CN112009217A - 一种复合材料车门防撞梁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料车门防撞梁及其制备方法，车门防撞梁由防撞梁主型体、芯部刚性体和防撞梁连接支架组成，防撞梁主型体为由一种或多种连续纤维复合材料层合后卷制而成的侧面封闭的筒状结构，芯部刚性体为环氧树脂体系或聚氨酯合成橡胶体系发泡芯材，并填充于防撞梁主型体内腔，防撞梁连接支架固定于防撞梁主型体两端，在防撞梁连接支架上开有与防撞梁主型体相联通的注胶孔及与车门连接的螺栓孔；所述制备方法中，芯部刚性体通过注射的方式从防撞梁连接支架端部注入已安装防撞梁主型体，或将预制的发泡芯材先置于防撞梁主型体，然后加热使发泡芯材膨胀填充内腔。本发明所述车门防撞梁质量轻，抗冲击强度高，且制备方法简单，操作简单。
Description
技术领域
本发明属于汽车零部件设计及制备技术领域，具体涉及一种复合材料车门防撞梁及其制备方法。
背景技术
车门防撞梁位于汽车车门外板与内板之间，当车辆受到侧面撞击时，车门防撞梁将有效减少驾乘人员所受伤害，抵御外力侵害。
现有车门防撞梁多为金属制管型或帽型结构，存在模具成本高，重量大等问题，难以满足未来电动汽车轻量化、节能减排的需求。
采用连续纤维增强材料制汽车零部件，有助于降低汽车零部件的重量，进而降低整车质量，但是现有的连续纤维增强材料制成的汽车零部件材料结构较为单一，导致零部件结构强度较低，抗冲击能力较差，且现有技术中缺少针对车门防撞梁的结构设计及制备工艺设计。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种复合材料车门防撞梁及其制备方法，所制得的车门防撞梁质量轻，抗冲击强度高。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
一种复合材料车门防撞梁，由防撞梁主型体、芯部刚性体和防撞梁连接支架组成；
所述防撞梁主型体为由一种或多种连续纤维复合材料层合后卷制而成的侧面封闭的筒状结构；
所述芯部刚性体为环氧树脂体系或聚氨酯合成橡胶体系发泡芯材，并填充于防撞梁主型体内腔；
所述防撞梁连接支架固定于防撞梁主型体两端，在防撞梁连接支架的防撞梁主型体连接部上开有与防撞梁主型体相联通的注胶孔，在防撞梁连接支架的车门连接部上开有螺栓孔。
进一步地，所述连续纤维复合材料包括：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维复合材料。
进一步地，所述防撞梁主型体由连续纤维复合材料的层合板料卷制成型；
所述连续纤维复合材料的层合板料由若干层连续纤维复合材料单层逐层相互斜铺叠加组成，相邻两层连续纤维复合材料单层的斜铺方向相反，且均与所述防撞梁主型体的长度方向呈45度夹角。
进一步地，所述的防撞梁主型体厚度为2mm至3mm。
进一步地，所述芯部刚性体的体积密度0.4g/cm3至0.8g/cm3。
进一步地，所述防撞梁连接支架的防撞梁主型体连接部通过结构胶胶层与防撞梁主型体粘接固定。
进一步地，所述结构胶胶层厚度为1mm至2mm，粘接配合面长度为30mm至50mm。
一种复合材料车门防撞梁的制备方法：
所述制备方法如下：
步骤一：制备防撞梁主型体；
步骤二：将防撞梁连接支架固定于防撞梁主型体两端；
步骤三：从防撞梁连接支架的注胶孔向防撞梁主型体内注射芯部刚性体。
另一种复合材料车门防撞梁的制备方法：
所述制备方法如下：
步骤一：制备防撞梁主型体；
步骤二：将环氧树脂体系或聚氨酯合成橡胶体系发泡芯材置于防撞梁主型体腔体内；
步骤二：将防撞梁连接支架固定于防撞梁主型体两端；
步骤四：加热环氧树脂体系或聚氨酯合成橡胶体系发泡芯材，使其受热膨胀并充满防撞梁主型体的内腔。
上述两种制备方法中，制备防撞梁主型体的过程如下：
制备预浸料，将连续纤维增强体浸入树脂基体内形成纤维预浸料单向带；
预浸料裁切铺叠，将纤维预浸料单向带按照预设的角度方向进行裁切，并将裁切好的纤维预浸料单向带按照预设的顺序依次铺叠形成预浸料合层结构；
熨烫加热，将预浸料合层结构置于加热板间熨烫加热，加热温度40℃至60℃，加热时间3min至6min；
卷制成型，将熨烫加热后的预浸料合层结构置于卷管机台上卷制成型，制得预成型体，卷制成型压力为0.3Mpa至0.8MPa；
缠带固定，在卷制成型后的预成型体外表面缠绕张紧带，张紧压力为0.3Mpa至0.8MPa；
烘箱固化，对预成型体加热烘干固化，加热温度120℃至180℃，加热时间1h至6h；
脱模修边，对固化后的预成型体从从卷制模具上拆下，并对边角进行修磨，获得防撞梁主型体。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明所述的复合材料车门防撞梁及其制备方法，相比于传统金属管状或帽型车门防撞梁，其防撞梁主型体模具仅为等截面卷管型材，具有模具成本低廉的优势，且防撞梁主型体采用连续纤维增强材料制备，材料设计方面比强度优于金属，具有更佳的轻量化效果。同时，防撞梁主型体腔体内部填充有刚性泡沫，可有效提升车门防撞梁的抗冲击性，增加吸能效果，提升车辆安全性能。
附图说明
图1为本发明所述复合材料车门防撞梁外部三维结构示意图；
图2为本发明所述复合材料车门防撞梁爆炸分解结构示意图；
图3为本发明所述复合材料车门防撞梁中，防撞梁连接支架的三维结构示意图；
图4为本发明所述复合材料车门防撞梁的中段截面示意图。
图中：
1-防撞梁主型体， 2-芯部刚性体， 3-防撞梁连接支架，
4-结构胶胶层；
301-车门连接部， 302-防撞梁主型体连接部， 303-螺栓孔，
304-注胶孔。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目标所采取的技术手段及功效，其后结合附图及较佳实施例，对本发明的提出的复合材料车门防撞梁及其制备方法的具体实施方式、结构、特征及功效进行说明，详细说明如下所述。
实施例一：
如图1和图2所示，本实施例一公开了一种复合材料车门防撞梁，所述防撞梁包括：防撞梁主型体1、芯部刚性体2、防撞梁连接支架3和结构胶胶层4。
如图2和图4所示，所述防撞梁主型体1为两端开口，圆周侧面封闭的线形筒状结构，即防撞梁主型体1的横截面为闭合腔体结构；
所述防撞梁主型体1由包括：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维在内的连续纤维复合材料中的一种或多种制成，所述防撞梁主型体1由连续纤维复合材料的层合板料卷制成型，其中，所述连续纤维复合材料的层合板料由若干层连续纤维复合材料单层逐层相互斜铺叠加组成，相邻两层连续纤维复合材料单层的斜铺方向相反，且均与所述防撞梁主型体1的长度方向呈45度夹角；
所述防撞梁主型体1的厚度为2mm至3mm。
如图2和图4所示，所述芯部刚性体2填充在所述防撞梁主型体1的闭合腔体内；
所述芯部刚性体2为环氧树脂体系或聚氨酯合成橡胶体系；
所述芯部刚性体2的体积密度0.4g/cm3至0.8g/cm3。
如图2所示，所述防撞梁连接支架3有两个，分别设置于所述防撞梁主型体1的前后两端，分别为：防撞梁前部连接支架和防撞梁后部连接支架，所述防撞梁前部连接支架和防撞梁后部连接支架分别与防撞梁主型体1相套装后，通过结构胶胶层4与所述防撞梁主型体1粘接固定；
所述结构胶胶层4的厚度为1mm至2mm，结构胶胶层4的粘接配合面长度为30mm至50mm。
如图3所示，所述防撞梁连接支架3一端设有车门连接部301，另一端设有防撞梁主型体连接部302；
所述防撞梁主型体连接部302与防撞梁主型体1两端相套接，且二者内腔相通，所述结构胶胶层4覆于防撞梁主型体连接部302的外圆周面与防撞梁主型体1两端内圆桌面之间，实现将防撞梁连接支架3与所述防撞梁主型体1粘接固定；
所述车门连接部301为直角支架结构，车门连接部301的立板封挡于防撞梁主型体连接部302的开口处，且其上开设有注胶孔304，用于以注射的方式向防撞梁主型体1内注入芯部刚性体2，或当芯部刚性体2通过预成型体置入腔体内并后期加热膨胀时，便于防撞梁主型体1内空气排出；车门连接部301的平板上开有螺栓连接孔，以实现防撞梁连接支架3与车门通过螺栓机械连接；车门连接部301的立板与平板之间连接有连接肋板；
所述防撞梁连接支架3为铝合金铸件或由铝合金型材制成。
实施例二：
本实施例二公开了一种复合材料车门防撞梁的制备方法，制备过程具体如下：
步骤一：制备防撞梁主型体1；
(1)制备预浸料，将连续碳纤维增强体浸入树脂基体内形成预浸料单向带，所述预浸料单向带的单层厚度为0.17mm；
(2)预浸料裁切铺叠，将预浸料单向带按照与卷制的轴向分别呈+45°和-45°的方向各裁切八层预浸料单向带，并将+45°和-45°依次间隔铺叠形成十六层的连续碳纤维增强体预浸料合层结构；
(3)熨烫加热，将裁切铺叠好的预浸料合层结构置于加热板间熨烫加热，加热温度45℃，加热时间5min；
(4)卷制成型，将熨烫加热后的预浸料合层结构置于卷管机台上卷制成型，制得预成型体，卷制成型压力为0.4MPa；
(5)缠带固定，在卷制成型后的预成型体外表面缠绕张紧带，张紧压力为0.5MPa；
(6)烘箱固化，对预成型体加热烘干固化，加热温度120℃，加热时间6h；
(7)脱模修边，对固化后的预成型体从从卷制模具上拆下，并对边角进行修磨，获得防撞梁主型体1，所制备的防撞梁主型体1的壁厚约为2.8mm；
步骤二：粘接防撞梁主型体1与防撞梁连接支架3；
对防撞梁主型体1两端的内圆周侧壁进行打磨，形成防撞梁主型体1的内侧粘贴面，并在铸铝的防撞梁连接支架3的防撞梁主型体连接部外圆周表面涂抹结构胶，形成结构胶胶层4，所述结构胶胶层4的厚度为1mm，结构胶胶层4的粘接面长度为35mm，将涂有结构胶的防撞梁连接支架3套置在防撞梁主型体1两端内侧，并与防撞梁主型体1两端内侧圆周壁向粘接，在夹具的装夹下粘接固化12h；
步骤三：从防撞梁连接支架3的注胶孔304向防撞梁主型体1内注射芯部刚性体2；
经防撞梁主型体1一端的防撞梁连接支架3的注胶孔304，向防撞梁主型体1内定量地注入聚氨酯合成橡胶体系发泡芯材，与此同时，经防撞梁主型体1另一端的防撞梁连接支架3的注胶孔304观察聚氨酯合成橡胶体系发泡芯材注入的情况，以确保聚氨酯合成橡胶体系发泡芯材填满整个防撞梁主型体1的内腔，所注入的聚氨酯合成橡胶体系发泡芯材的体积密度约0.8g/cm3。
实施例三：
本实施例三公开了一种复合材料车门防撞梁的制备方法，制备过程具体如下：
步骤一：制备防撞梁主型体1；
(1)制备预浸料，将连续碳纤维增强体和连续碳纤维增强体分别浸入树脂基体内形成碳纤维预浸料单向带和玻璃纤维预浸料单向带，所述碳纤维预浸料单向带的单层厚度为0.17mm，玻璃纤维预浸料单向带的厚度为0.32mm；
(2)预浸料裁切铺叠，将碳纤维预浸料单向带或玻璃纤维预浸料单向带按照与卷制的轴向分别呈+45°或-45°的方向进行裁切，并将碳纤维预浸料单向带和玻璃纤维预浸料单向+45°和-45°依次间隔铺叠形成十二层的预浸料合层结构，其中，所述预浸料合层结构自上至下依次为三层碳纤维预浸料单向带、六层玻璃纤维预浸料单向带和三层碳纤维预浸料单向带；
(3)熨烫加热，将裁切铺叠好的预浸料合层结构置于加热板间熨烫加热，加热温度50℃，加热时间5min；
(4)卷制成型，将熨烫加热后的预浸料合层结构置于卷管机台上卷制成型，制得预成型体，卷制成型压力为0.5MPa；
(5)缠带固定，在卷制成型后的预成型体外表面缠绕张紧带，张紧压力为0.7MPa；
(6)烘箱固化，对预成型体加热烘干固化，加热温度150℃，加热时间3h；
(7)脱模修边，对固化后的预成型体从从卷制模具上拆下，并对边角进行修磨，获得防撞梁主型体1，所制备的防撞梁主型体1的壁厚约为3mm；
步骤二：将环氧树脂体系的刚性泡沫芯材置于防撞梁主型体1腔体内；
步骤三：粘接防撞梁主型体1与防撞梁连接支架3；
对防撞梁主型体1两端的内圆周侧壁进行打磨，形成防撞梁主型体1的内侧粘贴面，并在铸铝的防撞梁连接支架3的防撞梁主型体连接部外圆周表面涂抹结构胶，形成结构胶胶层4，所述结构胶胶层4的厚度为1.5mm，结构胶胶层4的粘接面长度为35mm，将涂有结构胶的防撞梁连接支架3套置在防撞梁主型体1两端内侧，并与防撞梁主型体1两端内侧圆周壁向粘接，在夹具的装夹下粘接固化12h；
步骤四：使环氧树脂体系的刚性泡沫芯材受热膨胀并充满防撞梁主型体1的内腔；
将内置有环氧树脂体系的刚性泡沫芯材的防撞梁主型体1放于120℃烘箱中加热3h，使环氧树脂体系的刚性泡沫芯材受热膨胀，填充满整个防撞梁主型体空腔中，形成芯部刚性体2，所述芯部刚性体2的体积密度约为0.7g/cm3。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种复合材料车门防撞梁，其特征在于：
由防撞梁主型体、芯部刚性体和防撞梁连接支架组成；
所述防撞梁主型体为由一种或多种连续纤维复合材料层合后卷制而成的侧面封闭的筒状结构；
所述芯部刚性体为环氧树脂体系或聚氨酯合成橡胶体系发泡芯材，并填充于防撞梁主型体内腔；
所述防撞梁连接支架固定于防撞梁主型体两端，在防撞梁连接支架的防撞梁主型体连接部上开有与防撞梁主型体相联通的注胶孔，在防撞梁连接支架的车门连接部上开有螺栓孔。
2.如权利要求1所述一种复合材料车门防撞梁，其特征在于：
所述连续纤维复合材料包括：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维复合材料。
3.如权利要求1所述一种复合材料车门防撞梁，其特征在于：
所述防撞梁主型体由连续纤维复合材料的层合板料卷制成型；
所述连续纤维复合材料的层合板料由若干层连续纤维复合材料单层逐层相互斜铺叠加组成，相邻两层连续纤维复合材料单层的斜铺方向相反，且均与所述防撞梁主型体的长度方向呈45度夹角。
4.如权利要求1-3中任意一项所述一种复合材料车门防撞梁，其特征在于：
所述的防撞梁主型体厚度为2mm至3mm。
5.如权利要求1所述一种复合材料车门防撞梁，其特征在于：
所述芯部刚性体的体积密度0.4g/cm3至0.8g/cm3。
6.如权利要求1所述一种复合材料车门防撞梁，其特征在于：
所述防撞梁连接支架的防撞梁主型体连接部通过结构胶胶层与防撞梁主型体粘接固定。
7.如权利要求6所述一种复合材料车门防撞梁，其特征在于：
所述结构胶胶层厚度为1mm至2mm，粘接配合面长度为30mm至50mm。
8.如权利要求1所述一种复合材料车门防撞梁的制备方法：
所述制备方法如下：
步骤一：制备防撞梁主型体；
步骤二：将防撞梁连接支架固定于防撞梁主型体两端；
步骤三：从防撞梁连接支架的注胶孔向防撞梁主型体内注射芯部刚性体。
9.如权利要求1所述一种复合材料车门防撞梁的制备方法：
所述制备方法如下：
步骤一：制备防撞梁主型体；
步骤二：将环氧树脂体系或聚氨酯合成橡胶体系发泡芯材置于防撞梁主型体腔体内；
步骤二：将防撞梁连接支架固定于防撞梁主型体两端；
步骤四：加热环氧树脂体系或聚氨酯合成橡胶体系发泡芯材，使其受热膨胀并充满防撞梁主型体的内腔。
10.如权利要求8或9所述一种复合材料车门防撞梁的制备方法：
制备防撞梁主型体的过程如下：
制备预浸料，将连续纤维增强体浸入树脂基体内形成纤维预浸料单向带；
预浸料裁切铺叠，将纤维预浸料单向带按照预设的角度方向进行裁切，并将裁切好的纤维预浸料单向带按照预设的顺序依次铺叠形成预浸料合层结构；
熨烫加热，将预浸料合层结构置于加热板间熨烫加热，加热温度40℃至60℃，加热时间3min至6min；
卷制成型，将熨烫加热后的预浸料合层结构置于卷管机台上卷制成型，制得预成型体，卷制成型压力为0.3Mpa至0.8MPa；
缠带固定，在卷制成型后的预成型体外表面缠绕张紧带，张紧压力为0.3Mpa至0.8MPa；
烘箱固化，对预成型体加热烘干固化，加热温度120℃至180℃，加热时间1h至6h；
脱模修边，对固化后的预成型体从从卷制模具上拆下，并对边角进行修磨，获得防撞梁主型体。
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