CN116176475A - 一种车用前/后防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用前/后防护装置，属于汽车零部件设备。包括弧形横梁、支架总成和堵盖。弧形横梁为采用热塑性纤维增强复合材料一体成型的中空长条结构，且在纵向上形成预定弧度；支架总成包括对称设置的左支架总成和右支架总成；所述的左支架总成和右支架总成平行设置在所述弧形横梁的同侧，适于固定所述弧形横梁；堵盖与弧形横梁两端开口相匹配安装配合。本发明针对前/后下部防护装置进行改进，替换为热塑性复合材料成型弧形横梁，弧形横梁的造型可以按照市场的要求而执行，设计为具有一定弧度的弧形横梁。

Description

一种车用前/后防护装置

技术领域

本发明属于汽车零部件设备，尤其是一种车用前/后防护装置。

背景技术

车用前/后防护装置是汽车上的重要结构，可以在发生接触和轻度碰撞时，不会导致车辆的严重损伤，对乘员起到一点的保护作用。传统的前/后下部防护装置为金属材料加工成型,自重较大，而且结构复杂，不利于重型汽车的轻量化；另外金属件需要涂装防腐，在涂层脱落后会生锈出现断裂，且材料利用率低，加工工序多，成本高。

本公司申请的一种纤维增强塑料成型商用车前下部防护(ZL201721155856.1)和一种纤维增强塑料成型商用车后下部防护(ZL202122717265.1)是采用纤维增强热固性型复合材料成型的弧形横梁，上述弧形横梁结构都是直的。显然，长条形的弧形横梁不能满足市场对有弯曲造型的前/后防护装置的需求，而且热固性弧形横梁材料不能回收再使用，导致资源浪费。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种车用前/后防护装置，以解决背景技术所涉及的问题。

本发明提供一种车用前/后防护装置，包括：

弧形横梁，为采用热塑性纤维增强复合材料一体成型的中空长条结构，且在纵向上形成预定弧度；

支架总成，包括对称设置的左支架总成和右支架总成；所述的左支架总成和右支架总成平行设置在所述弧形横梁的同侧，适于固定所述弧形横梁；

堵盖，与弧形横梁两端开口相匹配安装配合。

优选地或可选地，所述支架总成采用金属支架总成；

所述支架总成包括：呈大致翼状结构、与弧形横梁相互垂直设置的支架主体，与所述支架主体一体成型、截面呈U形、套装所述弧形横梁一侧的装配部，以及倾斜设置在所述支架主体和装配部之间的加强筋。

优选地或可选地，所述装配部所述弧形横梁可拆卸连接。

优选地或可选地，所述装配部与所述弧形横梁采用双面胶粘接方式连接。

优选地或可选地，所述装配部与所述弧形横梁采用铆接方式连接。

优选地或可选地，所述热塑性纤维增强复合材料为连续纤维增强热塑性树脂基复合材料。

优选地或可选地，使用所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制备弧形横梁的工艺，包括如下步骤：

步骤1、将连接纤维在包含热塑性树脂的熔体中进行浸渍；

步骤2、将浸渍有热塑性树脂的连续纤维以预定的缠绕方式缠绕在芯模的表面，形成缠绕体；

步骤3、然后至少两个包含有芯模的缠绕体堆积叠放形成组合缠绕体，然后再将浸渍有热塑性树脂的连续纤维以预定的缠绕方式在所述组合缠绕体的外表面；

步骤4、完成浸渍有热塑性树脂的连续纤维的缠绕排布后，冷却降温，待热塑性树脂完全固化后，切除连续纤维增强热塑性树脂基复合材料两侧端部、并从芯模上脱出，即得到中空长条结构的横梁；

步骤5、在所述中空长条结构的横梁内部填充颗粒性填料，将中空长条结构的横梁预热至热塑性树脂软化；

步骤7、软化后的中空长条结构的横梁通过弯折工位，将软化后的中空长条结构的横梁弯折预定角度，去除颗粒性填料，并进行抛光，形成纵向带预定弧度的弧形横梁。

优选地或可选地，所述预定的缠绕方式为：将浸渍有热塑性树脂的连续纤维沿着倾斜于芯模纵向的0～5°的角度缠绕，至完全缠绕所述芯模；然后将浸渍有热塑性树脂的连续纤维沿着倾斜于芯模纵向的-5～0°的角度缠绕，至完全缠绕所述芯模；重复上述步骤3～5次，至达到预定弧形横梁的设计需求。

优选地或可选地，所述热塑性树脂至少包括尼龙6、尼龙66、聚醚醚酮、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯中的一种；

所述连续纤维至少为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的一种；

所述熔体还包括抗紫外线老化剂和耐热老化剂。

本发明涉及一种车用前/后防护装置，相较于现有技术，具有如下有益效果：本发明针对前/后下部防护装置进行改进，替换为热塑性复合材料成型弧形横梁，弧形横梁的造型可以按照市场的要求而执行，设计为具有一定弧度的弧形横梁；而且使用热塑性材料成型防护装置，旧件可以回收再利用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中支架总成的结构示意图。

图3是本发明中一种支架总成与横梁连接的结构示意图。

图4是本发明中另一种支架总成与横梁连接的结构示意图。

图5是本发明中芯模的结构示意图。

图6是本发明实施例1中连续纤维在芯模上的布线方式示意图。

图7是本发明实施例2中连续纤维在芯模上的布线方式示意图。

图8是本发明实施例3中连续纤维在芯模上的布线方式示意图。

附图标记为：弧形横梁10、支架总成20、堵盖30、左支架总成21、右支架总成22、支架主体211、装配部212、加强筋213、螺栓214、双面胶215、芯模A、限位槽B。

具体实施方式

参阅附图1至4，一种车用前/后防护装置，包括：弧形横梁10、支架总成20和堵盖30。弧形横梁10通过支架总成20组成形成防护装置，设置在车辆前、后端的下部，实现其防护功能。

其中，弧形横梁10为采用热塑性纤维增强复合材料一体成型的中空长条结构，且在纵向上形成预定弧度；中空结构能够起到缓冲作用，其中空截面可以为长方形或椭圆形等结构，在本实施例中为长方形结构。相较于传统的金属材料，热塑性纤维增强复合材料密度为金属的1/4；与热固性复合材料弧形横梁10防护相比：热塑性纤维增强复合材料抗拉强度提升25％。

支架总成20包括对称设置的左支架总成21和右支架总成22；所述的左支架总成21和右支架总成22平行设置在所述弧形横梁10的同侧，适于固定所述弧形横梁10；所述支架总成20采用金属支架总成20；所述支架总成20包括：呈大致翼状结构、与弧形横梁10相互垂直设置的支架主体211，与所述支架主体211一体成型、截面呈U形、套装所述弧形横梁10一侧的装配部212，以及倾斜设置在所述支架主体211和装配部212之间的加强筋213。

所述装配部212所述弧形横梁10可拆卸连接。具体地，可以采用螺栓214连接方式，也可以采用双面胶215粘接方式连接，也可以采用铆接方式连接，或它们的组合连接方式。

堵盖30与弧形横梁10两端开口相匹配安装配合。具体地，所述弧形横梁10本体与两端堵盖30采用螺钉安装，也可以采用铆钉铆接；

其中，传统的汽车零部件所采用的热塑性短切纤维增强复合材料，其一般采用长度为0.2-0.7mm短纤维，其内部的短纤维在热塑性树脂材料中成均匀的无规则状态分布，能够大大提高热塑性树脂材料的结构强度，但是其力学性能远不及连续纤维增强热塑性树脂基复合材料。

在连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制作复杂结构的零件时，一般采用预浸料进行拼接组合，商业化碳纤维(CF)单向带预浸料的厚度多在0.15mm以上；平纹编织预浸料的厚度则在0.25mm以上。对于薄壁型弧形横梁10，则需要减少预浸料数量少，导致层合板各向异性明显。对于薄壁型弧形横梁10，则意味着铺层数变大，进而导致预浸料之间的连接缺陷面积增加，进而复合材料的承载性能有所降低，既影响复合材料的力学性能。

因此本申请提出了一种使用所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制备弧形横梁10的工艺，包括如下步骤：

步骤1、将连接纤维在包含热塑性树脂的熔体中进行浸渍；其中，所述热塑性树脂至少包括尼龙6、尼龙66、聚醚醚酮、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯中的一种；所述连续纤维至少为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的一种；所述熔体还包括抗紫外线老化剂和耐热老化剂。

步骤2、将浸渍有热塑性树脂的连续纤维以预定的缠绕方式缠绕在芯模A的表面，形成缠绕体；其中，参阅附图5，所述芯模A的两端面的周向均匀分布的多个限位槽B，适于悬挂浸渍有热塑性树脂的连续纤维，并对连续纤维进行定位。

步骤3、然后至少两个包含有芯模A的缠绕体堆积叠放形成组合缠绕体，然后再将浸渍有热塑性树脂的连续纤维以预定的缠绕方式在所述组合缠绕体的外表面；上述步骤同步骤2中的预定的缠绕方式，保证整个弧形横梁10的各个侧壁的厚度相等，提高整个弧形横梁10的力学结构，避免应力集中。

步骤4、完成浸渍有热塑性树脂的连续纤维的缠绕排布后，冷却降温，待热塑性树脂完全固化后，切除连续纤维增强热塑性树脂基复合材料两侧端部、并从芯模A上脱出，即得到中空长条结构的横梁；

步骤5、在所述中空长条结构的横梁内部填充颗粒性填料，将中空长条结构的横梁预热至热塑性树脂软化；其中，所述颗粒性填料可以为石英砂等耐高温颗粒，起到支撑作用，避免折弯谷过程中应力过于集中，影响整个弧形横梁10的拉伸强度。

步骤7、软化后的中空长条结构的横梁通过弯折工位，将软化后的中空长条结构的横梁弯折预定角度，去除颗粒性填料，并进行抛光，形成纵向带预定弧度的弧形横梁10。

为了提高弧形横梁10的纵向力学性能，因此将连续纤维设置为与弧形横梁10纵向平行方向，能够有效的提高弧形横梁10的抗拉伸和强度。为了满足市场需求，需要对中空长条结构的横梁进行一定弧度的弯折，如果连续纤维设置为与弧形横梁10纵向平行方向，则在弯折过程中，会导致连续纤维撕裂、甚至是断裂，进而影响连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的结构强度；所述预定的缠绕方式为：将浸渍有热塑性树脂的连续纤维沿着倾斜于芯模A纵向的0～5°的角度缠绕，至完全缠绕所述芯模A；然后将浸渍有热塑性树脂的连续纤维沿着倾斜于芯模A纵向的-5～0°的角度缠绕，至完全缠绕所述芯模A；重复上述步骤3～5次，至达到预定弧形横梁10的设计需求。如此，连续纤维相对与芯模A发生了一定角度的偏移，降低了连续纤维相对于芯模A张紧度，在弯折过程中，连续纤维的些许偏移，避免连续纤维撕裂和断裂；而且，两个相邻的两层连续纤维之间形成一定的交叉角度，形成网状结构，进而一步提高了整个弧形横梁10的结构强度。

下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

按照如下重量份数配置包含热塑性树脂的熔体：80kg的聚丙烯树脂(燕山石化7100/7780等共聚聚丙烯，)、6kg的硬脂酸钙、10kg的碳酸钙、2kg的二苯甲酮、2kg的2,5-二特丁基对苯二酚，加热250℃；然后玻璃纤维经钛酸酯表面处理剂处理后，进入140℃的预热烘道预热，将玻璃纤维与树脂按照一定比例进行熔融浸渍，浸渍后，参阅附图6，将浸渍有热塑性树脂的玻璃纤维以倾斜于芯模纵向45°的角度缠绕，至完全缠绕所述芯模；然后以倾斜于芯模纵向-45°的角度缠绕，至完全缠绕所述芯模，重复上述步骤3次，形成缠绕体；然后至少两个包含有芯模的缠绕体堆积叠放形成组合缠绕体，然后再将浸渍有热塑性树脂的玻璃纤维以同上的缠绕方式在所述组合缠绕体的外表面，如此保证每个侧壁、中间连接壁的厚度均相等；完成浸渍有热塑性树脂的玻璃纤维的缠绕排布后，冷却降温至常温，待热塑性树脂完全固化后，切除两侧端部、并从芯模上脱出，即得到中空长条结构的横梁；在所述中空长条结构的横梁内部填充石英砂填料，将中空长条结构的横梁预热140℃至热塑性树脂软化软化后的中空长条结构的横梁通过弯折工位，使用机械手在5-30秒钟将软化后的中空长条结构的横梁压制在具有一定弧度的成型模具内，降温待中空长条结构的横梁产品完全硬化以后开模具。将软化后的中空长条结构的横梁弯折预定角度，去除填料，并进行抛光，形成纵向带预定弧度的弧形横梁。

实施例2：

按照如下重量份数配置包含热塑性树脂的熔体：80kg的聚丙烯树脂(燕山石化7100/7780等共聚聚丙烯，)、6kg的硬脂酸钙、10kg的碳酸钙、2kg的二苯甲酮、2kg的2,5-二特丁基对苯二酚，加热250℃；然后玻璃纤维经钛酸酯表面处理剂处理后，进入140℃的预热烘道预热，将玻璃纤维与树脂按照一定比例进行熔融浸渍，浸渍后，参阅附图7，将浸渍有热塑性树脂的玻璃纤维以平行于芯模纵向的方向缠绕，至完全缠绕所述芯模；重复上述步骤6次，形成缠绕体；然后至少两个包含有芯模的缠绕体堆积叠放形成组合缠绕体，然后再将浸渍有热塑性树脂的玻璃纤维以同上的缠绕方式在所述组合缠绕体的外表面，如此保证每个侧壁、中间连接壁的厚度均相等；完成浸渍有热塑性树脂的玻璃纤维的缠绕排布后，冷却降温至常温，待热塑性树脂完全固化后，切除两侧端部、并从芯模上脱出，即得到中空长条结构的横梁；在所述中空长条结构的横梁内部填充石英砂填料，将中空长条结构的横梁预热140℃至热塑性树脂软化软化后的中空长条结构的横梁通过弯折工位，使用机械手在5-30秒钟将软化后的中空长条结构的横梁压制在具有一定弧度的成型模具内，降温待中空长条结构的横梁产品完全硬化以后开模具。将软化后的中空长条结构的横梁弯折预定角度，去除填料，并进行抛光，形成纵向带预定弧度的弧形横梁。

实施例3：

按照如下重量份数配置包含热塑性树脂的熔体：80kg的聚丙烯树脂(燕山石化7100/7780等共聚聚丙烯，)、6kg的硬脂酸钙、10kg的碳酸钙、2kg的二苯甲酮、2kg的2,5-二特丁基对苯二酚，加热250℃；然后玻璃纤维经钛酸酯表面处理剂处理后，进入140℃的预热烘道预热，将玻璃纤维与树脂按照一定比例进行熔融浸渍，浸渍后，参阅附图8，将浸渍有热塑性树脂的玻璃纤维以倾斜于芯模纵向3°的角度缠绕，至完全缠绕所述芯模；然后以倾斜于芯模纵向-3°的角度缠绕，至完全缠绕所述芯模，重复上述步骤3次，形成缠绕体；然后至少两个包含有芯模的缠绕体堆积叠放形成组合缠绕体，然后再将浸渍有热塑性树脂的玻璃纤维以同上的缠绕方式在所述组合缠绕体的外表面，如此保证每个侧壁、中间连接壁的厚度均相等；完成浸渍有热塑性树脂的玻璃纤维的缠绕排布后，冷却降温至常温，待热塑性树脂完全固化后，切除两侧端部、并从芯模上脱出，即得到中空长条结构的横梁；在所述中空长条结构的横梁内部填充石英砂填料，将中空长条结构的横梁预热140℃至热塑性树脂软化软化后的中空长条结构的横梁通过弯折工位，使用机械手在5-30秒钟将软化后的中空长条结构的横梁压制在具有一定弧度的成型模具内，降温待中空长条结构的横梁产品完全硬化以后开模具。将软化后的中空长条结构的横梁弯折预定角度，去除填料，并进行抛光，形成纵向带预定弧度的弧形横梁。

对比例1：

按照如下重量份数配置包含热塑性树脂的熔体：80kg的聚丙烯树脂(燕山石化7100/7780等共聚聚丙烯，)、6kg的硬脂酸钙、10kg的碳酸钙、2kg的二苯甲酮、2kg的2,5-二特丁基对苯二酚，加热250℃后，注塑于预定形状的模具中，，待预定模具内的弧形横梁产品完全硬化以后开模具。

对比例2：

按照如下重量份数配置包含热塑性树脂的熔体：80kg的聚丙烯树脂(燕山石化7100/7780等共聚聚丙烯，)、6kg的硬脂酸钙、10kg的碳酸钙、2kg的二苯甲酮、2kg的2,5-二特丁基对苯二酚、25kg的0.2-0.7mm长度玻璃纤维，加热250℃后，注塑于预定形状的模具中，待预定模具内的弧形横梁产品完全硬化以后开模具。

检测例：

对实施例1至3、对比例1至2制备的弧形横梁按照GB/T 16421-1996标准进行拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度以及弯曲模量测试；按照GB/T 1043.1标准进行简支梁缺口冲击强度测试。

讨论：

参阅上表可知，实施例1至3得到的连续纤维增强热塑性树脂基复合材料相较于传统的热塑性树脂或短纤维增强的热塑性树脂，无论是抗拉伸、抗弯曲性能都有一个比较高的提高；另外，对比实施例1至3，实施例1连续纤维在芯模表面形成(45°，-45°)的网状结构，实施例2连续纤维沿着芯模表面纵向分布；实施例1连续纤维沿着芯模表面近似于纵向分布，且连续纤维在芯模表面形成(3°，-3°)的网状结构，根据实验数据发现，实施例3得到连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的抗拉伸、抗弯曲性能最优。

Claims (10)

1.一种车用前/后防护装置，其特征在于，包括：

弧形横梁，为采用热塑性纤维增强复合材料一体成型的中空长条结构，且在纵向上形成预定弧度；

支架总成，包括对称设置的左支架总成和右支架总成；所述的左支架总成和右支架总成平行设置在所述弧形横梁的同侧，适于固定所述弧形横梁；

堵盖，与弧形横梁两端开口相匹配安装配合。

2.根据权利要求1所述的车用前/后防护装置，其特征在于，所述支架总成采用金属支架总成；

所述支架总成包括：呈大致翼状结构、与弧形横梁相互垂直设置的支架主体，与所述支架主体一体成型、截面呈U形、套装所述弧形横梁一侧的装配部，以及倾斜设置在所述支架主体和装配部之间的加强筋。

3.根据权利要求2所述的车用前/后防护装置，其特征在于，所述装配部所述弧形横梁可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的车用前/后防护装置，其特征在于，所述装配部与所述弧形横梁采用双面胶粘接方式连接。

5.根据权利要求3所述的车用前/后防护装置，其特征在于，所述装配部与所述弧形横梁采用铆接方式连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的车用前/后防护装置，其特征在于，所述热塑性纤维增强复合材料为连续纤维增强热塑性树脂基复合材料。

7.根据权利要求6所述的车用前/后防护装置，其特征在于，使用所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制备弧形横梁的工艺，包括如下步骤：

步骤1、将连接纤维在包含热塑性树脂的熔体中进行浸渍；

步骤2、将浸渍有热塑性树脂的连续纤维以预定的缠绕方式缠绕在芯模的表面，形成缠绕体；

步骤3、然后至少两个包含有芯模的缠绕体堆积叠放形成组合缠绕体，然后再将浸渍有热塑性树脂的连续纤维以预定的缠绕方式在所述组合缠绕体的外表面；

步骤4、完成浸渍有热塑性树脂的连续纤维的缠绕排布后，冷却降温，待热塑性树脂完全固化后，切除连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的两侧端部、并从芯模上脱出，即得到中空长条结构的横梁；

步骤5、在所述中空长条结构的横梁内部填充颗粒性填料，将中空长条结构的横梁预热至热塑性树脂软化；

步骤7、软化后的中空长条结构的横梁通过弯折工位，将软化后的中空长条结构的横梁弯折预定角度，去除颗粒性填料，并进行抛光，形成纵向带预定弧度的弧形横梁。

8.根据权利要求7所述的车用前/后防护装置，其特征在于，所述芯模的两端面的周向均匀分布的多个限位槽，适于悬挂浸渍有热塑性树脂的连续纤维。

9.根据权利要求7所述的车用前/后防护装置，其特征在于，所述预定的缠绕方式为：

将浸渍有热塑性树脂的连续纤维沿着倾斜于芯模纵向的0～5°的角度缠绕，至完全缠绕所述芯模；然后将浸渍有热塑性树脂的连续纤维沿着倾斜于芯模纵向的-5～0°的角度缠绕，至完全缠绕所述芯模；重复上述步骤3～5次，至达到预定弧形横梁的设计需求。

10.根据权利要求7所述的车用前/后防护装置，其特征在于，所述热塑性树脂至少包括尼龙6、尼龙66、聚醚醚酮、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯中的一种；

所述连续纤维至少为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的一种；

所述熔体还包括抗紫外线老化剂和耐热老化剂。

Images