CN109650926A - 一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法，利用炭纤维具有高强度、低密度，石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能等特点，采用天然气和沥青进行致密炭/炭复合材料。该方法为：一、采用炭纤维布穿刺体作为预制体材料；二、化学气相沉积致密；三、将石墨烯与沥青混合；四、沥青浸渍、炭化处理；五、机械加工后，制得石墨烯改性复合材料汽车车架。本发明采用炭纤维作为骨架，热解炭基体、沥青炭基体作为增强体，并采用石墨烯进行改性的复合材料汽车车架，具有重量轻、力学性能优异、机械强度高、抗冲击韧性好、耐磨性和耐腐蚀性性好等优点。

Description

一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法
技术领域
本发明涉及一种汽车配件及其制备方法，尤其涉及一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法。
背景技术
车架是跨接在汽车前后车桥上的框架式结构，俗称大梁，是汽车的基体，一般由纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置、前桥、后桥支撑在车轮上。车架必须具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击。车架的功用是支撑、连接汽车的各总成，使各总成保持相对正确的位置，并承受汽车内外的各种载荷。
现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架，汽车绝大多数部件及总成都是通过车架来固定的，如发动机、传动系统、悬架、转向系统、驾驶室、货箱和相关操作机构。车架起到支撑连接汽车各零部件的作用，并承受来自车内外的各种载荷。
车架的结构形式首先应满足汽车总布置的要求，汽车在复杂的行驶过程中，固定在车架上的各总成和部件之间不应该发生干涉。汽车在崎岖道路上行驶时，车架在载荷作用下可能产生扭转变形以及纵向平面内的弯曲变形；当以便车轮遇到障碍物时，还可能使整个车架扭曲成菱形。这些变形将会改变安装在车架上的各部件之间的相对位置，从而影响其正常工作。因此，车架还应具有足够的强度和适当的刚度，为了提高汽车整车的轻量化水平，要求车架质量尽可能小。此外，车架应布置得离地面近一些，以使汽车重心降低，以利于提高汽车的行驶稳定性，尤其对于客车更为重要。目前，市场上的车架存在强度不足，且容易被腐蚀，从而影响汽车的使用寿命和汽车行驶的安全性。
炭纤维复合材料具有密度低、高的机械强度、高的抗冲击韧性、耐磨以及耐腐蚀性能，可以应用于汽车车架材料，并可大大提高汽车的使用寿命和安全性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、致密效果好、重量轻、机械强度高、抗冲击韧性好、耐磨性和耐腐蚀性优异的石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一：采用炭纤维布穿刺体作为预制体材料，预制体密度控制在0.27g/cm3-0.82g/cm3。
步骤二：将步骤一中预制体进行化学气相沉积致密，采用天然气作为碳源气体，气体流量为2.3m3/h-12.0m3/h，当密度≥1.44g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将石墨烯与沥青按一定比例进行混合，石墨烯含量控制在（0.1-1.4）wt.%，搅拌均匀，余量为沥青，得到浸渍混合物。
步骤四：将步骤二制备的坯体完全浸没于步骤三配置的沥青溶液中，连同盛沥青容器一起置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为620℃-920℃，反复数次致密，至坯体密度≥1.80g/cm3。
步骤五：将步骤四出炉的炭/炭复合材料坯体经过机械加工后，制得石墨烯改性复合材料汽车车架。
上述的一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的炭纤维布为1k或3k平纹或斜纹炭布，穿刺采用树脂基炭纤维棒进行穿刺，炭纤维棒中纤维丝束为1k-6k，炭纤维棒在预制体中穿刺间距为1mm-20mm。
上述的一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的化学气相沉积致密工艺，升温速率为10℃/h-80℃/h，沉积温度为800℃-1100℃，沉积时间为100h-300h。
上述的一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的沥青包括煤焦油沥青和石油沥青。
上述的一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法，其特征在于，步骤四中炭化升温速率为2℃/h-50℃/h，炭化保温时间为1h-10h。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、与汽车车架的制备技术相比，本发明利用炭纤维复合材料具有重量轻、高强度、高的抗冲击韧性、耐磨和耐腐蚀性能等特点，石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能的特点，采用天然气和沥青对炭/炭复合材料进行致密，可设计性强，可以加工成不同形状和尺寸的汽车车架。
2、本发明采用炭纤维复合材料低密度、高强度的特性，相对于合金材料汽车车架，最少可减重三分之一以上，使汽车配件能够轻量化，同时利用其抗冲击韧性大大提高了汽车的安全性能，利用其耐磨、耐腐蚀性特点可延长汽车的使用寿命。
附图说明
图1是本发明制备石墨烯改性复合材料汽车车架的工艺流程框图。
具体实施方式
实施例1
步骤一：采用1k平纹炭纤维布穿刺体作为预制体材料，炭纤维棒中纤维丝束为1k，炭纤维棒在预制体中穿刺间距为1mm，预制体密度控制在0.27 g/cm3。
步骤二：将步骤一中预制体进行化学气相沉积致密，采用天然气作为碳源气体，气体流量为2.3m3/h，升温速率为10℃/h，沉积温度为800℃，沉积时间为100h。当密度≥1.44g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将石墨烯与沥青按一定比例进行混合，石墨烯含量控制在0.1wt.%，搅拌均匀，余量为沥青，得到浸渍混合物。
步骤四：将步骤二制备的坯体完全浸没于步骤三的沥青溶液中，沥青为焦油沥青，连同盛沥青容器一起置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为620℃，炭化升温速率为2℃/h，炭化保温时间为1h，反复数次致密，至坯体密度1.83g/cm3。
步骤五：将步骤四出炉的炭/炭复合材料坯体经过机械加工后，制得石墨烯改性复合材料汽车车架。
实施例2
步骤一：采用3k平纹炭纤维布穿刺体作为预制体材料，炭纤维棒中纤维丝束为3k，炭纤维棒在预制体中穿刺间距为10mm，预制体密度控制在0.50 g/cm3。
步骤二：将步骤一中预制体进行化学气相沉积致密，采用天然气作为碳源气体，气体流量为5.0m3/h，升温速率为30℃/h，沉积温度为900℃，沉积时间为200h。当密度≥1.44g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将石墨烯与沥青按一定比例进行混合，石墨烯含量控制在0.5wt.%，搅拌均匀，余量为沥青，得到浸渍混合物。
步骤四：将步骤二制备的坯体完全浸没于步骤三的沥青溶液中，沥青为石油沥青，连同盛沥青容器一起置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为800℃，炭化升温速率为20℃/h，炭化保温时间为5h，反复数次致密，至坯体密度1.84g/cm3。
步骤五：将步骤四出炉的炭/炭复合材料坯体经过机械加工后，制得石墨烯改性复合材料汽车车架。
实施例3
步骤一：采用1k斜纹炭纤维布穿刺体作为预制体材料，炭纤维棒中纤维丝束为6k，炭纤维棒在预制体中穿刺间距为20mm，预制体密度控制在0.82g/cm3。
步骤二：将步骤一中预制体进行化学气相沉积致密，采用天然气作为碳源气体，气体流量为12.0m3/h，升温速率为80℃/h，沉积温度为1100℃，沉积时间为300h。当密度≥1.44g/cm3时转入下道致密工序。
步骤三：将石墨烯与沥青按一定比例进行混合，石墨烯含量控制在1.4wt.%，搅拌均匀，余量为沥青，得到浸渍混合物。
步骤四：将步骤二制备的坯体完全浸没于步骤三的沥青溶液中，沥青为焦油沥青，连同盛沥青容器一起置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为920℃，炭化升温速率为50℃/h，炭化保温时间为10h，反复数次致密，至坯体密度1.85g/cm3。
步骤五：将步骤四出炉的炭/炭复合材料坯体经过机械加工后，制得石墨烯改性复合材料汽车车架。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一：采用炭纤维布穿刺体作为预制体材料，预制体密度控制在0.27 g/cm3-0.82g/cm3；
步骤二：将步骤一中预制体进行化学气相沉积致密，采用天然气作为碳源气体，气体流量为2.3m3/h-12.0m3/h，当密度≥1.44g/cm3时转入下道致密工序；
步骤三：将石墨烯与沥青按一定比例进行混合，石墨烯含量控制在（0.1-1.4）wt.%，搅拌均匀，余量为沥青，得到浸渍混合物；
步骤四：将步骤二制备的坯体完全浸没于步骤三配置的沥青溶液中，连同盛沥青容器一起置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为620℃-920℃，反复数次致密，至坯体密度≥1.80g/cm3；
步骤五：将步骤四出炉的炭/炭复合材料坯体经过机械加工后，制得石墨烯改性复合材料汽车车架。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的炭纤维布为1k或3k平纹或斜纹炭布，穿刺采用树脂基炭纤维棒进行穿刺，炭纤维棒中纤维丝束为1k-6k，炭纤维棒在预制体中穿刺间距为1mm-20mm。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的化学气相沉积致密工艺，升温速率为10℃/h-80℃/h，沉积温度为800℃-1100℃，沉积时间为100h-300h。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的沥青包括煤焦油沥青和石油沥青。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性复合材料汽车车架的制备方法，其特征在于，步骤四中炭化升温速率为2℃/h-50℃/h，炭化保温时间为1h-10h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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