CN109397725A - 一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，包括步骤，将碳纤维短纤、热塑性纤维和界面结合材料混合均匀形成一混合物，将混合物放置于开松机中，并利用开松机进行开松，利用成网机对开松后的混合物进行杂乱成网，形成网状结构，对杂乱成网后的混合物进行预热和预压处理，冷却后生成热塑性碳纤维复合毡材，对热塑性碳纤维复合毡材进行加热和加压处理，进行模压成型作业制备汽车内饰件半成品，脱模取出模压成型后汽车内饰件半成品，最后对汽车内饰件的半成品进行后处理，得到汽车内饰件成品。采用本发明中基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，可以提高汽车内饰件的生产效率、保证汽车内饰件的结构强度满足使用要求。

Description

一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法
技术领域
本发明涉及汽车内饰件领域，尤其涉及一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，轻量化已经成为汽车发展的潮流，汽车轻量化就是在保证汽车的强度和安全性能前提下，尽可能的降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。
热塑碳纤维复合材料是实现汽车轻量化的一种选择。随着国家对于汽车节能减排指标的日益提高，热塑碳纤维复合材料在汽车的应用也己成为目前汽车企业研究的重要方向，特别对于汽车内饰件；现有汽车内饰件常采用热塑性碳纤维复合材料制备而成，然而现有热塑性碳纤维复合材料的制备方法存在以下问题：(1)采用热塑碳纤维复合材料制备汽车内饰件时，由于热塑性纤维与碳纤维之间并没有界面结合材料，热塑性纤维与碳纤维之间结合力较低，无法保证制备后汽车内饰件整体的结构强度满足使用要求；(2)相邻汽车内饰件之间的连接件常采用在汽车内饰件表面注塑的方法成型，采用上述方法无法保证连接件与汽车内饰件主体结构之间的连接强度，组装时连接件容易发生断裂。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供了一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，可以保证制备后汽车内饰件整体的结构强度。
为实现上述目的，本发明公开了一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，包括以下步骤：
将碳纤维短纤、热塑性纤维和界面结合材料混合均匀形成一混合物；
将所述混合物放置于开松机中，并利用开松机进行开松；
利用成网机对开松后的混合物进行杂乱成网，形成网状结构；
对杂乱成网后的混合物进行预热处理，混合物中的界面结合材料融化，使得碳纤维短纤和热塑性纤维的相互粘合在一起，然后进行预压处理，冷却后生成热塑性碳纤维复合毡材；
对所述热塑性碳纤维复合毡材进行加热处理，使得所述热塑碳纤维复合毡材软化；
进行模压成型作业：提供模压成型设备、注塑件和电热器，将所述注塑件放置于所述模压成型设备中的定模上，通过所述电热器对所述注塑件进行烘烤，使得所述注塑件的粘合面烘烤至熔融状态，然后将软化后的热塑性碳纤维复合毡材铺设于所述定模上，使得所述热塑性碳纤维复合毡材的下表面贴合于所述粘合面，然后通过所述模压成型设备对所述热塑性碳纤维复合毡材和所述注塑件进行模压，制备汽车内饰件半成品；
脱模，取出模压成型后汽车内饰件半成品；
对所述汽车内饰件半成品进行后处理，得到汽车内饰件成品。
本发明的有益效果在于：
(1)通过对开松后的碳纤维短纤、热塑性纤维和界面结合材料混合物进行杂乱成网，横向强度大幅提高，从而使得模压成型后的汽车内饰件的纵横向强力比得到提高，同时采用杂乱成网，无需进行梳理工序，提高了汽车内饰件的制备效率。
(2)与现有技术相比，通过添加界面结合材料，提高碳纤维短纤和热塑性纤维之间的结合力，保证制备成型后汽车内饰件整体的结构强度。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法的进一步改进在于，于利用成网机对开松后的混合物进行杂乱成网，形成网状结构步骤后还包括步骤：通过针刺设备对所述网状结构进行针刺作业。使得碳纤维短纤和热塑性纤维相互交织缠结在一起，提高两者之间的连接强度。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法的更进一步改进在于，所述针刺作业包括预针刺和二次针刺，预针刺密度为55-65针/cm3，针刺深度在50-80mm，二次针刺密度为45-55针/cm3，二次针刺深度在20-50mm。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法的进一步改进在于，对杂乱成网后的混合物进行预热处理步骤中：预热温度为230℃-290℃。使得界面结合材料充分熔融，保证其具有一定的流动性，能够较好的实现碳纤维短纤和热塑性纤维之间界面的粘接，提高两者之间的粘接强度。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法的进一步改进在于，于对所述热塑性碳纤维复合毡材进行加热处理步骤中：加热温度为180℃-260℃，加热时间为20s-60s。使得热塑性碳纤维复合毡材软化，便于后期的模压作业。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法的进一步改进在于，于通过所述电热器对所述注塑件进行烘烤步骤中，烘烤温度为280℃-350℃，烘烤时间为40s-100s。用于将注塑件烘烤至熔融状态。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法的进一步改进在于，于进行模压成型作业步骤中，模压压力为1MPa-2MPa，保压时间大于20s-60s。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法的进一步改进在于，所述热塑性纤维选用聚丙烯纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维中的一种或多种。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法的进一步改进在于，所述混合物包括20-50份的碳纤维短纤、40-70份的热塑性纤维以及10-20份的界面结合材料。
附图说明
图1是本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法的流程图。
具体实施方式
为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。
参阅图1可知，本发明公开了一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，包括以下步骤：
步骤101：将碳纤维短纤、热塑性纤维和界面结合材料混合均匀形成一混合物；
步骤102：将混合物放置于开松机中，并利用开松机进行开松；
步骤103：利用成网机对开松后的混合物进行杂乱成网，形成网状结构；
步骤104：对杂乱成网后的混合物进行预热处理，混合物中的界面结合材料融化，使得碳纤维短纤和热塑性纤维的相互粘合在一起，然后进行预压处理，冷却后生成热塑性碳纤维复合毡材；
步骤105：对热塑性碳纤维复合毡材进行加热处理，使得热塑碳纤维复合毡材软化；
步骤106：进行模压成型作业：提供模压成型设备、注塑件和电热器，将注塑件放置于模压成型设备中的定模上，通过电热器对注塑件进行烘烤，使得注塑件的粘合面烘烤至熔融状态，然后将软化后的热塑性碳纤维复合毡材铺设于定模上，使得热塑性碳纤维复合毡材的下表面贴合于粘合面，然后通过模压成型设备对热塑性碳纤维复合毡材和注塑件进行模压，制备汽车内饰件半成品；
步骤107：脱模，取出模压成型后汽车内饰件半成品；
步骤108：对汽车内饰件半成品进行后处理，得到汽车内饰件成品。
本实施例中，(1)利用开松机进行开松，使得碳纤维短纤、热塑性纤维和界面结合材料充分混合，然后通过杂乱成网，使得网状结构的横向强度大幅提高，进而使得模压成型后的汽车内饰件的纵横向强力比得到提高，并且杂乱成网工艺比较简单，降低了成网成本；(2)在预热处理步骤中，通过界面结合材料提高碳纤维短纤和热塑性纤维之间的粘接强度，保证最终模压成型后汽车内饰件的结构强度，延长使用寿命；(3)将注塑件的粘合面烘烤至熔融状态以及将热塑性碳纤维复合毡材加热软化，可以保证模压后两者之间的粘合度，进而保证模压成型后汽车内饰件整体的结构强度，有效避免汽车内饰件组装过程中注塑件和汽车内饰件主体结构之间的连接处(注塑件的根部)发生断裂，进而延长汽车内饰件的使用寿命，同时与现有技术中在热塑性碳纤维复合毡材表面注塑生成注塑件相比，无需通过注塑机进行注塑，简化了制备工序，降低了制备成本；(4)通过一次模压成型工艺，可以保证汽车内饰件的成型质量。
进一步的，于利用成网机对开松后的混合物进行杂乱成网，形成网状结构步骤后还包括步骤：通过针刺设备对网状结构进行针刺作业。本实施例中，对杂乱成网后的网状结构进行针刺的目的在于使得碳纤维短纤和热塑性纤维相互交织缠结在一起，提高两者之间的连接强度，进而保证模压成型后汽车内饰件的结构强度。
更进一步的，针刺作业包括预针刺和二次针刺，预针刺密度为55-65针/cm3，针刺深度在50-80mm，二次针刺密度为45-55针/cm3，二次针刺深度在20-50mm。具体的，将杂乱成网后的网状结构喂入针刺设备中，经针刺缠结加固后打卷，然后经预针刺的纤网退卷，再次喂入针刺设备中，进行二次针刺。
进一步的，对杂乱成网后的混合物进行预热处理步骤中：预热温度为230℃-290℃。本实施例中，通过预热使得界面结合材料熔融，具有一定的流动性，能够较好的实现碳纤维短纤和热塑性纤维之间的粘接，提高两者之间的粘接强度，进而保证模压成型后汽车内饰件整体的结构强度。具体的，预热温度略大于界面结合材料的熔点温度。
进一步的，于对热塑性碳纤维复合毡材进行加热处理步骤中：加热温度为180℃-260℃，加热时间为20s-60s。本实施例中，采用上述加热参数，可以保证热塑性碳纤维复合毡材软化，避免温度过高和加热时间较长而导致热塑性碳纤维复合毡材焦化。
进一步的，于于通过电热器对注塑件进行烘烤步骤中，烘烤温度为280℃-350℃，烘烤时间为40s-100s。本实施例中，采用上述参数可以避免因温度过低而延长烘烤时间，避免因温度过高使得注塑件融化而破坏注塑件原有的形状和使用功能。
进一步的，于进行模压成型作业步骤中，模压压力为1MPa-2MPa，保压时间大于20s-60s。本实施例中，采用上述模压参数，可以保证碳纤维短纤和热塑性纤维之间粘接的牢固性以及注塑件和汽车内饰件主体结构(热塑性碳纤维复合毡材)之间的连接强度，进而保证汽车内饰件的成型质量及其使用寿命，有效避免汽车内饰件组装过程中注塑件根部发生断裂。
进一步的，对热塑性碳纤维复合毡材进行加热步骤前还包括步骤：对热塑性碳纤维复合毡材进行加压处理，使得热塑碳纤维复合毡材的厚度压缩为原有厚度的1/2至3/4，加压压力为0.1MPa-0.2MPa。本实施例中，通过对热塑性碳纤维复合毡材进行加压处理，使得热塑碳纤维复合毡材密实，同时排出热塑碳纤维复合毡材中的空气，避免加热时空气受热膨胀冲出热塑碳纤维复合毡材，进而影响汽车内饰件的成型质量，保证汽车内饰件的成品率。
进一步的，于脱模步骤中，向模压成型设备中的动模和定模内通入高压气体，便于脱模；具体的，动模和定模上设有一出气孔，出气孔连通于空压机，利用空压机向出气孔中通入高压气体实现快速脱模。
进一步的，于对热塑性碳纤维复合毡材进行加热处理步骤前还包括步骤：将热塑性碳纤维复合毡材浸渍于浸渍溶液10min-30min，使得所述浸渍溶液均匀渗透于热塑性碳纤维复合毡材，浸渍溶液包括聚氨酯树脂、二甲基甲酰胺、聚酯多元醇、聚醚多元醇、大分子有机硅氧烷以及聚乙烯吡咯烷酮碘；通过将热塑性碳纤维复合毡材浸渍于浸渍溶液中，(1)进一步提高将碳纤维和热塑性纤维之间的连接强度；(2)保证成型后的外饰件具有较好的耐磨性和防污性。具体的，包括80-90份的聚氨酯树脂、15-20份二甲基甲酰胺、20-30份的聚酯多元醇、10-20份的聚醚多元醇、5-10份的大分子有机硅氧烷和3-5份的聚乙烯吡咯烷酮碘。
进一步的，热塑性纤维选用聚丙烯纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维中的一种或多种。
本发明中，混合物包括20-50份的碳纤维短纤、40-70份的热塑性纤维以及10-20份的界面结合材料。本实施例中，采用上述配比，可以保证模压成型后汽车内饰件具有较高的结构强度。
本发明中，对所述汽车内饰件半成品进行后处理步骤中包括，于汽车内饰件的远离注塑件的一表面铺设装饰层；用于提高汽车内饰件整体的装饰性和美观度。具体的，装饰层选用PVC装饰层或TPO装饰层。
本发明中所指的汽车内饰件主体结构对应于热塑碳纤维复合毡材模压后的结构。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法的有益效果包括：
1.通过杂乱成网，使得网状结构的横向强度大幅提高，进而使得模压成型后的汽车内饰件的纵横向强力比得到提高。
2.通过界面结合材料提高碳纤维短纤和热塑性纤维之间的粘接强度，保证最终模压成型后汽车内饰件的结构强度，延长使用寿命，同时有效避免实际组装过程中注塑件和汽车内饰件主体结构之间的连接部位发生断裂。
3.与现有技术需要将热塑性碳纤维复合毡材进行预浸渍作业相比，简化了制备工序，提高了生产效率。
以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容的能涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳纤维短纤、热塑性纤维和界面结合材料混合均匀形成一混合物；
将所述混合物放置于开松机中，并利用开松机进行开松；
利用成网机对开松后的混合物进行杂乱成网，形成网状结构；
对杂乱成网后的混合物进行预热处理，混合物中的界面结合材料融化，使得碳纤维短纤和热塑性纤维的相互粘合在一起，然后进行预压处理，冷却后生成热塑性碳纤维复合毡材；
对所述热塑性碳纤维复合毡材进行加热处理，使得所述热塑碳纤维复合毡材软化；
进行模压成型作业：提供模压成型设备、注塑件和电热器，将所述注塑件放置于所述模压成型设备中的定模上，通过所述电热器对所述注塑件进行烘烤，使得所述注塑件的粘合面烘烤至熔融状态，然后将软化后的热塑性碳纤维复合毡材铺设于所述定模上，使得所述热塑性碳纤维复合毡材的下表面贴合于所述粘合面，然后通过所述模压成型设备对所述热塑性碳纤维复合毡材和所述注塑件进行模压，制备汽车内饰件半成品；
脱模，取出模压成型后汽车内饰件半成品；
对所述汽车内饰件半成品进行后处理，得到汽车内饰件成品。
2.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，其特征在于，于利用成网机对开松后的混合物进行杂乱成网，形成网状结构步骤后还包括步骤：通过针刺设备对所述网状结构进行针刺作业。
3.根据权利要求2所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，其特征在于：所述针刺作业包括预针刺和二次针刺，预针刺密度为55-65针/cm3，针刺深度在50-80mm，二次针刺密度为45-55针/cm3，二次针刺深度在20-50mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，其特征在于，对杂乱成网后的混合物进行预热处理步骤中：预热温度为230℃-290℃。
5.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，其特征在于，于对所述热塑性碳纤维复合毡材进行加热处理步骤中：加热温度为180℃-260℃，加热时间为20s-60s。
6.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，其特征在于：于通过所述电热器对所述注塑件进行烘烤步骤中，烘烤温度为280℃-350℃，烘烤时间为40s-100s。
7.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，其特征在于：于进行模压成型作业步骤中，模压压力为1MPa-2MPa，保压时间大于20s-60s。
8.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，其特征在于，对所述热塑性碳纤维复合毡材进行加热步骤前还包括步骤：对热塑性碳纤维复合毡材进行加压处理，使得热塑碳纤维复合毡材的厚度压缩为原有厚度的1/2至3/4，加压压力为0.1MPa-0.2MPa。
9.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，其特征在于：所述热塑性纤维选用聚丙烯纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车内饰件的制备方法，其特征在于：所述混合物包括20-50份的碳纤维短纤、40-70份的热塑性纤维以及10-20份的界面结合材料。
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