CN107099707A - 一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金50‑70、碳纤维材料20‑30和聚氨酯树脂10‑25，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：（2~3）。本发明方法制备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。

Description

一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新能源汽车零部件制造工业技术领域，具体涉及一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车轻量化一直是各大汽车生产企业致力于研究的问题。铝由于其质轻等优点越来越引起人们的重视。通过使用铝，并在其中添加合金，来在轻量化材料领域寻求突破，是个很值得研究的方向。但目前已有的铝合金及制备此种铝合金的方法都不太适于汽车承载用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料及及其制备方法，该方法制备的产品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。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金50-70、碳纤维材料20-30和聚氨酯树脂10-25，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：（2~3）。
根据上述汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，所述铝合金包括Mg：2.0-2.4％，Zn：2.8-3.3％，Cu：0.2-0.5％，Cr：0.1-0.3％，Ti：0.1-0.2％，Si ≤ 0.20％，余量是铝。
根据上述的汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅。
根据上述的汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，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1-2h，最后加入改性材料，密封搅拌0.3-0.5h，搅拌速度为3000-4000r/min。
根据上述的汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将Mg、Zn、Cu、Ti、Si的可溶性盐加入到可溶性铝盐粉末中，进行搅拌充分混合得到混合粉末；
（2）加入混合粉末加入到水中，并加入分散剂，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，本发明的优点在于：
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、本发明制备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
以下实施例是对本发明内容进行详细具体的说明，但本发明的内容并不限定如此。
实施例1：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金50-70、碳纤维材料20-30和聚氨酯树脂10-25，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：（2~3）；
所述铝合金包括Mg：2.0-2.4％，Zn：2.8-3.3％，Cu：0.2-0.5％，Cr：0.1-0.3％，Ti：0.1-0.2％，Si ≤ 0.20％，余量是铝。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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1-2h，最后加入改性材料，密封搅拌0.3-0.5h，搅拌速度为3000-4000r/min。
所述的汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将Mg、Zn、Cu、Ti、Si的可溶性盐加入到可溶性铝盐粉末中，进行搅拌充分混合得到混合粉末；
（2）加入混合粉末加入到水中，并加入分散剂，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：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金50、碳纤维材料30和聚氨酯树脂10，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：2。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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1h，最后加入改性材料，密封搅拌0.5h，搅拌速度为4000r/min。
本实施例与实施例1的制备方法相同。
实施例3：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金55、碳纤维材料28和聚氨酯树脂12，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：2.3。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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1.5h，最后加入改性材料，密封搅拌0.3h，搅拌速度为3500r/min。
本实施例与实施例1的制备方法相同。
实施例4：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金60、碳纤维材料26和聚氨酯树脂14，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：2.4。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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1.3h，最后加入改性材料，密封搅拌0.4h，搅拌速度为3200r/min。
本实施例与实施例1的制备方法相同。
实施例5：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金58、碳纤维材料26和聚氨酯树脂15，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：2.7。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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1.6h，最后加入改性材料，密封搅拌0.5h，搅拌速度为3600r/min。
本实施例与实施例1的制备方法相同。
实施例6：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金62、碳纤维材料25和聚氨酯树脂17，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：2.8。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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1.8h，最后加入改性材料，密封搅拌0.4h，搅拌速度为4000r/min。
本实施例与实施例1的制备方法相同。
实施例7：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金64、碳纤维材料24和聚氨酯树脂19，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：2.1。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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3500r/min。
本实施例与实施例1的制备方法相同。
实施例8：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金68、碳纤维材料22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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：2.6。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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1.6h，最后加入改性材料，密封搅拌0.3h，搅拌速度为3000r/min。
本实施例与实施例1的制备方法相同。
实施例9：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金70、碳纤维材料20和聚氨酯树脂25，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：2.8。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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1.7h，最后加入改性材料，密封搅拌0.4h，搅拌速度为4000r/min。
本实施例与实施例1的制备方法相同。
实施例10：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金54、碳纤维材料26和聚氨酯树脂19，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：2.9。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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1.8h，最后加入改性材料，密封搅拌0.4h，搅拌速度为4000r/min。
本实施例与实施例1的制备方法相同。
实施例11：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金56、碳纤维材料29和聚氨酯树脂14，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：2.8。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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1h，最后加入改性材料，密封搅拌0.5h，搅拌速度为3400r/min。
本实施例与实施例1的制备方法相同。
实施例12：
本发明提供了一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，它包括以下重量份原料制成：铝合金62、碳纤维材料25和聚氨酯树脂18，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：2.5。
所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅，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1.6h，最后加入改性材料，密封搅拌0.4h，搅拌速度为3300r/min。
本实施例与实施例1的制备方法相同。
实施例2~12制备的材料的检测性能如下，见表1：
表1实施例2~12制备的材料的检测性能
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (5)

1.一种汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，其特征在于它包括以下重量份原料制成：铝合金50-70、碳纤维材料20-30和聚氨酯树脂10-25，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；所述碳纤维材料主要由聚丙烯基碳纤和石墨纤维组成，聚丙烯基碳纤和石墨纤维的质量比为1：（2~3）。
2. 根据权利要求书1所述汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，其特征在于：所述铝合金包括Mg：2.0-2.4％，Zn：2.8-3.3％，Cu：0.2-0.5％，Cr：0.1-0.3％，Ti：0.1-0.2％，Si≤ 0.20％，余量是铝。
3.根据权利要求书1所述的汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，其特征在于：所述聚氨酯树脂采用改性聚氨酯树脂，改性聚氨酯树脂的改性材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳化硅。
4.根据权利要求书3所述的汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料，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1-2h，最后加入改性材料，密封搅拌0.3-0.5h，搅拌速度为3000-4000r/min。
5.根据权利要求1所述的汽车轻量化外壳体用铝合金复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将Mg、Zn、Cu、Ti、Si的可溶性盐加入到可溶性铝盐粉末中，进行搅拌充分混合得到混合粉末；
（2）加入混合粉末加入到水中，并加入分散剂，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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