CN110281619B - 一种热塑性复合材料汽车外饰件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热塑性复合材料汽车外饰件的制备方法，包括：在连续纤维复合板的一面铺设非增强聚丙烯板复合层作为外表面，另一面铺设EVA膜层作为内表面，复合得到增强复合板；将得到的增强复合板预热软化后进行模压、注塑一体成型，一次成型得到热塑性复合材料汽车外饰件。本发明的制备方法在连续纤维复合板表面复合非增强树脂层，模压后制品外表面与正常非增强注塑产品表面一样平整光滑。整个增强复合板预热后，合模并注塑成型，对于多余部分进行裁切平滑修饰，整个外漏表面一体均一，适合喷漆涂装。本发明还公开了一种所述制备方法制备得到的汽车外饰件，包括新能源汽车轻量化技术中的前舱盖板、车顶、门板等。

Description

一种热塑性复合材料汽车外饰件及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域，具体涉及一种热塑性复合材料汽车外饰件及其制备方法。
背景技术
新能源汽车是摆脱传统汽车对燃油依赖，引导汽车工业走向节能环保发展的最佳途径。汽车减重是汽车降耗的迫切要求，尤其是新能源汽车，对重量有着更严苛的要求，以塑带钢已经成为汽车材料发展的一个趋势。由于新能源汽车对前舱的耐高温要求有所降低，前舱盖设计已经开始由金属材料逐渐向全塑料过渡。当前部分高档新能源汽车已经采用热固性连续碳纤维复合材料模压后再修整贴合制备前舱盖，也有部分新能源汽车采用改性聚丙烯分别注塑成型外盖板和内支撑板，然后进行二次粘接成为前舱盖。热固性复合材料存在成本高，生产效率低，不可回收的问题；聚丙烯注塑结构存在外盖偏软，需要二次粘接工序，虽然相对于金属材料减重1/3以上，但生产效率和加工成本并未明显降低。
公开号为CN107946488A的专利说明书公开了一种基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳及制备工艺，采用连续纤维复合材料先模压主体预成型件，然后注射长玻纤增强料进行包覆，免除制品后修正加工处理。此工艺针对的制品主要是对非外观部件，产品表面及复合板材料与注塑料的熔接处因收缩率不同，会引起明显的痕迹，后期喷漆会更加明显，对于外观件来说后期底涂处理麻烦，提升成本。
公开号为CN105690794A的专利说明书公开了一种汽车外覆盖件的制作方法，将复合材料层压内板的边界通过复合材料层压外板的包边圆角包在里面，保证外漏的可视区域的连续性。包边圆角采用离散的短切纤维或短切纤维毡填充，通过定型剂实现定型，再一起移入固化模具固化。对于热固性复合材料成型，边缘无需后期修饰。此工艺方法对于热塑复材模压+注塑一体成型工艺实施不便，包边容易形成边缘印迹，增加喷漆后处理难度。
公开号为CN105922601A的专利说明书公开了一种纤维增强热塑性复合材料部件的制备方法，采用先将复合板材预热，利用具有急冷急热的3D模具，模压成型为半成品，通过激光裁切，再嵌入注塑模具内注塑包边。主要利用高模温使得的板材表面平整光滑，不翘曲。此发明对复合板材的收缩率与注塑材料收缩率不一致而引起的包边注塑收缩斑未进行说明，对于边缘全部外漏部件的外观问题还有待解决。
公开号为CN108015923A的专利说明书公开了一种纤维增强热塑性复合材料产品的加工成型工艺，采用复合板材作为补强部分，裁切板经预热模压并同时注塑，注塑料为纯树脂及纤维增强材料。板材与注塑料结合力强，成型效率高。但此工艺的复合板材与注塑料收缩率差异较大，在板材与注塑料汇合处，容易形成明显的收缩斑痕及翘曲现象，对于汽车外饰产品喷漆处理需要增加后处理工序。
发明内容
针对复合材料模压+注塑一体成型领域存在的不足之处，本发明提供了一种热塑性复合材料汽车外饰件的制备方法，在连续纤维复合板表面复合非增强树脂层，模压后制品外表面与正常非增强注塑产品表面一样平整光滑。整个增强复合板预热后，合模并注塑成型，对于多余部分进行裁切平滑修饰，整个外漏表面一体均一，适合喷漆涂装。
一种热塑性复合材料汽车外饰件的制备方法，包括步骤：
(1)在连续纤维复合板的一面铺设非增强聚丙烯(PP)板复合层作为外表面(A面)，另一面铺设乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)膜层作为内表面，复合得到增强复合板；
(2)将得到的增强复合板预热软化后进行模压、注塑一体成型，一次成型得到热塑性复合材料汽车外饰件。
普通注塑级玻纤增强材料，因在充模时玻纤取向，导致纵向和横向收缩不均匀，引起制品的严重翘曲。特别是结晶性增强材料，注塑大尺寸制品，更容易发生翘曲变型。热塑性连续纤维增强复合板由于玻纤连续不间断，使得复合板的成型收缩率较小。在模压+注塑一体成型过程中，当注塑材料的横纵收缩比较大时，就会引起整个制件的翘曲变形。当选择收缩率较小的注塑料，而且纵横收缩相差较小时，模压+注塑一体成型制件的整体变形量就非常小。因此注塑材料采用非结晶塑料比结晶塑料能够获得尺寸更稳定、变形更小的制品，而且注塑筋位的收缩痕，可以通过筋位的厚度进行调整，从而不会在板材外表面出现明显痕迹。
外层PP膜层，软化后可以很好的复制模具表面，达到光亮效果。内层EVA膜层软化后与注塑材料玻璃纤维增强丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)具有很好的熔接性能，提高结合面的强度。
步骤(1)中，所述的连续纤维复合板通过单向预浸带交叉铺层模压得到。
所述单向预浸带以聚丙烯为基础树脂，玻璃纤维为增强组分。
所述单向预浸带的厚度为0.1～0.35mm。
作为优选，所述单向预浸带按0°和90°两个方向进行交叉铺层模压复合得到连续纤维复合板。根据受力方向和强度需求不同，可对0°和90°两个方向的铺层数量进行调整。
所述连续纤维复合板的厚度为1～2mm，非增强聚丙烯板复合层厚度为0.2～1mm，EVA膜层厚度为0.2～0.5mm。
步骤(2)中，所述预热是对增强复合板进行双面加热，外表面温度为160～180℃，内表面温度为180～200℃。内外两面不同温度差异化加热，并确保内外表面塑胶软化但不流动。预热软化过程以内表面EVA基体基本熔融，外表面PP基体软化但不流动状态为最佳状态。
加热时间可依据温度设置和设备加热功率调节，优选1～3min。
作为优选，步骤(2)中，得到的增强复合板固定于弹性夹持架上。在合模过程中，预热复合板先与凸模接触，弹性夹持架可以伸缩，利于板材模压，减少制品内应力，同时利于排除模具内部气体，保证外表面充分复制A面效果，提高制品合格率。
所述模压、注塑一体成型的过程中，预热软化后的增强复合板移入模腔，合模后直接注塑，模具温度保持80～100℃。
步骤(2)中，注塑材料为玻璃纤维增强ABS，玻璃纤维含量为10wt％～40wt％。作为一种低收缩的非晶材料，玻璃纤维增强ABS的收缩率与复合板材的收缩差异较小，与加热预浸带一体注塑时，缩印不明显。调整板材和注射胶筋位的厚度，可以避免外观缺陷。
本发明还提供了一种所述的热塑性复合材料汽车外饰件的制备方法制备得到的汽车外饰件，包括新能源汽车轻量化技术中的前舱盖板、车顶、门板等。
制备得到的复合材料成型的汽车外饰件喷漆表面光滑平整、无翘曲、轻量化、外漏边缘无缩印痕迹。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
(1)本发明在满足汽车外饰部件的强度质量的前提下，尤其是制件外表面的光滑平整性，以及配合尺寸的要求，简化生产工艺，缩短成型周期，提高生产效率，并达到明显的减重的效果。
(2)本发明的制备方法适合制备喷漆涂装的热塑性复合材料汽车外饰件，热塑性复合板外层复合非增强层，里层复合界面膜层，差异化预热后，在模压注射一体模具上，模压和注塑依次进行，制备的产品外表面光滑平整，无缩印、无翘曲，成型周期与一般注塑材料周期相当，生产效率高，综合成本低，容易工业化实施。
(3)材料方面，当前热固性连续编织纤维材料间歇生产，需模压后处理，产品后期难以回收利用。热塑性聚丙烯复合板材模压注塑一体成型后表面缩印及翘曲严重，不适合外饰件。本发明采用热塑性复合板材，可实现连续生产，采用一次模压注塑，外表面光滑，低翘曲，产品可回收利用。
(4)工艺方面，与当前全塑前舱盖板、天窗、车顶、门板等外饰由支撑板和外板两部分粘接组合的工艺相比，本发明一体成型外饰制品，两种材料同时成型内外结构，无需后期粘接；连续纤维复合板的强度远远高于一般注塑件，产品的整体结构设计空间更大，减重更明显。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
本实施例具体制备一种新能源汽车前舱盖，具体步骤包括：
(1)增强复合板的制备
将纤维预浸带按照0°和90°两个方向铺层模压成连续纤维复合板，预浸带厚度为0.1～0.35mm。根据受力方向和强度要求不同，可对0°和90°两个方向的铺层数量进行增减调整。预浸带铺层厚度1.2～3.2mm，非增强PP薄板材铺在A面，作为外表面，EVA薄板铺在内表面，在板材复合机上经不同区域预热，PP薄板预热温度为160～180℃，EVA膜预热温度为130～150℃，中间连续纤维复合板预热温度为180～200℃，进入特氟龙带复合机进行连续的热压及冷却复合成为增强复合板，总厚度控制在1～3mm，优选1.2～1.5mm。为避免前舱盖碰撞时侵入驾驶室，预浸带在0°方向铺层与90°方向铺层的数量比例为2～3:1，且在增强复合板底面支撑筋位设计导溃区，弱化该区域强度。
(2)将增强复合板夹持在具有弹性张力的夹持架上，夹持架板材弹簧可以在外力作用下位移2～5cm。
(3)将复合板材垂直夹持，移入立式红外烘箱，烘箱为双面加热，外表面红外辐射加热，板材表面温度为160～180℃；内表面红外辐射加热，表面温度为180～200℃。预热熟化过程以内表面EVA基体基本熔融，外表面PP基体软化但不流动状态为最佳状态。加热时间依据温度设置和烘箱加热功率调节，一般控制在1～5min。
(4)模具中放入装配结构的金属预埋件。
(5)将预热后的增强复合板垂直移入成型模腔内，保持夹持平面无折皱。
(6)合模后即启动注塑，多点浇口注塑，快速完成支撑板/筋位及装配工装部件的成型。支撑板/筋位的厚度为增强复合板的2/3以下，高度可以在5～30mm。
(7)开模，制件从定模上油缸顶出取下，完成一个成型周期。
(8)成型制件进行边缘裁切修整，打磨，适合于下一步喷漆工艺。
本发明的复合材料模压-注塑一体成型，从材料、产品支撑板/筋位设计、模具设计、成型工艺三个方面协同，制备的复合材料制品，表面平滑均匀，无缩印、无翘曲，刚性高，质量轻，是金属制件重量的1/3，壁厚可以降低到通用注塑产品的2/3以下，因此是新能源汽车外饰部件轻量化的极佳选择。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种热塑性复合材料汽车外饰件的制备方法，包括步骤：
(1)在热塑性连续纤维复合板的一面铺设非增强聚丙烯板复合层作为外表面，另一面铺设EVA膜层作为内表面，复合得到增强复合板；
所述热塑性连续纤维复合板通过单向预浸带交叉铺层模压得到，所述单向预浸带以聚丙烯为基础树脂，玻璃纤维为增强组分；
所述热塑性连续纤维复合板的厚度为1～2mm，非增强聚丙烯板复合层厚度为0.2～1mm，EVA膜层厚度为0.2～0.5mm；
(2)将得到的增强复合板预热软化后进行模压、注塑一体成型，一次成型得到热塑性复合材料汽车外饰件；所述预热是对增强复合板进行双面加热，外表面温度为160～180℃，内表面温度为180～200℃，内外两面不同温度差异化加热，确保内外表面塑胶软化但不流动，预热软化过程以内表面EVA基体基本熔融，外表面PP基体软化但不流动状态为最佳状态；注塑材料为玻璃纤维增强ABS，玻璃纤维含量为10wt％～40wt％。
2.根据权利要求1所述的热塑性复合材料汽车外饰件的制备方法，其特征在于，所述单向预浸带的厚度为0.1～0.35mm。
3.根据权利要求1所述的热塑性复合材料汽车外饰件的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，得到的增强复合板固定于弹性夹持架上。
4.根据权利要求1所述的热塑性复合材料汽车外饰件的制备方法，其特征在于，所述模压、注塑一体成型的过程中，模具温度保持80～100℃。
5.一种根据权利要求1～4任一权利要求所述的热塑性复合材料汽车外饰件的制备方法制备得到的汽车外饰件，其特征在于，所述的汽车外饰件为前舱盖板、车顶或门板。
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