CN209683830U - 汽车零部件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种汽车零部件。该汽车零部件包括：外板、内板以及设置在外板和内板之间的腔体，外板由非连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料制得，内板由连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料制得。上述具有内板、外板与腔体的结构特征的汽车零部件中，内板作为主要承重部分，由连续纤维增强的聚双环戊二烯复合材料制得，外板采用非连续纤维增强的聚双环戊二烯复合材料制得，在确保部件结构刚度与机械强度的前提下，完成了内板高性能、外板低成本的设计目标，实现了汽车零部件的高性能、低成本、轻量化、短周期制造，具有重大经济、社会效益。

Description

汽车零部件

技术领域

本实用新型涉及复合材料制备领域，具体而言，涉及一种汽车零部件。

背景技术

现有汽车零部件轻量化技术中，采用铝合金、镁合金、钛合金代替钢材，虽能保持较好的结构强度与刚度，但是也存在可加工性能差、材料成本高、减重效益低、减震能力低等诸多问题。而“以塑代钢”技术，虽然采用塑料制品，发挥了明显的减重、耐腐蚀等优势，但塑料的强度、刚度、抗冲击等力学性能有限，尚不可用于承力结构制件。纤维增强树脂基复合材料(FRP)具备轻质高强耐腐蚀等诸多优异特性，是当前汽车轻量化材料的首选方向。

在增强体材料相同的情况下，树脂基体材料的性能对FRP的综合性能之优劣起到关键作用。热塑性聚合物大多粘度较大，加工温度高，成型工艺难度大，其复合材料的制备技术尚不成熟。在常见的车用热固性聚合物中，聚双环戊二烯(PDCPD)具有良好的可加工性和力学性能，是汽车零部件选材领域的新贵。

现有PDCPD应用技术主要制备聚双环戊二烯改性塑料、短纤维增强复合材料，复合材料增强体的结构增强效果未能充分体现，大多存在产品性能单一，力学强度不足等问题，制品主要用于外观件、内饰件，鲜少用于承力结构件，限制了PDCPD的应用范围。

现有技术在制造该类型结构的汽车零部件时，多采用内、外板均为短切纤维增强复合材料制造，其内板中短纤维增强效果较差，不能满足应用端较高力学性能的需求或者减重效益低。若采用连续纤维增强复合材料制造内外板，现有技术路线中采用的环氧树脂体系存在粘度较高、加工难度大、设备性能要求高、制成率低等缺陷，严重制约了该类型纤维增强复合材料零部件的应用技术发展。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种汽车零部件，以解决现有的汽车零部件不能满足现有高端产品对力学性能的需要，且减重效益低，这大大限制了其应用领域的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种汽车零部件，汽车零部件包括：外板、内板以及设置在外板和内板之间的腔体，外板由非连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料制得，内板由连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料制得。

进一步地，内板和外板的连接方式为胶接或混合连接。

进一步地，混合连接选自胶-螺连接和/或胶-铆连接。

进一步地，非连续型增强体和连续型增强体的结构形式选自短纤维、长纤维、纤网、单向或多轴向长丝、非织毡材、非织毡材织物、连续纤维织物或单向织物。

进一步地，续纤维织物选自机织物、针织物、网格布或编织物，其结构形式包括平纹、斜纹、缎纹、三维编织、网格布或经纬编织。

进一步地，汽车零部件选自发动机盖、车门或后尾门。

应用本实用新型的技术方案，本实用新型提出具有内板、外板与腔体的结构特征的汽车零部件，内板作为主要承重部分，由连续纤维增强的聚双环戊二烯复合材料制得，外板采用非连续纤维增强的聚双环戊二烯复合材料制得，在确保部件结构刚度与机械强度的前提下，完成了内板高性能、外板低成本的设计目标，实现了汽车零部件的高性能、低成本、轻量化、短周期制造，具有重大经济、社会效益。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的一种优选的实施方式提供汽车盖板的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、外板；20、内板；30、腔体；40、功能性组件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本实用新型。

正如背景技术所描述的，现有的汽车零部件不能满足现有高端产品对力学性能的需要，减重效益低，这大大限制了其应用领域的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种汽车零部件，汽车零部件包括：外板10、内板20以及设置在外板10和内板20之间的腔体 30，外板10由非连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料制得，内板20由连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料制得。

本实用新型提出具有内板20、外板10与腔体30的结构特征的汽车零部件，内板20作为主要承重部分，由连续纤维增强的聚双环戊二烯复合材料制得，外板10采用非连续纤维增强的聚双环戊二烯复合材料制得，在内板20与外板10之间设置腔体30，可提高零部件整体的结构刚度，用于安装玻璃、锁扣、拉绳、预埋件等功能性组件(图1中功能性组件40)，同时提供连接孔、工艺孔及作业空间。因而上述汽车零部件能够在确保部件结构刚度与机械强度的前提下，完成了内板20高性能、外板10低成本的设计目标，实现了汽车零部件的高性能、低成本、轻量化、短周期制造，具有重大经济、社会效益。

优选地，上述汽车零部件包括但不限于发动机盖、车门、后尾门等。一种优选的车门的结构如图1所示。

上述外板10和内板20的连接方式可以采用本领域常用的方式进行组装。在一种优选的实施例中，内板20和外板10的连接方式为胶接或混合连接；优选地，混合连接选自胶-螺连接和/或胶-铆连接。

一般地，外板10、内板20可采用喷涂模内漆、基体着色等方式改善表观形貌特征，实现定制化制造。

根据应用需求，可对连续纤维或非连续纤维制得的增强体进行结构设计，获得层内或层间的立体网状结构，实现复合材料结构增强，显著提升了PDCPD树脂基复合材料的力学性能，其制造过程可采用VARI、RTM、热压罐、模压等高性能复合材料制造工艺，缺陷较少，产品性能稳定，机械强度高，可满足应用端对更高性能的要求，发挥碳纤维复合材料优异的减重效益，实现零部件的轻量化、薄壁化。在一种优选的实施例中，非连续型增强体和连续型增强体的结构形式选自短纤维、长纤维、纤网、单向或多轴向长丝、非织毡材、非织毡材织物、连续纤维织物或单向织物。

其中连续纤维织物选自机织物、针织物、网格布或编织物，其结构形式包括平纹、斜纹、缎纹、三维编织、网格布或经纬编织。

非连续型增强体和连续型增强体的材质选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或苎麻纤维。

为了进一步提高外板10的强度和韧性等综合性能，更优选地，外板10中，以双环戊二烯单体的重量百分含量计，非连续型增强体的含量为0.1～50wt％，优选为2～30wt％。

非连续纤维增强PDCPD树脂基复合材料，在满足应用要求的前提下，其制造过程可与手糊、注塑、喷射、模压等快速成型设备匹配，显著提高生产效率，降低制造成本。

内板20采用连续纤维增强PDCPD树脂基复合材料，作为零部件的称重结构。加入连续型纤维增强体材料有利于提高复合材料的刚度。为了进一步提高内板20的承重性能，内板20 中，以占连续纤维增强的聚双环戊二烯复合材料的重量百分含量计，连续型增强体的含量为 30～80wt％，优选为40～65wt％。

上述内板20和外板10可以采用本领域常用的方法制得。在一种优选的实施例中，外板 10的制备方法包括：将非连续型增强体和可选的第一功能型添加剂均匀分散于第一双环戊二烯聚合体系中进行第一聚合固化成型反应，得到外板10，第一双环戊二烯聚合体系包括双环戊二烯单体、第一催化剂和第一聚合时间调节剂；内板20的制备方法包括：将第二双环戊二烯聚合体系注入连续型增强体和可选的第二功能性添加剂中进行第二聚合固化成型反应，得到内板20，第二双环戊二烯聚合体系包括双环戊二烯单体、第二催化剂和第二聚合时间调节剂。

在双环戊二烯聚合过程中加入催化剂、聚合时间调节剂，有利于使聚合体系具有粘度低、工艺适用性广、成本低及固化速率可调等优点，从而大大降低了聚双环戊二烯的使用门槛，拓宽了应用范围。

由于双环戊二烯单体，常温下为固体，这使得其在加工过程中存在一定的难度，从而大大限制了其应用领域。为了解决上述问题，在一种优选的实施例中，在进行第一聚合固化成型反应之前，外板10的制备方法还包括：在第一保护气氛下，对双环戊二烯单体进行第一加热过程，以使双环戊二烯单体常温下为液态；在进行第二聚合固化成型反应之前，内板20的制备方法还包括：在第二保护气氛下，对双环戊二烯单体进行第二加热过程，以使双环戊二烯单体常温下为液态。

在保护气氛下对双环戊二烯单体进行加热处理能够防止双环戊二烯单体因被氧化而影响后续产品的性能。同时在进行聚合反应之前，先对原料进行预处理，使双环戊二烯单体在常温下由固态转化为液态，这有利于提高双环戊二烯单体在复合材料加工中便捷性，降低其加工工艺难度，拓宽了应用范围。

优选地，第一保护气氛和第二保护气氛分别独立地选自氮气或惰性气体；第一加热过程和第二加热过程的温度分别独立地选自140～180℃。加热温度包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于提高双环戊二烯单体的液化过程。优选地，第一加热过程和第二加热过程的温度分别独立地选自145～160℃，更优选地，第一加热过程和第二加热过程的温度分别独立地选自150～160℃。

第一聚合时间调节剂和第二聚合时间调节剂的加入能够调节第一双环戊二烯聚合体系和第二双环戊二烯聚合体系的固化速率。在一种优选的实施例中，第一聚合时间调节剂和第二聚合时间调节剂分别独立地选自醇、酮、醚、铝基化合物和有机膦组成的组中的一种或多种。

上述聚合反应中使用的催化剂包括但不限于单组份金属卡宾型催化剂或双组分过渡金属催化剂。优选地，单组份金属卡宾型催化剂为过渡金属卡宾催化剂；优选地，双组分过渡金属催化剂包括过渡金属络合物催化剂和助催化剂，过渡金属络合物催化剂中的过渡金属原子包括但不限于Ru、Ti、Ni或Mo，优选为Ru，助催化剂为路易斯碱。

当第一催化剂为体系使用单组份催化体系时，第一聚合时间调节剂优选为有机磷；第二催化剂为体系使用单组份催化体系时，第二聚合时间调节剂优选为有机磷。当第一催化剂为体系使用双组分催化体系时，第一聚合时间调节剂优选为醇、醚和铝基化合物组成组中的一种或多种；当第二催化剂为体系使用双组分催化体系时，第二聚合时间调节剂优选为醇、醚和铝基化合物组成组中的一种或多种。针对催化剂的不同，采用不同的聚合时间调节剂有利于将聚合反应中双环戊二烯单体的固化时间调整至较为合适的范围，以便于对其进行加工改性。

在一种优选的实施例中，当使用单组分催化剂时，第一催化剂、第一聚合时间调节剂与双环戊二烯单体的重量比以及第二催化剂、第二聚合时间调节剂与双环戊二烯单体的重量比分别独立地选自(0.01～5):(0.5～20)：100。催化剂、聚合时间调节剂与双环戊二烯单体的重量比包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于提高聚合反应的反应速率及复合材料的综合性能。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

材料的相关性能通过下列方法进行表征。

复合材料的拉伸性能按照GB/T 1447 2005进行测试。

材料的抗冲击性能通过采用CAI进行表征。其中，CAI是抗冲击损伤和损伤容限两个独立现象的联合效应，参照ASTM D7130标准测试复合材料的冲击后压缩强度(CAI值)，CAI 值越大表明复合材料具有更高的韧性。

复合材料的粘度通过GB/T 10247-2008粘度测量方法进行表征。

复合材料的涂装附着力测试通过ISO 2409划格实验进行评估。

实施例1

在氮气的保护下，将双环戊二烯单体加热至150℃，恢复至常温，使其在常温下保持为液态。

汽车发动机盖外板10采用非连续型增强体增强PDCPD复合材料制作。在制作过程中，首先向处理后的液态双环戊二烯单体中添加聚合时间调节剂三苯基磷，其添加量为DCPD单体重量分数的2％，之后将上述混合体系搅拌1小时。之后在搅拌过程中向体系加入催化剂 Grubbs催化剂，其添加量为双环戊二烯单体重量分数的0.017％，快速将混合体系搅拌3分钟后，采用LFI工艺(反应注射成型)，加入2mm短切碳纤维，其添加量为DCPD单体重量分数的50％，制备复合材料汽车发动机盖外板10。

汽车发动机盖的内板20采用连续型增强体增强PDCPD复合材料。在制作过程中，首先按层数比为1:1，将由碳纤维斜纹织物和单向织物制备的发动机盖内板20的预制体放在模具上，合模后注入DCPD聚合体系。该聚合体系包含双环戊二烯单体单体、聚合时间调节剂和催化剂，其配比与外板10制备过程中使用的双环戊二烯聚合体系的组成一致。之后，运用RTM 工艺树脂转移模塑成型制得发盖内板20，其中发盖内板20中复合材料连续型增强体碳纤维斜纹织物和单向织物重量占复合材料总重量的80wt％。

随后，采用胶-螺混合连接方式装配内板20和外板10，制得轻量化汽车发动机盖的重量仅为8Kg，结构强度高，重量较轻。

所制得产品的力学性能如表1所示。

实施例2

车门的结构如图1所示。其制备方法如下：

在氦气的保护下，将双环戊二烯单体加热至160℃，之后恢复至常温，使其在常温下保持为液态；

车门外板10的制作采用短切纤维增韧PDCPD树脂基复合材料。向处理后的液态双环戊二烯单体中添加聚合时间调节剂三苯基磷，其添加量为单体重量分数的2％，之后将上述混合体系搅拌1小时。随后在搅拌状态下中向上述混合体系加入催化剂Grubbs催化剂，其添加量为单体重量分数的0.017％，快速将混合体系搅拌3分钟，制得DCPD聚合体系。随后，采用 LFI工艺反应注射成型制备2mm短切碳纤维增强复合材料，其添加量为单体添加量的30％，5 分钟固化成型，定型后开模，制得车门外板10。

车门内板20采用连续型纤维增强PDCPD复合材料。在制作过程中，将碳纤维斜纹织物制备的车门内板20预制体，设计制品中的碳纤维斜纹织物重量占总重量的65wt％，放置于下模具，合模注射DCPD聚合体系，该聚合体系包含单体、聚合时间调节剂和催化剂，其配比与外板10制备过程中双环戊二烯聚合体系的组成一致。采用RTM工艺树脂转移模塑成型制得车门内板20。随后，采用胶-螺混合连接方式装配内板20和外板10，在内板20和外板10之间的腔体30内安装玻璃和门锁，采用胶-螺混合连接方式装配内板20和外板10，制得纤维增强PDCPD复合材料车门。

所制得产品的力学性能如表1所示。

实施例3

与实施例2的区别为：在氦气的保护下，将双环戊二烯单体加热至145℃后恢复至常温，使其在常温下保持为液态。

实施例4

与实施例2的区别为：在氦气的保护下，将双环戊二烯单体加热至140℃后恢复至常温，使其在常温下保持为液态。

实施例5

与实施例2的区别为：外板10中，非连续型增强体为非连续长碳纤维；内板20中，连续型增强体为芳纶纤维。

实施例6

与实施例2的区别为：外板10中，以双环戊二烯单体重量计，非连续型增强体的含量为 50wt％；内板20中，以连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料的总重量计，连续型增强体的含量为50wt％。

实施例7

与实施例2的区别为：外板10中，以双环戊二烯单体重量计，非连续型增强体的含量为 0.2wt％；内板20中，以连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料的总重量计，连续型增强体的含量为65wt％。

对比例1-1

为了对比纤维增强前后材料制品的力学性能，制备内外板10均无纤维增强的PDCPD车发盖。在制作过程中，首先向处理后的液态双环戊二烯单体中添加聚合时间调节剂三苯基磷，其添加量为单体重量分数的2％，之后将上述混合体系搅拌1小时，之后在搅拌过程中向体系加入催化剂Grubbs催化剂，其添加量为单体重量分数的0.017％，快速将混合体系搅拌3分钟后，制作无纤维增强的汽车发动机盖外板10。同时，汽车发动机盖内板20采用与外板10相同的配方进行制作。其中，发盖内，外板10尺寸与实施例1相同。

所制得产品的力学性能如表1所示。

对比例1-2

为了对比内外板采用不同增强形式所产生的效果，制备了内板20、外板10均用连续纤维增强的PDCPD汽车发动机盖。在制作过程中，首先向处理后的液态双环戊二烯单体中添加聚合时间调节剂三苯基磷，其添加量为单体重量分数的2％，之后将上述混合体系搅拌1小时，之后在搅拌过程中向体系加入催化剂Grubbs催化剂，其添加量为单体重量分数的0.017％，快速将混合体系搅拌3分钟后，快速注入预先铺设好的装有碳纤维斜纹织物和单向织物的模具中，之后，运用RTM工艺制得发盖内板20、外板10。其中，发盖内板20、外板10中复合材料连续纤维重量均占复合材料总重量的50wt％，且内，外板10尺寸与实施例1相同。

对比例1-3

与实施例2的区别为：汽车盖板由单层板组成，单层板的材质及结构域实施例2中外板 10的材质相同。

对比例1-4

与实施例2的区别为：汽车盖板由单层板组成，单层板的材质及结构与实施例2中内板 20的材质相同。

所制得产品的力学性能如表1所示。

表1

由表1中数据可知，经增强体增强的PDCPD复合材料拉伸强度和抗冲击性能明显增大。而且，采用本实用新型方案，即内板20采用连续纤维增强的聚双环戊二烯复合材料，外板10 采用非连续纤维增强的聚双环戊二烯复合材料，在明显提高拉伸强度和抗冲击性能的同时，能更大限度地减轻重量，降低成本。比较实施例2和对比例1和2，采用本申请提供的结构有利于提高汽车盖板的综合性能。

实施例8

在氮气的保护下，将双环戊二烯单体加热至170℃，之后恢复至常温，使其在常温下保持为液态。

汽车发动机盖外板10采用非连续型纤维增强PDCPD复合材料制作。在制作过程中，首先向处理后的液态双环戊二烯单体中添加聚合时间调节剂三苯基磷，其添加量为单体重量分数的2.2％，之后将上述混合体系搅拌1小时。之后在搅拌过程中向体系加入催化剂Grubbs催化剂，其添加量为单体重量分数的0.02％，快速将混合体系搅拌3分钟后，采用LFI工艺，向体系中加入2mm短切碳纤维和纳米二氧化硅，其重量分数分别为10wt％和5wt％。制备复合材料汽车发动机盖外板10。

汽车发动机盖的内板20采用连续型纤维增强PDCPD复合材料。在制作过程中，首先芳纶织物制备发动机盖内板20的预制体放在模具上，合模后注入DCPD聚合体系，其配方体系包含单体、聚合时间调节剂和催化剂，其配比与上文非连续型纤维增强体系配比一致。之后，运用RTM工艺制得发盖内板20，其中发盖内板20中复合材料连续纤维重量占复合材料总重量的70wt％。

将所用1#油漆涂装在复合材料板材表面，60℃烘烤2h。

对比例8-1

采用常用的935#环氧体系制得芳纶复合材料，采用与实施例8相同的工艺完成涂装。

参照ISO 2409划格实验检测不同复合材料板材的油漆附着力。

表2

结果表明，在其他条件相同的情况下，以所述PDCPD树脂体系为基体的碳纤维复合材料的油漆附着力为0级，优于碳纤维增强环氧树脂复合材料，说明碳纤维增强PDCPD树脂复合材料具有优异的可涂装性能。

综上所述，本申请能够实现的有益效果包括：本实用新型提出具有内板、外板与腔体的结构特征的汽车零部件，内板作为主要承重部分，由连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料制得，外板采用非连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料制得，在确保部件结构刚度与机械强度的前提下，完成了内板高性能、外板低成本的设计目标，实现了汽车零部件的高性能、低成本、轻量化、短周期制造，具有重大经济、社会效益。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种汽车零部件，其特征在于，所述汽车零部件包括：外板(10)、内板(20)以及设置在所述外板(10)和所述内板(20)之间的腔体(30)，所述外板(10)由非连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料制得，所述内板(20)由连续型增强体增强的聚双环戊二烯复合材料制得。

2.根据权利要求1所述的汽车零部件，其特征在于，所述内板(20)和所述外板(10)的连接方式为胶接或混合连接。

3.根据权利要求2所述的汽车零部件，其特征在于，所述混合连接选自胶-螺连接和/或胶-铆连接。

4.根据权利要求1所述的汽车零部件，其特征在于，所述非连续型增强体和所述连续型增强体的结构形式选自短纤维、长纤维、纤网、单向或多轴向长丝、非织毡材、非织毡材织物、连续纤维织物或单向织物。

5.根据权利要求4所述的汽车零部件，其特征在于，所述连续纤维织物选自机织物、针织物、网格布或编织物，其结构形式包括平纹、斜纹、缎纹、三维编织、网格布或经纬编织。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的汽车零部件，其特征在于，所述汽车零部件选自发动机盖、车门或后尾门。