)将步骤1.3)处理后的碳纤维以600-800根/束的规格制备成碳纤维束，碳纤维束在25℃条件下，悬垂值/单丝弯曲刚度为1.4×103-4.0×103cm/Pa·cm4，以碳纤维束制备碳纤维织物，碳纤维织物面密度分别为480g/m2和200g/m2，单轴向布为200g/m2；
2)对碳纤维织物进行表面改性：用单壁CNTs、PPEK、改性体系和上浆剂超声混合后制备成改性上浆剂；其中上浆剂以由聚乙二醇双酚醚、环氧烷烃、顺式丁烯二酐和酞酐合成的多元酯为主体聚合物制备而成；CNTs的浓度为0.3wt％，PPEK的浓度为0.4wt％，改性体系5wt％；改性体系按照重量份的组成成分为：丁腈橡胶8份、乙酸乙酯29份、环己酮43份、增塑剂DOA 0.8份、硫化活性剂0.4份、硫化剂DCP0.04份、TMTD0.04份、硬脂酸0.08份；将步骤1.4)制备得到的碳纤维织物在改性上浆剂中浸渍10min，120℃温度条件下烘干热压得到改性碳纤维增强复合材料，改性上浆剂用量为碳纤维织物的3wt％；
3)制备Steel/CFRP复层：将步骤2)制备的改性碳纤维增强复合材料与钢板复叠，钢板采用DC03冲压冷轧钢板，厚度1.0mm，钢板中各化学成分的质量百分比限定如下：C≤0.1％、Mn≤0.45％、P≤0.035％、S≤0.035％、Al≤0.020％；先将钢板放置在RTM模具内，接着在钢板上面铺设3层改性碳纤维增强复合材料形成Steel/CFRP复层；
4)成型：
4.1)成型工艺：采用真空树脂传递模塑成型技术成型，树脂体系选用环氧树脂体系EpoTech167A/167B；
4.2)制作纤维预成型体：采用增粘剂将步骤3)制备的Steel/CFRP复层固结成与所需制品相同形状的半成品；增粘剂采用Airtac2增粘剂，喷涂量为改性碳纤维增强复合材料的3wt％、定型加热温度为90℃、定型时间20min；
4.3)选择RTM模具：采用多点浇口的三板式注射模具，采用100t合模液压机作为启模、闭模机构，模具采用铝合金材料；
4.5)注胶：胶液温度为50℃，RTM模具温度为55℃，注胶流量为10mL/s，固化温度为90℃，保温时间为20min，注胶压力≤1MPa；
5)脱模，得到制品。
实施例2
一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，包括以下步骤：
1)制备碳纤维织物：
1.1)将聚丙烯腈原丝在惰性气体保护下进行高温碳化处理，使得极性基团全部裂解逸出，碳纤维表面含碳量≥92％；
1.2)采用阳极氧化法，将步骤1.1)中经碳化处理的碳纤维置于电解质溶液中电解15min，以石墨板或金属板作为阴极，以碳纤维作为阳极，以有机酸、无机酸、盐或碱类作为电解质溶液，在碳纤维表面引入亲水基团；
1.3)将步骤1.2)中经阳极氧化处理后的碳纤维用5wt％(NH4)2HPO4溶液煮沸22min，用去离子水冲洗三次，并在120℃烘箱中干燥3h；
1.4)将步骤1.3)处理后的碳纤维以600-800根/束的规格制备成碳纤维束，碳纤维束在25℃条件下，悬垂值/单丝弯曲刚度为1.4×103-4.0×103cm/Pa·cm4，以碳纤维束制备碳纤维织物，碳纤维织物面密度分别为480g/m2和200g/m2，单轴向布为200g/m2；
2)对碳纤维织物进行表面改性：用单壁CNTs、PPEK、改性体系和上浆剂超声混合后制备成改性上浆剂；其中上浆剂以由聚乙二醇双酚醚、环氧烷烃、顺式丁烯二酐和酞酐合成的多元酯为主体聚合物制备而成；所述改性上浆剂中，CNTs的浓度为0.5wt％，PPEK的浓度为0.5wt％，改性体系7wt％；改性体系按照重量份的组成成分为：丁腈橡胶9份、乙酸乙酯33份、环己酮48份、增塑剂DOA 0.9份、硫化活性剂0.5份、硫化剂DCP0.05份、TMTD0.05份、硬脂酸0.1份；将步骤1.4)制备得到的碳纤维织物在改性上浆剂中浸渍20min，120℃温度条件下烘干热压得到改性碳纤维增强复合材料，改性上浆剂用量为碳纤维织物的2wt％；
3)制备Steel/CFRP复层：将步骤2)制备的改性碳纤维增强复合材料与钢板复叠，钢板采用DC03冲压冷轧钢板，厚度1.0mm，钢板中各化学成分的质量百分比限定如下：C≤0.1％、Mn≤0.45％、P≤0.035％、S≤0.035％、Al≤0.020％；先将钢板放置在RTM模具内，接着在钢板上面铺设4层改性碳纤维增强复合材料形成Steel/CFRP复层；
4)成型：
4.1)成型工艺：采用真空树脂传递模塑成型技术成型，树脂体系选用环氧树脂体系EpoTech167A/167B；
4.2)制作纤维预成型体：采用增粘剂将步骤3)制备的Steel/CFRP复层固结成与所需制品相同形状的半成品；增粘剂采用Airtac2增粘剂，喷涂量为改性碳纤维增强复合材料的4wt％、定型加热温度为95℃、定型时间22min；
4.3)选择RTM模具：采用多点浇口的三板式注射模具，采用100t合模液压机作为启模、闭模机构，模具采用铝合金材料；
4.5)注胶：胶液温度为50℃，RTM模具温度为55℃，注胶流量为15mL/s，固化温度为90℃，保温时间为20min，注胶压力≤1MPa；
5)脱模，得到制品。
实施例3
一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，包括以下步骤：
1)制备碳纤维织物：
1.1)将聚丙烯腈原丝在惰性气体保护下进行高温碳化处理，使得极性基团全部裂解逸出，碳纤维表面含碳量≥92％；
1.2)采用阳极氧化法，将步骤1.1)中经碳化处理的碳纤维置于电解质溶液中电解20min，以石墨板或金属板作为阴极，以碳纤维作为阳极，以有机酸、无机酸、盐或碱类作为电解质溶液，在碳纤维表面引入亲水基团；
1.3)将步骤1.2)中经阳极氧化处理后的碳纤维用5wt％(NH4)2HPO4溶液煮沸30min，用去离子水冲洗三次，并在120℃烘箱中干燥3h；
1.4)将步骤1.3)处理后的碳纤维以600-800根/束的规格制备成碳纤维束，碳纤维束在25℃条件下，悬垂值/单丝弯曲刚度为1.4×103-4.0×103cm/Pa·cm4，以碳纤维束制备碳纤维织物，碳纤维织物面密度分别为480g/m2和200g/m2，单轴向布为200g/m2；
2)对碳纤维织物进行表面改性：用单壁CNTs、PPEK、改性体系和上浆剂超声混合后制备成改性上浆剂；其中上浆剂以由聚乙二醇双酚醚、环氧烷烃、顺式丁烯二酐和酞酐合成的多元酯为主体聚合物制备而成；CNTs的浓度为0.7wt％，PPEK的浓度为0.6wt％，改性体系10wt％；改性体系按照重量份的组成成分为：丁腈橡胶10份、乙酸乙酯36份、环己酮54份、增塑剂DOA1份、硫化活性剂0.6份、硫化剂DCP0.06份、TMTD0.06份、硬脂酸0.12份；将步骤1.4)制备得到的碳纤维织物在改性上浆剂中浸渍10min，120℃温度条件下烘干热压得到改性碳纤维增强复合材料，改性上浆剂用量为碳纤维织物的1wt％；
3)制备Steel/CFRP复层：将步骤2)制备的改性碳纤维增强复合材料与钢板复叠，钢板采用DC03冲压冷轧钢板，厚度1.0mm，钢板中各化学成分的质量百分比限定如下：C≤0.1％、Mn≤0.45％、P≤0.035％、S≤0.035％、Al≤0.020％；先将钢板放置在RTM模具内，接着在钢板上面铺设5层改性碳纤维增强复合材料形成Steel/CFRP复层；
4)成型：
4.1)成型工艺：采用真空树脂传递模塑成型技术成型，树脂体系选用环氧树脂体系EpoTech167A/167B；
4.2)制作纤维预成型体：采用增粘剂将步骤3)制备的Steel/CFRP复层固结成与所需制品相同形状的半成品；增粘剂采用Airtac2增粘剂，喷涂量为改性碳纤维增强复合材料的5wt％、定型加热温度为100℃、定型时间25min；
4.3)选择RTM模具：采用多点浇口的三板式注射模具，采用100t合模液压机作为启模、闭模机构，模具采用铝合金材料；
4.5)注胶：胶液温度为50℃，RTM模具温度为55℃，注胶流量为20mL/s，固化温度为90℃，保温时间为20min，注胶压力≤1MPa；
5)脱模，得到制品。
结合实施例1-3制备的碳纤维复合材料汽车零部件的性能试验进一步阐述本发明的优点如下：
1.重量测试：与传统钢制汽车零部件相比，实施例1-3制备的碳纤维复合材料汽车零部件平均减重42％，与现有单纯碳纤维复合材料相比，平均增重不超过3-5％。
2.静态弯曲刚度测试：
将市售钢制品作为对照组1、现有单纯碳纤维复合材料制品作为对照组2、实施例1-3制备的碳纤维复合材料汽车零部件制品作为实验组分别安装及固定在弯曲刚度测试台上，调平，在制品中心位置分别按照50.10kg、(50.10kg+30.45kg)、(50.10kg+30.45kg+20.30kg)三个加载块顺序加载，并记录各个测量点的变形量；弯曲刚度测试数据如表1所示：
表1静态弯曲刚度测试结果
其中，加载点和测量点均在制品中心位置，由上表可以看出，本发明的碳纤维复合材料汽车零部件制品相对于传统钢制品，变形量显著降低，且基本能够达到单纯碳纤维复合材料制品变形性能，实施例1-3所制备的碳纤维复合材料汽车零部件制品中心在1kN载荷下，中心点垂直挠度为0.73mm。
3.扭转刚度测试：
将市售钢制品作为对照组1、现有单纯碳纤维复合材料制品作为对照组2、实施例1-3制备的碳纤维复合材料汽车零部件制品作为实验组安装固定在扭转刚度测试台上，调平；在制品扭转夹持杆上对应安装布置千分表，并测量记录各对应点千分表距中心轴的距离，扭转加载按表2加载重量一次加载测试。
表2扭转刚度测试加载量及结果
由表2可以看出，实施例1-3所制备的碳纤维复合材料汽车零部件制品相对于传统钢制品，扭转刚度明显得到提升，且基本能够达到单纯碳纤维复合材料制品扭转强度，实施例1-3所制备的碳纤维复合材料汽车零部件制品扭转刚度＞3.5×104N·m2/rad。
4.模态测试：
将实施例1-3制备的碳纤维复合材料汽车零部件制品分别安装在振动试验台上，测试设备型号为V8-440(英国LDS)；设定振动加速度为0.3g(1g＝9.8m/s2)；扫频范围为10-500Hz；扫频速度为10ct/min；振动扫频测试结果如表3所示：
表3振动扫频测试结果
实施例1-3所制备的所制备的碳纤维复合材料汽车零部件制品阶模态频率均＞24.9Hz。
采用本发明碳纤维复合材料汽车零部件的方法制备的碳纤维复合材料汽车零部件，制备成本低，性能优越，经济环保，且能满足批量化自动化生产，稳定性好，操作简便，制备技术难度显著降低，通过加入改性上浆剂对碳纤维复合材料截面剪切强度具有显著增强效果，IFSS达到109MPa，比现有技术碳纤维复合材料提高了56％，层间剪切强度提高了12.0％，Ⅱ型层间断裂韧性提高了51.3％，为碳纤维增强复合材料在汽车制造领域的批量化应用提供了可靠的技术支持，具有广阔的应用前景。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备碳纤维织物：
1.1)将聚丙烯腈原丝在惰性气体保护下进行高温碳化处理，使得极性基团全部裂解逸出，碳纤维表面含碳量≥92％；
1.2)采用阳极氧化法，将步骤1.1)中经碳化处理的碳纤维置于电解质溶液中电解10-20min，在碳纤维表面引入亲水基团；
1.3)将步骤1.2)中经阳极氧化处理后的碳纤维用5wt％(NH4)2HPO4溶液煮沸15-30min，用去离子水冲洗三次，并在120℃烘箱中干燥3h；
1.4)将步骤1.3)处理后的碳纤维以600-800根/束的规格制备成碳纤维束，以碳纤维束制备碳纤维织物；
2)对碳纤维织物进行表面改性：用单壁CNTs、PPEK、改性体系和上浆剂超声混合后制备成改性上浆剂，所述改性上浆剂中，CNTs的浓度为0.3-0.7wt％，PPEK的浓度为0.4-0.6wt％，改性体系5-10wt％；改性体系按照重量份的组成成分为：丁腈橡胶8-10份、乙酸乙酯29-36份、环己酮43-54份、增塑剂DOA0.8-1份、硫化活性剂0.4-0.6份、硫化剂DCP0.04-0.06份、TMTD0.04-0.06份、硬脂酸0.08-0.12份；将步骤1.4)制备得到的碳纤维织物在改性上浆剂中浸渍10-30min，120℃温度条件下烘干热压得到改性碳纤维增强复合材料，改性上浆剂用量为碳纤维织物的1-3wt％；
3)制备Steel/CFRP复层：将步骤2)制备的改性碳纤维增强复合材料与钢板复叠，先将钢板放置在RTM模具内，接着在钢板上面铺设3-5层改性碳纤维增强复合材料形成Steel/CFRP复层；
4)成型：
4.1)成型工艺：采用真空树脂传递模塑成型技术成型，树脂体系选用环氧树脂体系EpoTech167A/167B；
4.2)制作纤维预成型体：采用增粘剂将步骤3)制备的Steel/CFRP复层固结成与所需制品相同形状的半成品；
4.3)选择RTM模具：采用多点浇口的三板式注射模具，采用100t合模液压机作为启模、闭模机构，模具采用铝合金材料；
4.5)注胶：胶液温度为50℃，RTM模具温度为55℃，注胶流量为10-20mL/s，固化温度为90℃，保温时间为20min，注胶压力≤1MPa；
5)脱模，得到制品。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，其特征在于，所述步骤1.2)中，以石墨板或金属板作为阴极，以碳纤维作为阳极，以有机酸、无机酸、盐或碱类作为电解质溶液。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，其特征在于，所述步骤1.4)中，碳纤维束在25℃条件下，悬垂值/单丝弯曲刚度为1.4×103-4.0×103cm/Pa·cm4，碳纤维织物面密度分别为480g/m2和200g/m2，单轴向布为200g/m2。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中上浆剂以由聚乙二醇双酚醚、环氧烷烃、顺式丁烯二酐和酞酐合成的多元酯为主体聚合物制备而成。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，其特征在于，所述改性上浆剂中，CNTs的浓度为0.5wt％,PPEK的浓度为0.5wt％，改性体系7wt％；改性体系按照重量份的组成成分为：丁腈橡胶9份、乙酸乙酯33份、环己酮48份、增塑剂DOA0.9份、硫化活性剂0.5份、硫化剂DCP0.05份、TMTD0.05份、硬脂酸0.1份。
6.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，其特征在于，钢板采用DC03冲压冷轧钢板，厚度1.0mm，钢板中各化学成分的质量百分比限定如下：C≤0.1％、Mn≤0.45％、P≤0.035％、S≤0.035％、Al≤0.020％。
7.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，其特征在于，所述步骤4.2)中，增粘剂采用Airtac2增粘剂，喷涂量为改性碳纤维增强复合材料的3-5wt％、定型加热温度为90-100℃、定型时间20-25min。
CN201611242056.3A 2016-12-29 2016-12-29 一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法 Active CN106808715B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611242056.3A CN106808715B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611242056.3A CN106808715B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106808715A CN106808715A (zh) 2017-06-09
CN106808715B true CN106808715B (zh) 2018-12-14

Family

ID=59110535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611242056.3A Active CN106808715B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106808715B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111469446A (zh) * 2020-04-17 2020-07-31 杭州卡涞复合材料科技有限公司 一种汽车复合材料防火电池箱的快速成型方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108314875B (zh) * 2018-01-27 2020-09-22 福星东联（北京）科技有限公司 一种用于防撞梁的碳纤维复合材料及其制备方法
CN108373581A (zh) * 2018-02-07 2018-08-07 海宁信蜂材料科技有限公司 一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法
CN109367059B (zh) * 2018-12-07 2024-01-26 中南大学 一种复合材料用微波固化装置
EP3782832B1 (en) 2019-08-22 2024-03-13 Motherson Innovations Company Limited Trim component for cladding an interior space of a means of passenger transport
CN110511691B (zh) * 2019-09-10 2020-07-28 深圳市尼森实业有限公司 一种碳基复合材料及其制备方法和应用
CN111186146A (zh) * 2020-01-14 2020-05-22 上海交通大学 Cfrp/高强钢烘烤硬化热冲压共固化一体化成形方法
CN111231366B (zh) * 2020-01-14 2021-06-01 上海交通大学 Cfrp/铝合金热成形淬火时效共固化一体化成形方法
US20220389200A1 (en) * 2021-06-07 2022-12-08 Ford Global Technologies, Llc Porous carbon fibers reinforced rubber composites

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102350800A (zh) * 2011-07-20 2012-02-15 江苏兆鋆新材料科技有限公司 一种hp-rtm工艺成型汽车表面外饰件的方法
WO2013133421A1 (ja) * 2012-03-09 2013-09-12 帝人株式会社 炭素繊維束及びその製造方法
EP2829569A1 (en) * 2012-03-19 2015-01-28 Toray Industries, Inc. Carbon fiber preform, carbon fiber reinforced plastic, and method for producing carbon fiber preform
CN105063994A (zh) * 2015-08-20 2015-11-18 北京化工大学 一种碳纤维的表面处理方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102350800A (zh) * 2011-07-20 2012-02-15 江苏兆鋆新材料科技有限公司 一种hp-rtm工艺成型汽车表面外饰件的方法
WO2013133421A1 (ja) * 2012-03-09 2013-09-12 帝人株式会社 炭素繊維束及びその製造方法
EP2829569A1 (en) * 2012-03-19 2015-01-28 Toray Industries, Inc. Carbon fiber preform, carbon fiber reinforced plastic, and method for producing carbon fiber preform
CN105063994A (zh) * 2015-08-20 2015-11-18 北京化工大学 一种碳纤维的表面处理方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111469446A (zh) * 2020-04-17 2020-07-31 杭州卡涞复合材料科技有限公司 一种汽车复合材料防火电池箱的快速成型方法
CN111469446B (zh) * 2020-04-17 2021-04-27 杭州卡涞复合材料科技有限公司 一种汽车复合材料防火电池箱的快速成型方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106808715A (zh) 2017-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106808715B (zh) 一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法
CN100436923C (zh) 复合材料低温力矩管的制备方法
CN102729488B (zh) 碳纤维复合材料臂架、其生产方法及包括其的混凝土泵车
CN102993554B (zh) 一种玻璃微珠填充改性热塑性结构板材及其制备方法
CN102153833B (zh) 快速成型模具用碳纤维(粉)/环氧树脂复合材料
CN102146196B (zh) 一种高阻尼环氧树脂复合材料的制备方法
KR20130132763A (ko) 외부 층을 갖는 발포성 매질을 사용하는 금형-내-발포 방법, 및 그로부터 수득가능한 플라스틱 성형물
CN107722595B (zh) 一种纤维-石墨烯-热塑性聚芳醚多尺度复合材料的制备方法
CN106747537A (zh) 石墨烯改性C/SiC防热复合材料的制备方法
CN105464910B (zh) 形状记忆纤维混杂复合材料风力发电机叶片及其制作方法
JP2013515806A (ja) 液状樹脂注入用途のための改質樹脂系及びそれに関連する加工方法
CN104017334A (zh) 一种高模量片状模塑料及其生产方法
CN112265347A (zh) 一种结构承载-烧蚀防热一体化复合材料及其制备方法
CN111113946A (zh) 一种混杂复合材料层合板及其制备工艺
CN110845829A (zh) 一种低温固化环氧树脂组合物及其预浸料和复合材料的制备方法
CN104725779A (zh) 玻璃纤维增强塑料
CN109281157A (zh) 石墨烯纳米片-多壁碳纳米管上浆剂改性碳纤维的方法
CN108749160A (zh) 碳纤维增强pmi泡沫-金字塔夹层板复合结构及其制备方法
CN111073222A (zh) 一种氧化石墨烯/碳纳米管增强的玻璃纤维层合板制备方法
CN113211883B (zh) 一种泡沫填充芳纶纸蜂窝吸波结构及其制备方法
CN106674900A (zh) 纤维增强汽车零部件快速成型用的环氧树脂组合物及其制备方法
CN105109068A (zh) 一种非热压罐成型预浸料制备方法
CN117945776A (zh) 一种碳纤维网胎板材及其制备方法和应用
CN108384234A (zh) 一种透波复合材料及其制备方法
Davoodi et al. Thermoplastic impact property improvement in hybrid natural fibre epoxy composite bumper beam

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211112

Address after: 523591 Room 101, building 1, No. 97, Xiegang Zhenxing Avenue, Xiegang Town, Dongguan City, Guangdong Province

Patentee after: Guangdong Yuhao New Material Technology Co., Ltd

Address before: 224056 Yancheng SME Park, Century Avenue, Yancheng City, Jiangsu Province

Patentee before: Yancheng Saifu Auto Parts Co., Ltd

TR01 Transfer of patent right