CN215750871U

CN215750871U - 一种汽车保险杠横梁

Info

Publication number: CN215750871U
Application number: CN202121403736.5U
Authority: CN
Inventors: 胡仲杰; 刘明昌; 岑婵芳; 胡潇
Original assignee: SHANGHAI LEADGO-TECH CO LTD
Current assignee: SHANGHAI LEADGO-TECH CO LTD
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2031-06-23

Abstract

本实用新型提供一种汽车保险杠横梁，所述横梁沿长度方向呈弧形结构，所述横梁上带有固定孔；所述横梁的上层和下层均为短纤维增强热塑性复合材料层，中间层为连续纤维增强热塑性复合材料层。本实用新型的汽车保险杠横梁，可以达到与原金属横梁相当的耐碰撞性能，而且质量可减轻30％以上，完美实现了汽车零件的轻量化。

Description

一种汽车保险杠横梁

技术领域

本实用新型属于汽车领域，涉及一种汽车保险杠横梁，尤其涉及一种纤维增强热塑性复合材料汽车保险杠横梁。

背景技术

传统的保险杠横梁由钢材或铝材制成，但在汽车轻量化、更高的吸能要求、可控制的破裂等因素影响下，金属材料正逐步被复合材料所取代，连续纤维增强热塑性复合材料就是其中替代品之一。

连续纤维增强热塑性复合材料具有较高的强度、刚性、韧性和损伤容限，并且密度低，比强度高，以及具有优异的耐高温使用性能，可广泛应用于飞机、汽车、体育器械、运输、工业、医疗、船艇等。但是，由于连续纤维增强热塑性复合材料预浸料在常温下属于固态，又加上纤维的延展性差，不像连续纤维增强热固性复合材料预浸料那样在模具中容易铺层，容易制备异形件。

CN212709293U公开了一种轻量化汽车保险杠横梁，包括横梁、防撞夹板、吸能盒、吸能孔和吸能凹槽。该实用新型的装置具有结构简单、强度高、可靠性能高、成本低和装配方便等优点，利用横梁的吸能效果，增加对碰撞能量的吸收，从而保证汽车在发生低速碰撞时，减少对车身的纵梁主体结构的损害，降低维修成本，保障人身安全。但该实用新型的装置有待进一步轻量化。

因此，在本领域中，期待开发一种轻量化的汽车保险杠横梁。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种汽车保险杠横梁。本实用新型的汽车保险杠横梁，可以达到与原金属横梁相当的耐碰撞性能，而且质量可减轻30％以上，完美实现了汽车零件的轻量化。

为达到此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种汽车保险杠横梁，所述横梁沿长度方向呈弧形结构，并向外呈凸形，所述横梁上带有固定孔；“向外呈凸形”中的“向外”是以横梁底座为参考的。

所述横梁的上层和下层均为短纤维增强热塑性复合材料层，中间层为连续纤维增强热塑性复合材料层。所述短纤维增强热塑性复合材料层，例如可以是短碳纤维增强PA6层、短玻璃纤维增强PP或短芳纶纤维增强PC层等，这些材料均为本领域的已知材料。

本实用新型中连续纤维增强热塑性复合材料层具有高强度、高模量和高韧性，在此基础上结合具有一定长度的短纤维增强热塑性复合材料层，制备的汽车保险杠横梁可以达到与原金属横梁相当的碰撞性能，而且可以将质量减轻30％以上，完美实现了汽车零件的轻量化。此外，热塑性复合材料可循环回收、重复使用，绿色环保。

本实用新型采用短纤维增强热塑性复合材料层和连续纤维增强热塑性复合材料层搭配使用，可以克服现有技术中连续纤维增强热塑性复合材料存在的加工流动性差和复杂制件难成型的问题。

作为本实用新型的优选技术方案，所述连续纤维增强热塑性复合材料层为单向纤维增强热塑性树脂预浸料层或编织布增强热塑性树脂预浸料层。所述单向纤维增强热塑性树脂预浸料层，例如可以是连续碳纤维增强PA6预浸料层、连续玻璃纤维增强PP预浸料层或连续芳纶纤维增强PET预浸料层等，这些材料均为本领域的已知材料。所述编织布增强热塑性树脂预浸料层，例如可以是碳纤维编织布增强PA6预浸料层、玻璃纤维编织布增强PP预浸料层或芳纶纤维编织布增强PET预浸料层等，这些材料均为本领域的已知材料。

作为本实用新型的优选技术方案，所述短纤维增强热塑性复合材料层的厚度为1-2mm，例如可以是1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm或2mm等。

作为本实用新型的优选技术方案，所述连续纤维增强热塑性复合材料层的厚度为2-2.6mm，例如可以是2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm或2.6mm等。

作为本实用新型的优选技术方案，连续纤维增强热塑性复合材料层可由若干层厚度为0.2-0.4mm的单向纤维增强热塑性树脂预浸料以对称铺层的方式(例如0°/90°/0°、0°/90°/90°/0°或45°/-45°/0°/90°/0°/0°/90°/0°/-45°/45°等)复合而成，可根据实际厚度需要进行多层复合，若采用不对称铺层的方式，会导致最终制件翘曲变形。

作为本实用新型的优选技术方案，连续纤维增强热塑性复合材料层也可由若干层厚度为0.3-0.8mm的编织布增强热塑性树脂预浸料复合而成，可根据实际厚度需要进行多层复合。

作为本实用新型的优选技术方案，所述短纤维增强热塑性复合材料层中的短纤维为短玻璃纤维、短碳纤维、短芳纶纤维或短玄武岩纤维中的任意一种。

作为本实用新型的优选技术方案，所述连续纤维增强热塑性复合材料层中的连续纤维为连续玻璃纤维、连续碳纤维、连续芳纶纤维或连续玄武岩纤维中的任意一种。

作为本实用新型的优选技术方案，所述短纤维增强热塑性复合材料层中的基体材料为PP、PA6、PA66、PC、PET或PPS中的任意一种。

作为本实用新型的优选技术方案，所述连续纤维增强热塑性复合材料层中的基体材料为PP、PA6、PA66、PC、PET或PPS中的任意一种。

本实用新型，对汽车保险杠横梁的制备方法没有特殊限制，示例性地，可以采用如下方法：

(1)将短纤维增强热塑性复合材料层和连续纤维增强热塑性复合材料层进行加热复合成平板，切割成坯料；其中，加热温度比基体材料的熔融温度高30-50℃，压力为1-5MPa；

(2)将步骤(1)得到的胚料在红外线或对流热风烘箱中预热，加热至熔融透过坯料的整个厚度，然后把坯料迅速送入汽车保险杠横梁压机模具的模腔，铺放在下模中，压机快速闭模，压缩坯料，使之填充模腔，定型，得到所述汽车保险杠横梁。其中，烘箱加热温度比基体材料的熔融温度高50-80℃，模具温度为50-150℃，模压压力为3-10MPa，模压时间为60-120s。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型中连续纤维增强热塑性复合材料层具有高强度、高模量和高韧性，在此基础上结合具有一定长度的短纤维增强热塑性复合材料层，制备的汽车保险杠横梁可以达到与原金属横梁相当的碰撞性能，而且可以将质量减轻30％以上(30.77％-42.31％)，完美实现了汽车零件的轻量化。此外，热塑性复合材料可循环回收、重复使用，绿色环保。

(2)本实用新型采用短纤维增强热塑性复合材料层和连续纤维增强热塑性复合材料层搭配使用，可以克服现有技术中连续纤维增强热塑性复合材料存在的加工流动性差和复杂制件难成型的问题。

附图说明

图1为本实用新型的汽车保险杠横梁的示意图。

图2为本实用新型的汽车保险杠横梁长度方向截面示意图。

图3为本实用新型的汽车保险杠横梁原材料结构示意图。

其中，1为汽车保险扛横梁整体，2为固定孔，11为连续纤维增强热塑性复合材料层，12为短纤维增强热塑性复合材料层。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。

实施例1-4汽车保险杠横梁各层所用材质及厚度如表1所示。

表1

实施例1

在本实施例中提供一种汽车保险杠横梁，所述横梁沿长度方向呈弧形结构，并向外呈凸形，如图1所示，所述横梁1上带有固定孔2；所述横梁的上层和下层均为短纤维增强热塑性复合材料层12，中间层为连续纤维增强热塑性复合材料层11，如图2所示。本实施例汽车保险杠横梁的原材料结构示意图如图3所示。

本实施例中，上述汽车保险杠横梁的制备方法如下：

(1)将短纤维增强热塑性复合材料层和连续纤维增强热塑性复合材料层进行加热复合成平板，切割成坯料；其中，加热温度比基体材料的熔融温度高40℃，压力为3MPa；

(2)将步骤(1)得到的胚料在对流热风烘箱中预热，加热至熔融透过坯料的整个厚度，然后把坯料迅速送入汽车保险杠横梁压机模具的模腔，铺放在下模中，压机快速闭模，压缩坯料，使之填充模腔，定型，得到所述汽车保险杠横梁。其中，烘箱加热温度比基体材料的熔融温度高60℃，模具温度为100℃，模压压力为5MPa，模压时间为100s。

实施例2-4

实施例2-4的汽车保险杠横梁的结构同实施例1，各层所用材质及厚度如表1所示。

实施例2-4的汽车保险杠横梁的制备方法同实施例1。

对比例1

市售汽车保险杠横梁，材质为高强度钢，密度为7.85g/cm³，弹性模量为215GPa，厚度为1.65mm，重量为5.2Kg。

对实施例1-4以及对比例1的汽车保险杠横梁进行性能测试，测试方法如下：按照GB 17354-1998《汽车前、后端保护装置》的试验要求进行低速碰撞试验，碰撞速度为4km/h，分析和评价汽车保险杠系统的对中碰撞性能，评价指标包括保险杠横梁的内能、最大位移、最大力。

性能测试结果如表2所示。

表2

实施例	最大力/KN	最大位移/mm	内能/J	重量/Kg	减重/％
						实施例1	49.0	25.5	411.0	3.3	36.54
实施例2	47.6	31.6	416.7	3.0	42.31
						实施例3	43.4	42.3	433.4	3.5	32.69
实施例4	46.3	37.8	424.9	3.6	30.77
						对比例1	77.8	16.5	286.5	5.2	-

由表2可以看出，相比于原有高强钢横梁(对比例1)，实施例1-4制备的汽车保险杠横梁能够吸收更多的能量(411.0-433.4J)，并且碰撞最大力明显降低(43.4-49.0KN)，这说明本实用新型制备的汽车保险杠横梁碰撞接触时间延长，可以有效地保护车身和乘客。虽然本实用新型制备的汽车保险杠横梁的碰撞最大位移比高强钢横梁的碰撞最大位移偏大，但仍在许可范围内(50mm之内)。

因此，本实用新型制备的汽车保险杠横梁具有较为优异的耐碰撞性，具备替代现有保险杠横梁的可行性。另外，从减重效果上看，质量可减轻30％以上(30.77％-42.31％)，完美实现了汽车零件的轻量化。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种汽车保险杠横梁，其特征在于，所述横梁沿长度方向呈弧形结构，所述横梁上带有固定孔；

所述横梁的上层和下层均为短纤维增强热塑性复合材料层，中间层为连续纤维增强热塑性复合材料层。

2.根据权利要求1所述的汽车保险杠横梁，其特征在于，所述连续纤维增强热塑性复合材料层为单向纤维增强热塑性树脂预浸料层或编织布增强热塑性树脂预浸料层。

3.根据权利要求1所述的汽车保险杠横梁，其特征在于，所述短纤维增强热塑性复合材料层的厚度为1-2mm。

4.根据权利要求1所述的汽车保险杠横梁，其特征在于，所述连续纤维增强热塑性复合材料层的厚度为2-2.6mm。

5.根据权利要求1所述的汽车保险杠横梁，其特征在于，所述短纤维增强热塑性复合材料层中的短纤维为短玻璃纤维、短碳纤维、短芳纶纤维或短玄武岩纤维中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的汽车保险杠横梁，其特征在于，所述连续纤维增强热塑性复合材料层中的连续纤维为连续玻璃纤维、连续碳纤维、连续芳纶纤维或连续玄武岩纤维中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的汽车保险杠横梁，其特征在于，所述短纤维增强热塑性复合材料层中的基体材料为PP、PA6、PA66、PC、PET或PPS中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的汽车保险杠横梁，其特征在于，所述连续纤维增强热塑性复合材料层中的基体材料为PP、PA6、PA66、PC、PET或PPS中的任意一种。