CN107443817A - 基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件及其制备方法 - Google Patents

基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件及其制备方法，其特征在于：包括上、下盖板层和中间粘合层，上、下盖板层由可热塑纤维增强层压复合材料板材构成，所述中间粘合层由塑胶层或泡沫树脂层构成，上、下盖板层与中间粘合层通过模压连接成一体；该中间粘合层在模压时在常温下固化，形成与上、下盖板层的粘接连接结构，以增强产品的刚度和强度。本发明利用热塑纤维板材加工，简化的产品的制造工艺，提高了效率，降低了成本；利用发泡树脂对上下盖板进行粘接，并作为增强层，提高产品钢度、强度和耐冲击性，达到减震的效果。

Description

基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维汽车外饰件的制备方法，特别是涉及一种基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件及其制备方法。属于汽车配件技术领域。
背景技术
目前，随着排放标准的提高和节能减排的压力日益增大，国内外汽车制造商都注重对车身减重，采用碳纤维复合材料等高强度材料应用于汽车结构的设计与制造，是有效的一种减重措施。碳纤维复合材料的应用可以大幅度降低车身重量，预计能减重50％以上。
汽车外饰件作为汽车的重要构件之一，在其制备工艺上，现主要是预浸料工艺和RTM工艺两种方法。其中，预浸料工艺是指用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物。而RTM(Resin Transfer Molding)是指利用树脂传递模塑成型，虽然其具有产品质量好、设备及模具投资小等特点，但由于其主要是手工操作，存在如下问题：生产时间长、生产效率低、生产成本较高、产品质量对保证、合格率低等问题。
例如：现有技术的汽车引擎盖，一般采用碳纤维复合材料汽车外饰件主要有三种形式：1)碳纤维复合材料层合板内外板结构，内外两层板类似金属钣金件，通过胶接连接而成，该类结构缺点是减重不明显，结构强度、刚度过大，不利于行人保护；2)碳纤维复合材料泡沫夹芯结构，这种结构中采用了与碳纤维复合材料面板等尺寸的泡沫夹芯材料，刚度过高，硬而脆，也不利于行人保护；3)碳纤维复合材料蜂窝夹芯结构，这种结构不但减重明显，而且刚度、强度适中，有很好的行人保护作用，缺点是只适合预浸料工艺，制造成本高、生产效率低。
中国专利申请号为201410446131.2的发明专利申请，涉及利用预浸料工艺和RTM工艺来制作引擎盖，在碳纤维复合材料层之间用泡沫夹芯为增强层，泡沫夹芯增强层用胶水固定在上下层之间，以此来提高构件的钢度、变形能力，但文中提到用的胶水来进行粘接，虽然钢度和变形能力提高了，但是胶水粘接使产品的整体强度受到影响，一旦胶水脱落，整个产品将会随之裂开，产生非常严重的影响。
发明内容
本发明的目的，是为了解决现有技术汽车外饰件生产存在生产时间长、生产效率低、生产成本较高、产品质量对保证、合格率低等问题，提供一种基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，具有简化工艺流程、提高产品加工效率、节省后处理加工工序、降低成本和产品质量高的有益效果。
本发明的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：
基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件，其特征在于：包括上、下盖板层和中间粘合层，所述上、下盖板层由可热塑纤维增强层压复合材料板材构成，所述中间粘合层由塑胶层或泡沫树脂层构成，所述上、下盖板层与中间粘合层通过模压连接成一体；该中间粘合层在模压时在常温下固化，形成与上、下盖板层的粘接连接结构，以增强产品的刚度和强度。
本发明的目的之一还可以通过采取如下技术方案达到：
进一步地，所述的可热塑纤维增强层压复合材料板材由若干层纤维胶片叠合热压制成；所述纤维胶片由将纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在纤维增强材料上，并在50-120℃温度条件下烘烤3-30分钟制成。
进一步地，所述可热塑纤维增强层压复合材料板材，由纤维胶片进行1-5层叠合，将叠合后的纤维胶片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在0.1-10PMa的压力条件，将真空压机内的温度控制在150-300℃，使叠合胶片在在150-300℃温度条件下压合3-90分钟，制成可热塑纤维增强层压复合板材。
进一步地，所述纤维增强材料，包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维；可以为长纤、短纤、混编或单向各种纤维材料。
本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：
基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)准备好成型设备和材料；设置具有预浸、铺设、叠合、控温控压、真空压合成型、剪裁、加热和模压成型结构的专用设备，准备好可热塑成型的树脂溶液和纤维增强材料；
2)制作纤维胶片；将纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在纤维增强材料上，然后在50-120℃温度条件下烘烤3-30分钟，制得纤维胶片；
3)制作可热塑纤维增强层压复合材料；取步骤2)所述的纤维胶片进行1-5层叠合，将叠合后的纤维胶片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在0.1-10PMa的压力条件，将真空压机内的温度控制在150-300℃，使叠合胶片在在150-300℃温度条件下压合3-90分钟，制成可热塑纤维增强层压复合材料板材；
4)裁前上、下盖板层；根据产品的尺寸要求，用自动裁切机裁切精准可热塑纤维增强层压复合材料板材，构成可上、下盖板层工件；
5)工件预热；将裁剪好的上、下盖板层工件放在加热设备上进行预热软化，加热温度为110℃-250℃，软化时间10s-50s；
6)模压成型上、下盖板；将软化的上、下盖板层工件放入模具内，用压力机快速压制成型，模具压力为3-50KG，模压温度50℃-180℃，成型时间1min-10min；制作完成上、下盖板层；
7)形成中间粘合层；根据产品设计的强度和尺寸要求，在下盖板上预贴塑胶或发泡树脂，形成中间粘合层；
8)热压成型；合上上盖板，在设定的压力、温度和时间条件下，静置粘接、固化，形成中间粘合层与上、下盖板层的粘接连接结构；
9)产品检验，完成基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备。
本发明的目的之二还可以通过采取如下技术方案达到：
进一步地，步骤3)所述可热塑纤维增强层压复合材料的制备条件是：温度为120-300℃、压力为0.1-10PMa、真空度0-130毫米汞柱、加热时间为3-90分钟。
进一步地，步骤3)所述可热塑纤维增强层压复合材料板材，由纤维胶片1-5层叠合模压成型，该板材厚度为0.2-5mm。
进一步地，步骤3)的压力控制方式，包括但不限于多段温度压制、多段压力压制、多段真空压制，可连续成形、高压釜成型机成型、真空层压机成型等。
进一步地，步骤3)所述可热塑纤维增强层压复合材料板材，可以多次成型。
进一步地，步骤5)所述预热软化，该预热过程不限模具内外，预热时，使可热塑纤维增强层压复合材料板材在10s-50s时间内的受热温度达到110℃-250℃之间。
进一步地，步骤6)所述模压成型上、下盖板，模具压力为3KG-50KG，模压温度为50℃-180℃，成型时间3min-8min。
进一步地，步骤7)所述发泡树脂，包括但不限于酚醛树脂、环氧树脂基或聚酯类等树脂。
进一步地，步骤8)所述热压成型，发泡树脂在温度为20℃-80℃、压力0.5KG-10KG，静置1min-60min，进行静置粘接、固化，形成中间粘合层与上、下盖板层的粘接连接结构。
本发明具有如下的突出有益技术效果：
1、本发明涉及的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件，包括上、下盖板层和中间粘合层，所述上、下盖板层由可热塑纤维增强层压复合材料板材构成，所述中间粘合层由塑胶层或泡沫树脂层构成，所述上、下盖板层与中间粘合层通过模压连接成一体；该中间粘合层在模压时在常温下固化，形成与上、下盖板层的粘接连接结构，以增强产品的刚度和强度；本发明采用树脂与纤维固化压制板材，再进行预热软化成型，避免了树脂高压注入或者导入的工序，保证树脂与纤维充分浸润，提高了产品的外观质量和整体性能。因此能够解决现有技术汽车外饰件生产存在生产时间长、生产效率低、生产成本较高、产品质量对保证、合格率低等问题，具有简化工艺流程、提高产品加工效率、节省后处理加工工序、降低成本和产品质量高的特点和有益效果。
2、本发明涉及的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，直接用发泡树脂作为增强层，既提高了刚度、强度和耐冲击性，达到了减震的效果，又解决用胶水粘接导致不稳定的问题；该方法简化工艺流程，避免了后处理工序，节省了人力成本，提高了生产效率，降低了生产能耗，实现工业批量生产；避免树脂高压导入或者注入，解决目前树脂浸润不充分、不均匀的问题，提高产品表观质量和整体性能。
3、本发明利用热塑纤维板材加工，简化的产品的制造工艺，提高了效率，降低了成本，实现了批量生产的目的；本发明利用发泡树脂对上下盖板进行粘接，并作为增强层，提高产品钢度、强度和耐冲击性，达到减震的效果，并保证了产品的稳定性，提高工作效率。
具体实施方式
具体实施例1：
本具体实施例1涉及的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件，包括上、下盖板层和中间粘合层，所述上、下盖板层由可热塑纤维增强层压复合材料板材构成，所述中间粘合层由塑胶层或泡沫树脂层构成，所述上、下盖板层与中间粘合层通过模压连接成一体；该中间粘合层在模压时在常温下固化，形成与上、下盖板层的粘接连接结构，以增强产品的刚度和强度。
本实施例中：
所述的可热塑纤维增强层压复合材料板材由若干层纤维胶片叠合热压制成；所述纤维胶片由将纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在纤维增强材料上，并在50-120℃温度条件下烘烤3-30分钟制成。
所述可热塑纤维增强层压复合材料板材，由纤维胶片进行1-5层叠合，将叠合后的纤维胶片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在0.1-10PMa的压力条件，将真空压机内的温度控制在150-300℃，使叠合胶片在在150-300℃温度条件下压合3-90分钟，制成可热塑纤维增强层压复合板材。
所述纤维增强材料，包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维；可以为长纤、短纤、混编或单向各种纤维材料。
本实施例1涉及的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，包括如下步骤：
1)准备好成型设备和材料；设置具有预浸、铺设、叠合、控温控压、真空压合成型、剪裁、加热和模压成型结构的专用设备，准备好可热塑成型的树脂溶液和纤维增强材料；
2)制作纤维胶片；将纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在纤维增强材料上，然后在120℃条件下烘烤5分钟，制得纤维胶片；
3)制作可热塑纤维增强层压复合材料；取步骤2)所述的纤维胶片进行2层叠合，将叠合后的纤维胶片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在0.9PMa的压力条件，真空度0-130毫米汞柱，将真空压机内的温度控制在180℃，使叠合的纤维胶片在180℃温度条件下压合10分钟，制成0.5mm厚度的可热塑纤维增强层压复合材料板材；
4)裁前上、下盖板层；根据产品的尺寸要求，用自动裁切机裁切精准可热塑纤维增强层压复合材料板材，大小为0.5*0.8M；构成可上、下盖板层工件；
5)工件预热；将裁剪好的上、下盖板层工件放在加热设备上进行预热软化，加热温度为120℃，软化时间50s；
6)模压成型上、下盖板；将软化的上、下盖板层工件放入模具内，用压力机快速压制成型，模具压力为15KG，模压温度80℃，成型时间3min；制作完成上、下盖板层；
7)形成中间粘合层；根据产品设计的强度和尺寸要求，在下盖板上预贴塑胶或发泡树脂，形成中间粘合层；
8)热压成型；合上上盖板，在常压、20℃环境下，静置10分钟，进行静置粘接、固化，形成中间粘合层与上、下盖板层的粘接连接结构；
9)产品检验，完成基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备。
具体实施例2：
本具体实施例2的特点是：
本实施例2涉及的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，包括如下步骤：
1)准备好成型设备和材料；设置具有预浸、铺设、叠合、控温控压、真空压合成型、剪裁、加热和模压成型结构的专用设备，准备好可热塑成型的树脂溶液和纤维增强材料；
2)制作纤维胶片；将纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在纤维增强材料上，然后在130℃条件下烘烤4分钟，制得纤维胶片；
3)制作可热塑纤维增强层压复合材料；取步骤2)所述的纤维胶片进行3层叠合，将叠合后的纤维胶片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在1.9PMa的压力条件下，真空度0-130毫米汞柱，将真空压机内的温度控制在200℃，使叠合的纤维胶片在200℃温度条件下压合15分钟，制成0.6mm厚度的可热塑纤维增强层压复合材料板材；
4)裁前上、下盖板层；根据产品的尺寸要求，用自动裁切机裁切精准可热塑纤维增强层压复合材料板材，大小为1.2*1.5M；构成可上、下盖板层工件；
5)工件预热；将裁剪好的上、下盖板层工件放在加热设备上进行预热软化，加热温度加热到180℃，软化时间80S；
6)模压成型上、下盖板；将软化的上、下盖板层工件放入模具内，用压力机快速压制成型，模具压力为30KG，模压温度150℃，成型时间6min；制作完成上、下盖板层；
7)形成中间粘合层；根据产品设计的强度和尺寸要求，在下盖板上预贴塑胶或发泡树脂，形成中间粘合层；
8)热压成型；合上上盖板，在常压、50℃环境下，静置30分钟，进行静置粘接、固化，形成中间粘合层与上、下盖板层的粘接连接结构；
9)产品检验，完成基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备。
其余同具体实施例1。
具体实施例3：
本具体实施例3的特点是：
本实施例3涉及的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，包括如下步骤：
1)准备好成型设备和材料；设置具有预浸、铺设、叠合、控温控压、真空压合成型、剪裁、加热和模压成型结构的专用设备，准备好可热塑成型的树脂溶液和纤维增强材料；
2)制作纤维胶片；将纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在纤维增强材料上，然后在150℃条件下烘烤3分钟，制得纤维胶片；
3)制作可热塑纤维增强层压复合材料；取步骤2)所述的纤维胶片进行5层叠合，将叠合后的纤维胶片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在10PMa的压力条件下，真空度0-130毫米汞柱，将真空压机内的温度控制在300℃，使叠合的纤维胶片在220℃温度条件下压合25分钟，制成0.8mm厚度的可热塑纤维增强层压复合材料板材；
4)裁前上、下盖板层；根据产品的尺寸要求，用自动裁切机裁切精准可热塑纤维增强层压复合材料板材，大小为1.5*2.0M；构成可上、下盖板层工件；
5)工件预热；将裁剪好的上、下盖板层工件放在加热设备上进行预热软化，加热温度加热到230℃，软化时间60S；
6)模压成型上、下盖板；将软化的上、下盖板层工件放入模具内，用压力机快速压制成型，模具压力为50KG，模压温度150℃，成型时间8min；制作完成上、下盖板层；
7)形成中间粘合层；根据产品设计的强度和尺寸要求，在下盖板上预贴塑胶或发泡树脂，形成中间粘合层；
8)热压成型；合上上盖板，在常压、80℃环境下，静置60分钟，进行静置粘接、固化，形成中间粘合层与上、下盖板层的粘接连接结构；
9)产品检验，完成基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备。
其余同具体实施例1。
其他具体实施例：
本发明其他具体实施例的特点是：
步骤3)所述可热塑纤维增强层压复合材料的制备条件是：温度为120-300℃、压力为0.1-10PMa、真空度0-130毫米汞柱、加热时间为3-90分钟；或者
步骤3)所述可热塑纤维增强层压复合材料板材，由纤维胶片1或5层叠合模压成型，该板材厚度为0.2或5mm；或者
步骤3)的压力控制方式，包括但不限于多段温度压制、多段压力压制、多段真空压制，可连续成形、高压釜成型机成型、真空层压机成型等；或者
步骤3)所述可热塑纤维增强层压复合材料板材，可以多次成型；或者
步骤5)所述预热软化，该预热过程不限模具内外，预热时，使板材在10s-50s时间内的受热温度达到110℃-250℃之间；或者
步骤6)所述模压成型上、下盖板，模具压力为3KG-50KG，模压温度为50℃-180℃，成型时间1min或10min；或者
步骤7)所述发泡树脂，包括但不限于酚醛树脂、环氧树脂基或聚酯类等树脂；或者
步骤8)所述热压成型，是指发泡树脂在温度为20℃-80℃、压力0.5KG-10KG，静置1min或60min，进行静置粘接、固化，形成中间粘合层与上、下盖板层的粘接连接结构。
综上所述，本发明所提出的成型工艺，可以快速一体成型，简化了工艺流程，提高产品生产效率和整体性能，降低产品成本，快速实现量产化，且避免了产品粘接不稳问题，达到了产品减震的效果，提高了产品的钢度、强度和耐击性。

Claims (10)

1.基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件，其特征在于：包括上、下盖板层和中间粘合层，所述上、下盖板层由可热塑纤维增强层压复合材料板材构成，所述中间粘合层由塑胶层或泡沫树脂层构成，所述上、下盖板层与中间粘合层通过模压连接成一体；该中间粘合层在模压时在常温下固化，形成与上、下盖板层的粘接连接结构，以增强产品的刚度和强度。
2.根据权利要求1所述的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件，其特征在于：所述的可热塑纤维增强层压复合材料板材由若干层纤维胶片叠合热压制成；所述纤维胶片由将纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在纤维增强材料上，并在50-120℃温度条件下烘烤3-30分钟制成。
3.根据权利要求1所述的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件，其特征在于：所述可热塑纤维增强层压复合材料板材，由纤维胶片进行1-5层叠合，将叠合后的纤维胶片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在0.1-10PMa的压力条件，将真空压机内的温度控制在150-300℃，使叠合胶片在在150-300℃温度条件下压合3-90分钟，制成可热塑纤维增强层压复合板材。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件，其特征在于：所述纤维增强材料，包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维；可以为长纤、短纤、混编或单向各种纤维材料。
5.基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)准备好成型设备和材料；设置具有预浸、铺设、叠合、控温控压、真空压合成型、剪裁、加热和模压成型结构的专用设备，准备好可热塑成型的树脂溶液和纤维增强材料；
2)制作纤维胶片；将纤维增强材料浸入可热塑成型的树脂溶液中，使可热塑成型树脂充分浸润在纤维增强材料上，然后在50-120℃温度条件下烘烤3-30分钟，制得纤维胶片；
3)制作可热塑纤维增强层压复合材料；取步骤2)所述的纤维胶片进行1-5层叠合，将叠合后的纤维胶片置于可程式控温控压的真空压机中，在真空状态、在0.1-10PMa的压力条件，将真空压机内的温度控制在150-300℃，使叠合胶片在在150-300℃温度条件下压合3-90分钟，制成可热塑纤维增强层压复合材料板材；
4)裁前上、下盖板层；根据产品的尺寸要求，用自动裁切机裁切精准可热塑纤维增强层压复合材料板材，构成可上、下盖板层工件；
5)工件预热；将裁剪好的上、下盖板层工件放在加热设备上进行预热软化，加热温度为110℃-250℃，软化时间10s-50s；
6)模压成型上、下盖板；将软化的上、下盖板层工件放入模具内，用压力机快速压制成型，模具压力为3-50KG，模压温度50℃-180℃，成型时间1min-10min；制作完成上、下盖板层；
7)形成中间粘合层；根据产品设计的强度和尺寸要求，在下盖板上预贴塑胶或发泡树脂，形成中间粘合层；
8)热压成型；合上上盖板，在设定的压力、温度和时间条件下，静置粘接、固化，形成中间粘合层与上、下盖板层的粘接连接结构；
9)产品检验，完成基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备。
6.根据权利要求5所述的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，其特征在于：步骤3)所述可热塑纤维增强层压复合材料的制备条件是：温度为120-300℃、压力为0.1-10PMa、真空度0-130毫米汞柱、加热时间为3-90分钟。
7.根据权利要求5所述的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，其特征在于：步骤3)所述可热塑纤维增强层压复合材料板材，由纤维胶片1-5层叠合模压成型，该板材厚度为0.2-5mm；步骤3)的压力控制方式，包括但不限于多段温度压制、多段压力压制、多段真空压制，可连续成形、高压釜成型机成型、真空层压机成型；步骤3)所述可热塑纤维增强层压复合材料板材，可以多次成型。
8.根据权利要求5所述的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，其特征在于：步骤5)所述预热软化，该预热过程不限模具内外，预热时，使可热塑纤维增强层压复合材料板材在10s-50s时间内的受热温度达到110℃-250℃之间。
9.根据权利要求5所述的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，其特征在于：步骤6)所述模压成型上、下盖板，模具压力为3KG-50KG，模压温度为50℃-180℃，成型时间3min-8min。
10.根据权利要求5所述的基于增强型碳纤维复合材料板材的汽车外饰件的制备方法，其特征在于：步骤7)所述发泡树脂，包括但不限于酚醛树脂、环氧树脂基或聚酯类等树脂；步骤8)所述热压成型，发泡树脂在温度为20℃-80℃、压力0.5KG-10KG，静置1min-60min，进行静置粘接、固化，形成中间粘合层与上、下盖板层的粘接连接结构。
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