CN109016723A - 一种汽车用混杂碳纤维复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车用混杂碳纤维复合材料，包括交替层叠的碳纤维铺层和树脂铺层，所述碳纤维铺层由经纱和纬纱编织而成，所述经纱和纬纱均包括多根间隔编织的第一碳纤维丝，同向相邻第一碳纤维丝之间设有多根第二碳纤维丝，第一碳纤维丝比第二碳纤维丝粗，并且/或者，第一碳纤维丝的模量比第二碳纤维丝大。其在车身吻合频率区间具有优良的隔声性能。

Description

一种汽车用混杂碳纤维复合材料
技术领域
本发明涉及碳纤维材料，具体涉及一种汽车用混杂碳纤维复合材料。
背景技术
随着新能源汽车的兴起，为了节省能源并提高续航里程，汽车轻量化已成为汽车发展的一大趋势。碳纤维增强复合材料作为一种比重低、比强刚度高的先进材料，已广泛应用于赛车、跑车及普通轿车各零部件上。目前，碳纤维材料制品的大致制作工艺为：碳纤维原丝通过纺丝、碳化等工艺制成碳纤维丝束，相同规格的碳纤维通过机织、编织或者预浸工艺制成碳纤维编织布，碳纤维编织布在树脂基材中进行铺层，最终经过成型、连接工艺制成最终产品。
汽车车身作为汽车最大的系统部件，是轻量化的的重点。但全新轻量化材料和结构设计给汽车车身隔声性能的带了较大的影响。理论和试验都证明：在中低频段，车身的隔声性能基本遵循“质量定律”，与车身材料的面密度成正比；而在高频段，由于吻合效应，出现隔声低谷。碳纤维材料的比重约为钢的1/4，比模量约为钢的1~5倍。根据隔声理论，相同厚度的碳纤维材料车身的中低频隔声性能比普通钢制车身相差12dB，要达到相同隔声性能碳纤维材料的厚度应当为钢材的4倍；高频吻合频率最低降至钢制车身的1/2。目前传统钢制车身钣金厚度一般为1mm左右，采用碳纤维材料的车身板件厚度一般为3mm以上。因此，采用碳纤维材料的车体隔声性能将不如传统钢制车身，更重要的是吻合频率将降至6000Hz甚至更低，位于人耳敏感频率区段，严重影响车内噪声水平和驾乘舒适性。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车用混杂碳纤维复合材料，其在车身吻合频率区间具有优良的隔声性能。
本发明所述的汽车用混杂碳纤维复合材料，包括交替层叠的碳纤维铺层和树脂铺层，所述碳纤维铺层由经纱和纬纱编织而成，所述经纱和纬纱均包括多根间隔编织的第一碳纤维丝，同向相邻第一碳纤维丝之间设有多根第二碳纤维丝，第一碳纤维丝比第二碳纤维丝粗，并且/或者，第一碳纤维丝的模量比第二碳纤维丝大。
进一步，所述碳纤维铺层采用平纹或斜纹编织。
进一步，相邻第一纤维丝之间设有5~50根第二碳纤维丝。
进一步，所述第一碳纤维丝和第二碳纤维丝的模量为200~700GPa。
进一步，所述所述第一碳纤维丝和第二碳纤维丝的粗细通过改变原丝数量进行调整。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明的碳纤维铺层采用两种规格的碳纤维丝编织而成，以较粗或模量大的第一碳纤维丝搭建大框架，以较细或模量小的第二纤维丝编制在相邻的第一碳纤维丝之间，形成固有频率各异的吸振器，吸收整个碳纤维复合材料结构中不同频率的振动，使得振动能量耗散在碳纤维铺层和树脂铺层中，从而起到宽频带隔声的作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的碳纤维铺层的编织示意图；
图3是本发明的隔声性能
图中，1—碳纤维铺层，2—树脂铺层，3—第一碳纤维丝，4—第二碳纤维丝。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
参见图1和图2，所示的汽车用混杂碳纤维复合材料，包括交替层叠的碳纤维铺层和树脂铺层，以碳纤维铺层为增强体，以环氧树脂铺层为基体。所述碳纤维铺层由经纱和纬纱编织而成，所述经纱和纬纱均包括多根间隔编织的第一碳纤维丝，同向相邻第一碳纤维丝之间设有多根第二碳纤维丝，第一碳纤维丝比第二碳纤维丝粗，并且/或者，第一碳纤维丝的模量比第二碳纤维丝大。所述碳纤维铺层采用平纹或斜纹编织。相邻第一纤维丝之间设有5~50根第二碳纤维丝。所述第一碳纤维丝和第二碳纤维丝的模量为200~700GPa。
实施例一，一种汽车用混杂碳纤维复合材料，包括交替层叠的碳纤维铺层和树脂铺层，所述碳纤维铺层由经纱和纬纱平纹编织而成，所述经纱和纬纱均包括多根间隔编织的第一碳纤维丝，同向相邻第一碳纤维丝之间设有25根第二碳纤维丝，第一碳纤维丝用6K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为200GPa，第二碳纤维丝用3K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为200GPa。
具体编织时，每完成25根第二碳纤维丝的编织后，加入一根第一碳纤维丝。
实施例二，一种汽车用混杂碳纤维复合材料，包括交替层叠的碳纤维铺层和树脂铺层，所述碳纤维铺层由经纱和纬纱平纹编织而成，所述经纱和纬纱均包括多根间隔编织的第一碳纤维丝，同向相邻第一碳纤维丝之间设有5根第二碳纤维丝，，第一碳纤维丝用3K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为400GPa，第二碳纤维丝用3K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为300GPa。
实施例三，一种汽车用混杂碳纤维复合材料，包括交替层叠的碳纤维铺层和树脂铺层，所述碳纤维铺层由经纱和纬纱平纹编织而成，所述经纱和纬纱均包括多根间隔编织的第一碳纤维丝，同向相邻第一碳纤维丝之间设有10根第二碳纤维丝，第一碳纤维丝用8K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为500GPa，第二碳纤维丝的用6K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为200Gpa。
实施例四，一种汽车用混杂碳纤维复合材料，包括交替层叠的碳纤维铺层和树脂铺层，所述碳纤维铺层由经纱和纬纱平纹编织而成，所述经纱和纬纱均包括多根间隔编织的第一碳纤维丝，同向相邻第一碳纤维丝之间设有50根第二碳纤维丝，第一碳纤维丝用6K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为500GPa，第二碳纤维丝的用6K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为200Gpa。
实施例五，一种汽车用混杂碳纤维复合材料，包括交替层叠的碳纤维铺层和树脂铺层，所述碳纤维铺层由经纱和纬纱斜纹编织而成，所述经纱和纬纱均包括多根间隔编织的第一碳纤维丝，同向相邻第一碳纤维丝之间设有30根第二碳纤维丝，第一碳纤维丝用3K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为700GPa，第二碳纤维丝的用3K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为500Gpa。
实施例六，一种汽车用混杂碳纤维复合材料，包括交替层叠的碳纤维铺层和树脂铺层，所述碳纤维铺层由经纱和纬纱斜纹编织而成，所述经纱和纬纱均包括多根间隔编织的第一碳纤维丝，同向相邻第一碳纤维丝之间设有40根第二碳纤维丝，第一碳纤维丝用3K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为500GPa，第二碳纤维丝的用1K碳纤维原丝编织而成，拉伸模量为500Gpa。
碳纤维铺层采用两种规格的碳纤维丝编织而成，以较粗或模量大的第一碳纤维丝搭建大框架，以较细或模量小的第二纤维丝编制在相邻的第一碳纤维丝之间，形成固有频率各异的吸振器，通过调整第二碳纤维丝的数量以及第一碳纤维丝和第二碳纤维丝的相关参数，进而调整吸振器的固有频率，使得吸振器能够吸收整个碳纤维复合材料结构中不同频率的振动，将振动能量耗散在碳纤维铺层和树脂铺层中，从而起到宽频带隔声的作用。并且无需限制碳纤维铺层角度。
以现有的单规格碳纤维复合材料为对照组，以两种规格的碳纤维丝编织而成碳纤维复合材料为试验组，分别测定隔声量，参见图3，试验组在吻合频率区间的隔声量相对于对照组提高了5~10dB。

Claims (5)

1.一种汽车用混杂碳纤维复合材料，其特征在于：包括交替层叠的碳纤维铺层（1）和树脂铺层（2），所述碳纤维铺层由经纱和纬纱编织而成，所述经纱和纬纱均包括多根间隔编织的第一碳纤维丝（3），同向相邻第一碳纤维丝之间设有多根第二碳纤维丝（4），第一碳纤维丝比第二碳纤维丝粗，并且/或者，第一碳纤维丝的模量比第二碳纤维丝大。
2.根据权利要求1所述的汽车用混杂碳纤维复合材料，其特征在于：所述碳纤维铺层（1）采用平纹或斜纹编织。
3.根据权利要求1或2所述的汽车用混杂碳纤维复合材料，其特征在于：相邻第一纤维丝（3）之间设有5~50根第二碳纤维丝（4）。
4.根据权利要求1或2所述的汽车用混杂碳纤维复合材料，其特征在于：所述第一碳纤维丝（1）和第二碳纤维丝（2）的模量为200~700GPa。
5.根据权利要求1或2所述的汽车用混杂碳纤维复合材料，其特征在于：所述所述第一碳纤维丝（1）和第二碳纤维丝（2）的粗细通过改变原丝数量进行调整。
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