CN114311887A - 一种轻量化高抗撕裂车用底护复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，复合材料的结构从上到下依次包括连续纤维层、LWRT层和连续纤维层，连续纤维层包括连续性长纤丙纶与连续性玻璃纤维，连续纤维是直径7‑21um的玻璃纤维，连续性长纤丙纶是丙纶1.5‑15dex，本发明首次引入两种连续纤维混合结构层，利用双重连续纤维出色的拉伸性能，大幅度提高底护基材的抗撕裂性能，达到涉水试验要求。两种连续纤维混合形成的线团状结构，具有一定的力学性能，同时引入粘结剂，加固两种连续纤维之间的结合力，使表面形成更为致密的结构，提升表面的刚性与韧性，进而可以减轻材料的重量来达到底护的基本指标，形成经济效益。

Description

一种轻量化高抗撕裂车用底护复合材料

技术领域

本发明属于汽车外饰件用复合材料技术领域，具体地说，涉及一种轻量化高抗撕裂车用底护复合材料。

背景技术

随着新能源汽车的增长，对底盘系统的防护提出更高要求，尤其是防水性能。水是电的良导体，而新能源汽车(主要指纯电动汽车)以高压动力电池作为唯一动力源，在积水中行驶是否存在重大隐患(如电池漏电、电子部件短路等)是消费者最为关切的安全问题之一。

汽车底护板是汽车底护系统防护的重要外饰件材料，能够阻挡异物、泥沙、碎石，防止雨水、冰沙的腐蚀，减少空气阻力等功能。目前常用的底护材料是模压类的短切玻璃纤维增强聚丙烯LWRT、注塑类的增强聚丙烯、ABS等树脂母粒，而短切玻璃纤维增强丙纶LWRT以其优异的耐冲击、降噪等功能逐渐成为底护材料的首选。

但是目前短切玻璃纤维增强聚丙烯LWRT的底护板在高要求的涉水试验过程中经常出现底护板撕裂，造成涉水试验失效，极大的限制了其在新能源汽车领域的应用。如何提升LWRT底护板的抗撕裂强度是LWRT底护材料发展的重要方向。常用的增强方法只是通过增加底护材料的克重来满足撕裂强度指标，但是成本会大幅度增加，不符合工业化量产。

专利CN106457743A《外部装饰部件》公开了一种连续PET纤维用于汽车底部装饰件，连续PET纤维具有较强的拉伸、抗撕裂特性，能够满足各主机厂底护撕裂要求，但是部分性能无法达到底护基材要求，尤其是刚性、弯曲强度等指标。而短切玻璃纤维增强聚丙烯LWRT具有较好的刚性，但抗撕裂性能差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处作出了改进，提供了一种轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，同时具备较强的刚性和抗撕裂性，彻底解决底护在涉水过程中失效的问题，并进一步实现轻量化，达到工业量产水平。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种高抗撕裂车用底护复合材料，复合材料的结构从上到下依次包括连续纤维层、LWRT层和连续纤维层。

作为进一步地改进，本发明所述的连续纤维层包括连续性长纤丙纶与连续性玻璃纤维，连续纤维是直径7-21um的玻璃纤维，连续性长纤丙纶是丙纶1.5-15dex。

作为进一步地改进，本发明所述的连续纤维层是连续性长纤丙纶与连续性玻璃纤维依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡。

作为进一步地改进，本发明所述的连续纤维层中玻璃纤维与丙纶的比例在20：80～80:20，克重范围在150-800g/m²之间。

作为进一步地改进，本发明所述的连续纤维层中玻璃纤维与丙纶的优选为40:60～60:40，克重范围在200-600g/m²之间。

作为进一步地改进，本发明所述的连续纤维层是连续纤维络合成线团状后，均匀洒落粘结剂，粘结剂的添加量为连续纤维层的0.5％-2％。以此加固连续纤维之间的粘结力，具备更强的抗撕裂性能。

作为进一步地改进，本发明所述的粘结剂为热塑性粉末、半热固性粉末、醋酸乙烯酯类液体中的任意一种，粘结剂的添加量优选为0.5％-1％。

作为进一步地改进，本发明所述的LWTR层由短切丙纶与短切玻璃纤维组成，LWTR层在成型烘烤过程中会膨胀发起，克重在300-800g/m²，满足底护不同厚度的设计要求。

作为进一步地改进，本发明所述的克重优选为400-600g/m²。

作为进一步地改进，本发明所述的高抗撕裂车用底护复合材料的生产方式为连续纤维层、LWRT层、连续纤维层按此顺序，一次性通过热压或复合辊压制成。

本发明的有益效果如下：

1、本发明首次引入两种连续纤维混合结构层，利用双重连续纤维出色的拉伸性能，大幅度提高底护基材的抗撕裂性能，达到涉水试验要求。

2、本发明两种连续纤维混合形成的线团状结构，具有一定的力学性能，同时引入粘结剂，加固两种连续纤维之间的结合力，使表面形成更为致密的结构，提升表面的刚性与韧性，进而可以减轻材料的重量来达到底护的基本指标，形成经济效益。

3、本发明芯层结构是LWRT，利用其在加热过程中发起高度高来适应各类底护造型设计，而且通过与表层连续纤维的结构三明治的构造，形成同时具有高抗撕裂力与弯曲强度，满足底护力学指标，达到涉水实验要求，适应当前各类车用底护的应用，且具有轻量化、成本优势，具有极大的发展潜力。

附图说明

图1为轻量化高抗撕裂车用底护复合材料结构示意图；

图1中，1是连续纤维层；2是LWRT层。

具体实施方式

本发明公开了一种高抗撕裂车用底护复合材料，复合材料的结构从上到下依次包括连续纤维层1、LWRT层2和连续纤维层1。

连续纤维层1包括连续性长纤丙纶与连续性玻璃纤维，连续纤维是直径7-21um的玻璃纤维，连续性长纤丙纶是丙纶1.5-15dex。

连续纤维层1是连续性长纤丙纶与连续性玻璃纤维依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡，其中，玻璃纤维与丙纶的比例在20：80～80:20，克重范围在150-800g/m²之间，连续纤维层1中玻璃纤维与丙纶的优选为40:60～60:40，克重范围在200-600g/m²之间，连续纤维层1是连续纤维络合成线团状后，均匀洒落粘结剂，粘结剂的添加量为连续纤维层1的0.5％-2％。以此加固连续纤维之间的粘结力，具备更强的抗撕裂性能；粘结剂为热塑性粉末、半热固性粉末、醋酸乙烯酯类液体中的任意一种，粘结剂的添加量优选为0.5％-1％。

LWTR层由短切丙纶与短切玻璃纤维组成，LWTR层在成型烘烤过程中会膨胀发起，克重在300-800g/m²，优选为400-600g/m²，满足底护不同厚度的设计要求。

本发明的高抗撕裂车用底护复合材料的生产方式为连续纤维层1、LWRT层2、连续纤维层1按此顺序，一次性通过热压或复合辊压制成。

下面结合具体实施例对本发明的结构方案做进一步的说明：

实施例1

图1为轻量化高抗撕裂车用底护复合材料结构示意图；，从上到下依次分别是连续纤维层1、LWRT层2、连续纤维层1，具体制备过程如下：

选用直径为15um的连续玻璃纤维与10dex连续长纤丙纶，比例为50:50，通过长丝络合工艺混合得到连续纤维层1，克重为250g/m²；连续纤维层的粘结剂选用PP粉，用量分别为占连续纤维层1的0％、0.3％、0.5％、1％、2％、2.5％，LWRT选用500g/m²。

将连续纤维层1、LWRT层2、连续纤维层1，通过热压机热压制得克重1000g/m²，厚度为3.5mm的样品1、2、3、4、5、6，压制成底护。

对其进行100kg，90°碎石冲击试验和吸音性能测试。

测试结果如下表1：

表1为不同PP粉添加量对底护碎石冲击的影响

从表1可以看到连续纤维层添加不同含量的PP粉，当添加量占连续纤维层小于0.5％时，100kg，90°碎石冲击试验后表面出现刮擦、破损的痕迹；而当添加量占连续纤维层大于0.5％，100kg，90°碎石冲击试验后表面完好无损，具有较好的耐刮擦性能。理论上，PP粉添加量越多对其耐刮擦力提升越大，但是过大的添加量会影响长丝络合工艺的连续生产能力，且具有一定的粉尘污染，所以选择0.5％-2％，优选0.5％-1％.，较为适合本发明。

实施例2

图1为轻量化高抗撕裂车用底护复合材料的结构示意图，从上到下依次分别是连续纤维层1、LWRT层2、连续纤维层1，具体制备过程如下

选用直径为15um的连续玻璃纤维与10dex连续长纤丙纶，比例为50:50，通过长丝络合工艺混合得到连续纤维层1，克重为500g/m²；连续纤维层的粘结剂选用PP粉，用量分别为占连续纤维层1的1％，去除LWRT层。

将连续纤维层1连续纤维层1，通过热压机热压制得克重1000g/m²、厚度为3.5mm的样品7，压制成底护。

实施例3

图1为轻量化高抗撕裂车用底护复合材料的结构示意图，从上到下依次分别是连续纤维层1、LWRT层2、连续纤维层1，具体制备过程如下：

去除连续纤维层，LWRT选用1000g/m²，厚度为3.5mm的。

将LWRT层2，通过热压机热压制得克重1000g/m²，厚度为3.5mm的样品8，压制成底护。

对比例1

对底护复合材料的结构中连续纤维层、LWRT层的有无，进行抗撕裂与弯曲性能对比，对比样品分别为1000g/m²样品4(含有连续纤维层和LWRT层)、样品7(只含有连续纤维层)、样品8(只含有LWRT层)。抗撕裂测试参考TSL3618G4.4，分别在常温和浸水状态下测试；弯曲强度参照TSL3618G 4.15，分别在常温和浸水状态下测试。

表2为底护复合材料的结构中连续纤维层、LWRT层对撕裂强度与弯曲性能的影响

备注：测试方法参照丰田底护，撕裂强度常温≥180N，浸水≥48N；弯曲强度常温≥10N，浸水≥10N.

从表2的数据可以看到，样品7(只含有连续纤维层)的撕裂强度满足要求，但弯曲强度最差；而样品8(只含有LWRT层)的弯曲强度满足要求，但撕裂强度最差。当结构中只含有连续纤维层或者LWRT层时，无法同时具备较好的弯曲强度与撕裂强度性能，从而无法满足底护基本的力学性能。而样品4，综合具有较好的弯曲强度与撕裂强度性能，达到底护材材料的使用指标。

对比例2

对底护复合材料的结构中连续纤维层、LWRT层的有无，进行烘烤发起与成型可行性分析，对比样品分别为1000g/m²样品4(含有连续纤维层和LWRT层)、样品7(只含有连续纤维层)、样品8(只含有LWRT层)。

表3为烘烤发起量与成型分析

底护的厚度设计是根据装配与性能而定，通常搭接口或与车底固定点的位置设计厚度较小，在1-3mm之间，而大面位置的厚度设计在4.5-7.5mm居多。从表3，可以看到，样品7(只含有连续纤维层)烘烤后起发高度仅在4mm，无法满足一般底护基本厚度、造型要求；而样品4(含有连续纤维层和LWRT层)、样品8(只含有LWRT层)，能够利用LWRT中短切纤维在加热过程中形成三维立体的特性，形成较高的发起高度，从而满足一般底护基本设计要求。

实施例4

图1为轻量化高抗撕裂车用底护复合材料的结构示意图，从上到下依次分别是连续纤维层1、LWRT层2、连续纤维层1，具体制备过程如下：

选用直径为10um的连续玻璃纤维与8dex连续长纤丙纶，比例为60:40，通过长丝络合工艺混合得到连续纤维层1，克重为200g/m²；连续纤维层的粘结剂选用醋酸乙烯酯，用量为占连续纤维层1的0.5％，LWRT选用300g/m²。

将连续纤维层1、LWRT层2、连续纤维层1，通过热压机热压制得克重700g/m²样品9，压制成底护。

分别对样品的力学性能进行测试，抗撕裂测试参考TSL3618G 4.4，分别在常温和浸水状态下测试，弯曲强度参照TSL3618G 4.15，分别在常温和浸水状态下测试。

对比例2

本发明底护复合材料的结构与目前常用的用底护材料进行刚性对比。分别选用700、800、900、1000gLWRT底护，标记为样品10、11、12、13，与实施例4中700g/m²样品9压制的底护进行弯曲强度测试。弯曲强度参照TSL3618G 4.15，分别在常温和浸水状态下测试。

表3样品弯曲强度的测试数据

从表3的数据可以看到，LWRT的弯曲强度随其克重的增加逐渐增大，而本发明底护复合材料的克重为700g/m²与900g/m²的LWRT弯曲性能相当，具有明显的轻量化优势；且从表2的数据可以与LWRT相比，本发明底护复合材料的抗撕裂性能更优，在克重的优势上更大。

实施例5

图1为高抗撕裂车用底护基材的结构示意图，从上到下分别是连续纤维层1、LWRT层2、连续纤维层1，具体制备过程如下：

选用直径为8um的连续玻璃纤维与5dex连续长纤丙纶，比例为40:60，通过长丝络合工艺混合得到连续纤维层1，克重为130、150、500、800g/m²；LWRT选用400g/m².

将连续纤维层1、LWRT层2、连续纤维层1，复合辊压制成克重分别660、700、1400、1600g/m²样品14、15、16、17，压制成底护，进行力学性能进行测试。

抗撕裂测试参考TSL3618G 4.4，分别在常温和浸水状态下测试，弯曲强度参照TSL3618G 4.15，分别在常温和浸水状态下测试。

表3不同克重的连续纤维层对底护抗撕裂与弯曲强度的影响

备注：测试方法参照丰田底护，撕裂强度常温≥180N，浸水≥48N；弯曲强度常温≥10N，浸水≥10N.

从表3的数据可以看到，弯曲强度与撕裂强度随着连续纤维层的克重增加而增加；当连续纤维层的克重小于150g/m²时，底护的撕裂强度较差，无法满足底护技术指标，当连续纤维层的克重大于150g/m²时，底护的撕裂强度基本满足技术指标，且随着连续纤维层的克重的增加，撕裂强度与弯曲强度也随之增加，但是克重过大，对于底护的经济价值和轻量化相冲突。故本发明选择克重范围在150-800g/m²作为连续纤维层。

本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围，所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，其特征在于，所述的复合材料的结构从上到下依次包括连续纤维层(1)、LWRT层(2)和连续纤维层(1)。

2.根据权利要求1所述的轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，其特征在于，所述的连续纤维层(1)包括连续性长纤丙纶与连续性玻璃纤维，所述的连续纤维是直径7-21um的玻璃纤维，所述连续性长纤丙纶是丙纶1.5-15dex。

3.根据权利要求2所述的轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，其特征在于，所述的连续纤维层(1)是连续性长纤丙纶与连续性玻璃纤维依次间隔通过长丝络合工艺混合，得到线团状的混合毡。

4.根据权利要求2所述的轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，其特征在于，所述的连续纤维层(1)中玻璃纤维与丙纶的比例在20：80～80:20，克重范围在150-800g/m²之间。

5.根据权利要求4所述的轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，其特征在于，所述的所述的连续纤维层(1)中玻璃纤维与丙纶的优选为40:60～60:40，克重范围在200-600g/m²之间。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，其特征在于，所述的连续纤维层(1)是连续纤维络合成线团状后，均匀洒落粘结剂，所述的粘结剂的添加量为连续纤维层的0.5％-2％。

7.根据权利要求6所述的轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，其特征在于，所述的粘结剂为热塑性粉末、半热固性粉末、醋酸乙烯酯类液体中的任意一种，粘结剂的添加量优选为0.5％-1％。

8.根据权利要求6所述的轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，其特征在于，所述的LWTR层由短切丙纶与短切玻璃纤维组成，所述的LWTR层在成型烘烤过程中会膨胀发起，克重在300-800g/m²。

9.根据权利要求8所述的轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，其特征在于，所述的克重优选为400-600g/m²。

10.根据权利要求1或2或3或4或5或7或8所述的轻量化高抗撕裂车用底护复合材料，其特征在于，所述的轻量化高抗撕裂车用底护复合材料的生产方式为连续纤维层(1)、LWRT层(2)、连续纤维层(1)按此顺序，一次性通过热压或复合辊压制成。

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