CN210760635U - 一种纤维增强热塑性复合材料吸能盒 - Google Patents
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Abstract
一种纤维增强热塑性复合材料吸能盒，由长纤维增强热塑性复合材料的盒体和连续纤维增强热塑性复合材料的前安装板、后安装板构成，所述盒体由紧密排列的数个空心六棱柱构成近似的立方体形，前安装板、后安装板分别固定在盒体的前后两端，各空心六棱柱的轴向与后安装板垂直。本实用新型的有益效果为：1、在满足吸能盒性能要求的前提下吸能盒整体全部以非金属复合材料替代金属材料，轻量化效果显著。2、全部采用热塑性树脂基复合材料，可以实现废料和瑕疵制品的100％回收利用。3所有热模压、挤出和焊接工序均可实现自动化成型，且成型效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种汽车安全部件，特别纤维增强热塑性复合材料成型的吸能盒。
背景技术
用于汽车防撞梁的吸能盒其构成包括盒体和安装板，吸能盒的作用为在汽车发生低速碰撞的过程中，能够溃缩吸收碰撞能量，保护纵梁不参与溃缩，降低维修成本；在高速碰撞的过程中，能够将多余的能量传递至汽车纵梁，并通过纵梁传递至汽车车身，最大限度保护驾驶舱不变形，对乘员形成保护。吸能盒的材料和结构设计需要既保持较低的刚度，能够在碰撞发生时最先变形吸能；同时又要保持一定的强度，能够在溃缩后，将多余的能量传递至纵梁。传统的吸能盒多采用钢制冲压拼焊或铝型材挤出拼焊而成，需要多个加工工序，且产品重量较高。随着环保的压力和汽车的排放要求越来越严格，汽车轻量化的重要性越来越凸显。纤维增强热塑性复合材料的密度为1.1-1.6g/cm3，具有超高的比强度、耐腐蚀、易加工成型和可回收性等优点，越来越多被应用于汽车部件中。纤维增强复合材料依据材料中纤维的长度分为短纤维增强复合材料、长纤维增强复合材料和连续纤维增强复合材料。随着复合材料内纤维长度的变化，材料的成型性能和力学性能表现为此消彼长的态势。连续纤维增强复合材料的力学性能最佳，但成型性能差；长纤维或短纤维增强复合材料的成型性好，成型效率高，但力学性能较低。根据纤维增强复合材料的特点合理利用，制备吸能盒不啻是一种卓有创意的设计，无疑会对汽车轻量化发展起到重要作用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种可满足吸能要求、减重效果好、生产效率高、便于整体回收处理的纤维增强热塑性复合材料吸能盒。
本实用新型所述问题是以下述技术方案解决的：
一种纤维增强热塑性复合材料吸能盒，由长纤维增强热塑性复合材料的盒体和连续纤维增强热塑性复合材料的前安装板、后安装板构成，所述盒体由紧密排列的数个空心六棱柱构成近似的立方体形，前安装板、后安装板分别固定在盒体的前后两端，各空心六棱柱的轴向与后安装板垂直。
上述纤维增强热塑性复合材料吸能盒，所述前安装板、后安装板与盒体的接触面设有焊接层，焊接层为纯树脂层或短纤维增强复合材料层，焊接层的厚度为0.1-0.5毫米。
上述纤维增强热塑性复合材料吸能盒，所述前安装板、后安装板的焊接层上设有加强筋，加强筋的高度为1-2毫米，加强筋的形状分布与盒体的横截面形状匹配贴合。
上述纤维增强热塑性复合材料吸能盒，构成盒体的各空心六棱柱的壁厚为1-3毫米。
上述纤维增强热塑性复合材料吸能盒，前安装板、后安装板的厚度为3-5毫米，后安装板为平板，前安装板的轮廓与所连接防撞梁接合面匹配贴合，前安装板、后安装板上分别设有安装孔。
本实用新型基于不同纤维增强复合材料的特点及吸能盒的性能而要求，根据吸能盒前、后安装板力学性能较高，且结构简单的特点选用连续纤维复合材料制作；根据盒体在碰撞过程中需要首先溃缩吸能，结构较为复杂的特点，采用非连续长纤维增强复合材料制作，最后再将安装板与吸能盒体通过塑料焊接连接起来，获得一种全部采用纤维增强热塑性复合材料的吸能盒。本实用新型的有益效果为：1、吸能盒整体以非金属复合材料替代金属材料，轻量化效果显著。2、全部采用热塑性树脂基复合材料，可以实现废料和瑕疵制品的100％回收利用。3所有热模压、挤出和焊接工序均可实现自动化成型，且成型效率高。4、盒体形状易于调节，以适配不同车型要求。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型所述吸能盒的结构示意图；
图2是盒体的结构示意图；
图3是前安装板的结构示意图；
图4是后安装板的结构示意图；
图5是前、后安装板的截面示意图；
图6所述吸能盒安装在防撞梁上的示意图。
图中各标号为：1、前安装板，2、盒体，3、下安装板，4、空心六棱柱，5、加强筋，6、焊接层，7、连续纤维增强热塑性复合材料层，8、防撞梁。
具体实施方式
参看图1、图6，本实用新型所述吸能盒为全部采用纤维增强热塑性复合材料制备。所述吸能盒由前安装板1、后安装板3和盒体2构成。前安装板与防撞梁8连接，后安装板与汽车纵梁连接。本实用新型针对前、后安装板强度要求高、形状简单的特点，前、后安装板采用连续纤维增强热塑性复合材料为基体经模压成型制备。本实用新型针对盒体需要保持较低的刚度，能够在碰撞发生时最先变形吸能；同时又要保持一定的强度，能够在溃缩后，将多余的能量传递至纵梁的性能要求，盒体采用长纤维增强热塑性复合材料经挤出成型制备，前后安装板和吸能盒体通过塑料焊接连接。
参看图2，盒体由紧密排列的数个空心六棱柱4构成近似的立方体，图示实施例盒体由18个紧密排列为五排的空心六棱柱构成，相邻排之间空心六棱柱的位置交错。各空心六棱柱的壁厚为1-3毫米，该结构在保证盒体一定强度和稳定性的同时又保留了材料溃缩的空间。盒体的长度根据需要截取。由于材料的易成型特性，相比于钢制冲压吸能盒和铝型材挤出吸能盒截面设计灵活性更大，盒体截面设计为复杂的多六边棱形，使吸能盒具备较高的碰撞峰值力和较小的溃缩距离。通过调节空心六棱柱的壁厚来获得所需的碰撞峰值力。
参看图3-图5，为保证盒体与前后安装板的可靠连接，前安装板、后安装与盒体接触的表面设有焊接层6，焊接层为紧密贴合在连续纤维增强热塑性复合材料基体7表面的纯树脂层或短纤维增强复合材料层，焊接层的厚度为0.1-0.5毫米。在前安装板、后安装板的焊接层上设有凸起的加强筋5，加强筋的高度为1-2毫米，加强筋的形状分布与盒体的横截面形状匹配贴合。加强筋用于提供焊接连接时的熔融料，使焊接部位的连接更加牢，避免吸能盒在连接部位发生断裂。前安装板的厚度为3-5毫米，前安装板的轮廓与所连接防撞梁接合面匹配贴合，前安装板上设有安装孔。后安装板为平板，后安装板的厚度为3-5毫米，后安装板与盒体的轴向垂直，后安装板上设有安装孔。
用于制作前后安装板的连续纤维增强热塑性塑料为单向纤维的预浸带或多轴向纤维编织物的预浸带，或者为两种以上的预浸织物。纤维质量含量为30％-70％。连续纤维包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等高强纤维中的一种或多种。连续纤维增强热塑性塑料的热塑性树脂基体为聚丙烯、尼龙、聚酯、聚苯醚等热塑性树脂。
用于制作盒体的长纤维增强热塑性复合材料，纤维长度为2-30mm，纤维质量含量为20％-60％。增强纤维的种类包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等高强纤维中的一种或多种；长纤维增强热塑性复合材料的热塑性树脂基体包括聚丙烯、尼龙、聚酯、聚苯醚等热塑性树脂。
用于制备焊接层的纯树脂层或短纤维增强复合材料层选用与吸能盒体相同种类的树脂基体和增强纤维。
本实用新型所述吸能盒的制备方法包括如下步骤：
盒体制作：将选用的热塑性树脂材料喂入塑料挤出机内加热塑化，并在纤维喂料口喂入纤维，共同塑化为长玻纤混合热塑性树脂流体；混合物料经挤出机前端口模内挤出，通过冷却定型，由牵引装置牵引至切断机切断为设计所需长度的盒体；
前、后安装板制作：将选用的连续纤维预浸带按照所需形状裁剪，并根据所需厚度进行铺叠，连续纤维预浸带裁剪片按照纤维方向以相邻层相互正交的方式进行铺叠，连续纤维预浸带的厚度为0.1-0.6毫米。在铺叠材料的最外层铺叠一层0.1-0.5mm厚的纯树脂层、或短纤维增强复合材料的焊接层(短纤维层的树脂含量不低于50％)。将铺叠好的材料放置于170-280℃的烘箱内，预热至树脂基体软化；将上述材料从烘箱内取出，迅速铺放于40-80℃模具内，模压成型，保压20-80s，开模取出。模压的压头上设置的沟槽，模压过程，随前、后安装板的成型，在焊接层，压制出加强筋。然后在在加工设备上加工处上、下安装板的安装孔。
将制作好的前、后安装板及盒体采用焊接工艺连接，盒体的上下两端与前、后安装板的加强筋部位对合，采用超声焊接或热板牢固焊接。
本实用新型吸能盒相比类似性能的钢制吸能盒减重率可达60％以上。
Claims (5)
1.一种纤维增强热塑性复合材料吸能盒，其特征在于：由长纤维增强热塑性复合材料的盒体(2)和连续纤维增强热塑性复合材料的前安装板(1)、后安装板(3)构成，所述盒体由紧密排列的数个空心六棱柱(4)构成近似的立方体形，前安装板、后安装板分别固定在盒体的前后两端，各空心六棱柱的轴向与后安装板垂直。
2.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料吸能盒，其特征在于：所述前安装板、后安装板与盒体的接触面设有焊接层(7)，焊接层为纯树脂层或短纤维增强复合材料层，焊接层的厚度为0.1-0.5毫米。
3.根据权利要求2所述的纤维增强热塑性复合材料吸能盒，其特征在于：所述前安装板、后安装板的焊接层上设有加强筋(5)，加强筋的高度为1-2毫米，加强筋的形状分布与盒体的横截面形状匹配贴合。
4.根据权利要求3所述的纤维增强热塑性复合材料吸能盒，其特征在于：构成盒体的各空心六棱柱的壁厚为1-3毫米。
5.根据权利要求4所述的纤维增强热塑性复合材料吸能盒，其特征在于：前安装板、后安装板的厚度为3-5毫米，后安装板为平板，前安装板的轮廓与所连接防撞梁接合面匹配贴合，前安装板、后安装板上分别设有安装孔。
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| CN201921004344.4U CN210760635U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种纤维增强热塑性复合材料吸能盒 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110386094A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-29 | 凌云工业股份有限公司上海凌云汽车研发分公司 | 一种复合材料成型的汽车防撞梁吸能盒及制备方法 |
| CN112060933A (zh) * | 2020-09-18 | 2020-12-11 | 常熟市汽车饰件股份有限公司 | 动力电池箱体的框架结构 |
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