CN1321148C - 用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料及其制备的后举门 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料及其制备的汽车后举门。本发明所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其组成包括：基体树脂20～60%、增强纤维30～70%、偶联剂0.6～2%、固化剂0.1～2%、抗氧剂0.1～2%、阻燃剂0.1～2%、脱膜剂0.1～2%，以上均为重量百分比，材料的结构为内外板对粘结构。本发明所述的汽车后举门，采用上述的包括支撑块的纤维增强复合材料，外板和内板之间的折边处用粘结剂粘结。与钢制材料相比，本发明所述的复合材料减重效果好、强度高，容易加工，成型简单。利用本发明所述的纤维增强复合材料制备的后举门，尺寸精度高、制品表面光洁，收缩率低，重量轻、强度高、易加工。

Description

用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料及其制备的后举门

技术领域

本发明涉及一种用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料及其制备的汽车后举门。

背景技术

复合材料作为汽车轻量化的优质材料，除具有轻质高强特性外，还具有许多优点：如复合材料为非均质材料，其吸收冲击能量的性能较好，当汽车发生碰撞时，可避免或减少对人体的伤害；振动衰减性能优于金属，降低噪音的效果较好；设计灵活，对设计的更改有较强的适应性；耐腐蚀性能较好，一般不必维修可使用多年等等。复合材料用于汽车工业不仅性能优异，对于小批量多品种车型制造工艺还具有投资少、见效快、成本低等特点，因此复合材料在汽车轻量化应用上的趋势越来越明显。

轿车后举门(Taildate)是车身的重要零部件之一，由于后风窗的存在，其具有两大特点，首先要求后举门上部窗框处具有良好的刚性与强度，其次是后举门结构复杂，冲压成型困难，且生产中采用金属冲压成型工艺时材料利用率较低(仅有66％)，因此，国外众多两箱车多采用纤维增强塑料材料后举门。采用增强塑料不仅重量轻，而且便于生产，综合成本低于金属后举门。如雪铁龙两箱轿车-ZX后举门采用长玻纤增强复合材料注射(ZMC)成型，其重量仅为7.9kg。奔驰公司A级车采用GMT骨架、PBT/PC合金的热塑性塑料后举门，美国通用汽车公司的Saturn SW1旅行车采用片状模塑料(SMC)后举门。这些纤维增强塑料材料后举门都采用普通的玻璃纤维作为增强材料，刚度不高，因此需要增加后举门的厚度来提高制品的刚性，而这会带来后举门重量的增加；同时工艺复杂，成型加工周期长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重量轻、性能优异可以替代钢制汽车覆盖件的纤维增强复合材料。

本发明的另一目的在于提供用这种纤维增强复合材料制备的后举门。

本发明的再一目的在于提供一种上述材料和汽车后举门的制造方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其组成包括：基体树脂20～60％、增强纤维30～70％、偶联剂0.6～2％、固化剂0.1～2％、抗氧剂0.1～2％、阻燃剂0.1～2％、脱膜剂0.1～2％，以上均为重量百分比。

本发明中，所采用的基体树脂可以是乙烯基树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、呋喃树脂、醇酸树脂、氨基树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂(BMI)以及有机硅树脂等热固性树脂。

本发明中，所采用的增强纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、沥青基纤维、聚丙烯腈基纤维或聚苯并双噁唑(PBO)纤维超高分子量聚乙烯纤维。由于碳纤维比重轻、弯曲模量高、强度高，可提高汽车覆盖件的尺寸精度、强度及抗冲击性能，因此优选碳纤维。同时为了保证汽车覆盖件的强度和耐温性，增强纤维的重量百分比不低于30％，确保汽车覆盖件可以长期工作而不至于变形，并能够承受由于外力带来的冲击。

本发明中，所采用的偶联剂可以是乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、苯甲酰基三乙氧基硅烷或四异丙基二(二辛基)亚磷酸酯等。

本发明中，所采用的固化剂可以是过氧化环乙酮、过氧化甲乙酮、过氧化二苯酰、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯等。

本发明中，所采用的抗氧剂可以是二芳基仲胺、对苯二胺、酮胺、醛胺、四季戊四醇酯或对苯二酚二苄醚等。

本发明中，所采用的阻燃剂可以是氯化脂环烃、四氯邻苯二甲酸酐、氧化锑、氢氧化铝、氢氧化镁或硼酸锌等。

本发明中，所采用的脱模剂可以是石蜡、硅、聚二甲基硅氧烷或聚乙烯醇等。

为了降低成本，增加刚度，减少收缩，在本发明所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料中还可添加填料，其重量百分比为0～20％，优选为5～20％。所采用的填料可以是金属粉末、玻璃微珠、木粉、棉布、石棉、滑石粉、云母、石英、碳酸钙等。

实际应用时，通常采取这种材料的内外板对粘结构。根据应用的要求不同，即用来制造不同的汽车覆盖件时，还可在内外板间加支撑块。支撑块可以采用泡沫材料或蜂窝板材(如图2中8所示)，蜂窝板材可以由纸、陶瓷、铝以及塑料材料如聚丙烯或聚碳酸酯等制成，由于塑料蜂窝板材比重轻，强度高，不仅可以增加后举门结构刚性，降低后举门重量，而且在碰撞中还可以更多的吸收能量，因此优选塑料蜂窝板材。

一种纤维增强复合材料汽车后举门，采用上述的包括支撑块的纤维增强复合材料，内外板边缘均有折边结构，外板和内板之间的折边处用粘结剂粘结。

本发明所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其制造方法采用真空灌注成型工艺。首先将30～70％重量的增强纤维编织好后直接铺放在模具上，在增强纤维顶上铺设一层脱模布，脱模布上铺放导流布，然后用真空袋包覆、密封，真空泵抽气至负压状态，导流管分布在导流布的上面。将上述含量的基体树脂与其它各组分(支撑块除外)混合均匀后，通过进胶管进入整个体系，通过导流管引导树脂流动的主方向，导流布使树脂分布到铺层的每个角落，固化后剥离脱模布，从而得到密实度高，含胶量低的纤维增强复合材料内板或外板。各种铺层(如图1)所示。将内板和外板边缘的折边处用粘结剂粘合，或将内板、支撑块、外板依次叠合，然后将内板和外板边缘的折边处用粘结剂粘合即得具有对粘结构的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料。

所用的脱模布是一层很薄的低孔隙率、低渗透率的纤维织物，导流布为高渗透率的介质，一般市售的都可用。

一种纤维增强复合材料后举门的制造方法，与用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料的制备方法相同，真空灌注时在汽车内外板模具上成型内板和外板即可，将内外板产品固化、脱模、加工后，在内外板之间填充支撑块，装上金属铰链，同时用胶粘剂将内外板粘接成一个整体，最后加工修整产品，从而制得纤维增强复合材料后举门。

本发明的有益效果：

与钢制材料相比，本发明所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料减重效果好，可以达到30～60％，且强度高，容易加工，成型简单。

利用本发明所述的纤维增强复合材料制备后举门，尺寸精度高、制品表面光洁，收缩率低，与金属铰链之间的线性膨胀系数差异低，这样在承受应力的情况下，树脂与金属之间不会产生缝隙。后举门材料通过真空灌注成型，容易加工，成型工艺简单。因此，实现了纤维增强复合材料后举门的轻量化、高强度与易加工性。

本发明所述的后举门，内外板均有折边结构，之间用粘结剂粘结，增加粘结面积，提高粘结强度，同时获得了良好的制品外观。

附图说明

图1真空灌注成型示意图。

图2高分子蜂窝板材支撑块示意图，其中8是蜂窝板材，7和9分别为内外板。

图3碳纤维增强复合材料后举门外板结构。

图4碳纤维增强复合材料后举门内板结构。

具体实施方式

以下实施例是仅为更进一步具体说明本发明，并不限于实验例具体明示的内容，凡是本领域的技术人员对本发明所做的简单改进或替换均属于本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其制造方法采用真空灌注成型工艺。首先将30～70％重量的增强纤维1编织好后直接铺放在模具2上，在增强纤维1顶上铺设一层脱模布3，脱模布上铺放导流布4。然后用真空袋包覆、密封，真空泵抽气至负压状态。导流管5分布在导流布4的上面。将20～60％重量的基体树脂与其它各组分(支撑块除外)混合均匀后，通过进胶管6进入整个体系，通过导流管5引导树脂流动的主方向，导流布4使树脂分布到铺层的每个角落，固化后剥离脱模布3，从而得到密实度高，含胶量低的纤维增强复合材料内板或外板。将内板和外板边缘的折边处用粘结剂粘合，或将内板、支撑块、外板依次叠合，然后将内板和外板边缘的折边处用粘结剂粘合即得具有对粘结构的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料。

所用的脱模布可采用0.1mm厚的有孔聚四氟乙烯玻璃布，导流布可采用有孔防粘的塑料薄膜，导流管为可采用普通的聚丙烯材料制成。

与用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料的制备方法相同，纤维增强复合材料后举门的制造方法，其不同点在于，真空灌注时，在汽车内外板模具上成型内板和外板即可，将内外板产品固化、脱模、加工后，在内外板之间填充支撑块8，装上金属铰链，同时用胶粘剂将内外板粘接成一个整体，最后加工修整产品，从而制得纤维增强复合材料后举门。填充了支撑块处的结构示意图如图2所示，后举门内板结构如图4所示，外板结构如图3所示。

通过改变后举门材料各组分的含量获得实施例1至5，见表1。实施例1至5所用的支撑块均是聚丙烯基蜂窝板材。

将待试验的实施例后举门与同样大小和形状的钢制后举门分别称重为W₁和W₂，计算碳纤维增强复合材料后举门的减重效果：W＝(W₂-W₁)/W₂*100％。

将待试验的实施例后举门装配在试验支架上，在90℃的温度中放置4小时，取出复合材料后举门，冷却到常温，检查复合材料后举门形状尺寸或其他变化。

将待试验的实施例后举门装配在试验支架上，在常温下，将4000g钢球从50cm高度自由落体冲击后举门表面，观察表面是否有严重裂纹和断裂现象。

将待试验的实施例后举门按照装车状态安装在试验台架上，试验台架由门洞、支撑架和气动元件组成，气动推力杆推动后举门进行模仿后举门开闭的往复运动。开闭速度为：10～20秒/次，共进行3万次往复开闭，观察后举门铰链处有无开裂失效等现象。并据此评价后举门的开闭寿命性能，结果如表1中所示。

			实施例
								1	2	3	4	5
			组分(重量百分比)	基体树脂	乙烯基树脂	30	24						60	20	40
增强纤维	碳纤维	65						70	30	59	40
				偶联剂	乙烯基三乙氧基硅烷	2	0.6					0.6	0.6	2
固化剂	过氧化苯甲酰	1						0.1	0.1	0.1	2
				抗氧剂	四季戊四醇酯	1	0.1					0.1	0.1	2
阻燃剂	硼酸锌	0.5						0.1	0.1	0.1	2
				脱膜剂	聚二甲基硅氧烷	0.5	0.1					0.1	0.1	2
填料	碳酸钙	0						5	9	20	10
				评价结果	减重(％)		50					50	60	52	55
尺寸变化		无	无					无	无	无
					是否存在裂纹		否				否	否	否	否
是否开裂失实效		否	否					否	否	否

Claims (16)

1、一种用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其组成包括：基体树脂20～60％、增强纤维30～70％、偶联剂0.6～2％、固化剂0.1～2％、抗氧剂0.1～2％、阻燃剂0.1～2％、脱膜剂0.1～2％，以上均为重量百分比。

2、如权利要求1所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其特征在于，基体树脂是指如下的热固性树脂：乙烯基树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、呋喃树脂、醇酸树脂、氨基树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或有机硅树脂。

3、如权利要求1所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其特征在于，增强纤维是指玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、沥青基纤维、聚丙烯腈基纤维或聚苯并双噁唑纤维或超高分子量聚乙烯纤维。

4、如权利要求1所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其特征在于，偶联剂是指乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、苯甲酰基三乙氧基硅烷或四异丙基二(二辛基)亚磷酸酯。

5、如权利要求1所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其特征在于，固化剂是指过氧化环乙酮、过氧化甲乙酮、过氧化二苯酰、过氧化苯甲酰或过氧化苯甲酸叔丁酯。

6、如权利要求1所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其特征在于，抗氧剂是指二芳基仲胺、对苯二胺、酮胺、醛胺、四季戊四醇酯或对苯二酚二苄醚。

7、如权利要求1所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其特征在于，阻燃剂是指氯化脂环烃、四氯邻苯二甲酸酐、氧化锑、氢氧化铝、氢氧化镁或硼酸锌。

8、如权利要求1所述的用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其特征在于，脱模剂是指石蜡、硅、聚二甲基硅氧烷或聚乙烯醇。

9、如权利要求1～8所述的任一用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料，其特征在于，其组成还包括重量百分比为0～20％的填料，所说的填料是指金属粉末、玻璃微珠、木粉、棉布、石棉、滑石粉、云母、石英或碳酸钙。

10、一种汽车覆盖件，包括内板和外板，其特征在于：所说的内板和外板所用的材料为权利要求1～9所述的任一用于汽车覆盖件的纤维增强复合材料。

11、如权利要求10所述的汽车覆盖件，其特征在于：在内外板之间还包括支撑块，所说的支撑块是指泡沫材料或蜂窝板材。

12、如权利要求11所述的汽车覆盖件，其特征在于，蜂窝板材是指由纸、陶瓷、铝或塑料制成的蜂窝板材。

13、如权利要求12所述的汽车覆盖件，其特征在于，所说的塑料是聚丙烯或聚碳酸酯。

14、一种纤维增强复合材料汽车后举门，其特征在于，权利要求11～13所述的任一汽车覆盖件为汽车后举门形状，且所说的内外板边缘均有折边结构，外板和内板之间的折边处用粘结剂粘结。

15、权利要求14所述的纤维增强复合材料汽车后举门的制造方法，其特征在于，采用真空灌注成型工艺：首先将30～70％重量的增强纤维(1)编织好后直接铺放在汽车内板或外板模具上(2)上，在增强纤维(1)顶上铺设一层脱模布(3)，脱模布上铺放导流布(4)，然后用真空袋包覆、密封，真空泵抽气至负压状态，导流管(5)分布在导流布(4)的上面，将20～60％重量的基体树脂与除支撑块外的其它各组分混合均匀后，通过进胶管(6)进入整个体系，通过导流管(5)引导树脂流动的主方向，导流布(4)使树脂分布到铺层的每个角落，固化后剥离脱模布(3)，从而得到汽车后举门的内板或外板；在内外板之间填充支撑块(8)，装上金属铰链，同时用胶粘剂将内外板边缘的折边处用粘结剂粘接成一个整体，最后加工修整产品。

16、如权利要求15所述的纤维增强复合材料汽车后举门的制造方法，其特征在于，脱模布是0.1mm厚的有孔聚四氟乙烯玻璃布，导流布是有孔防粘的塑料薄膜，导流管为聚丙烯塑料管。