CN217863117U - 板材结构、电池包壳体及车辆护板结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种板材结构、电池包壳体及车辆护板结构，板材结构包括耐冲击表层和内部结构层；其中，耐冲击表层为纱线的编织物，纱线包括增强体和热塑性树脂长丝；内部结构层与耐冲击表层贴合连接，内部结构层包括多层热塑性树脂基体片材和多层增强碳纤维无纺毡，各层热塑性树脂基体片材和各层增强碳纤维无纺毡交替叠合为一体，且内部结构层的最外层为热塑性树脂基体片材。本实用新型提供的板材结构具备高强度、耐冲击、轻量化和环保可回收性能，有利于汽车轻量化防护方案的进一步优化实施。本实用新型还提供了基于上述板材结构模压成型的电池包壳体及车辆防护板结构。

Description

板材结构、电池包壳体及车辆护板结构

技术领域

本实用新型属于复合板材技术领域，具体涉及一种板材结构、电池包壳体及车辆护板结构。

背景技术

目前，在汽车整个寿命周期内，尤其是对于经常越野的极端路况而言，车身底盘护板、发动机底部护板、动力电池包壳体等部位极容易受到石击、磕碰等动态冲击载荷，轻则产生凹坑、变形，重则破损、断裂，通常这些位置上的护板结构会采用热固性树脂板材模压成型，为保证行车安全，在受损后需要换新，但是采用热固性树脂材料的旧件难以进行回收利用，既不利于环保，而且抗冲击性能也偏弱，同时若采用复合板结构则需要于复合面之间施加结构胶，从而造成厚度和重量增大，若直接采用金属材料制作护板结构，材料薄则达不到强度要求，材料厚又无法满足汽车的轻量化设计要求，因此，当前亟需开发能够替代金属构件或热固性树脂材料的环保板材以完善汽车轻量化的可靠防护方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种板材结构，旨在满足汽车轻量化和环保要求的前提下提高汽车防护结构强度和抗冲击性能。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：第一方面，提供一种板材结构，包括耐冲击表层和内部结构层；其中，耐冲击表层为纱线的编织物，纱线包括增强体和热塑性树脂长丝；内部结构层与耐冲击表层贴合连接，内部结构层包括多层热塑性树脂基体片材和多层增强碳纤维无纺毡，各层热塑性树脂基体片材和各层增强碳纤维无纺毡交替叠合为一体，且内部结构层的最外层为热塑性树脂基体片材。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，热塑性树脂基体片材与增强碳纤维无纺毡、耐冲击表层之间均为直接接触连接。

示例性的，热塑性树脂基体片材和热塑性树脂长丝均为PA料或PP料。

一些实施例中，热塑性树脂基体片材和增强碳纤维无纺毡交替叠合的层数为奇数。

举例说明，热塑性树脂基体片材和增强碳纤维无纺毡共交替叠合五层或七层或九层。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，增强碳纤维无纺毡为非连续的短切碳纤维针刺而成，且短切碳纤维为再生碳纤维。

示例性的，增强体包括碳纤维和芳纶纤维。

本实用新型提供的板材结构的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型板材结构，采用增强体和热塑性树脂长丝混合而成的纱线的编织物作为耐冲击表层，不仅具有优异的悬垂性，便于裁切和铺层，而且能够利用增强体提升整体抗冲击性能；通过内部结构层与耐冲击表层的贴合连接，能够保证成型板材的整体结构强度，内部结构层采用热塑性树脂材料能够实现完全的回收循环利用，从而提升环境效益，加热熔融后的各层热塑性树脂材料能够在加压固化后成型为一体，无需额外施加胶剂，同时通过在各层热塑性树脂基体片材之间夹设增强碳纤维无纺毡也能够进行有效减重，从而满足汽车用料的轻量化要求；采用该板材结构制成的汽车防护件如底盘护板、发动机护板、电池包壳体等，具备高强度、耐冲击、轻量化和环保可回收性能，有利于汽车轻量化防护方案的进一步优化实施。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电池包壳体，本实用新型实施例提供的电池包壳体为上述板材结构模压成型。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种车辆护板结构，包括底盘护板和发动机护板，其中，底盘护板和发动机护板均为上述板材结构模压成型。

本实用新型实施例提供的电池包壳体及车辆护板结构，均具备高强度、耐冲击、轻量化和环保可回收性能，能够提高对车辆的防护强度等级和抗冲击性能，促进汽车防护方案的优化实施。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的板材结构的爆炸结构示意图。

图中：100、耐冲击表层；200、内部结构层；201、热塑性树脂基体片材；202、增强碳纤维无纺毡。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，现对本实用新型提供的板材结构进行说明。所述板材结构，包括耐冲击表层100和内部结构层200；其中，耐冲击表层100为纱线的编织物，纱线包括增强体和热塑性树脂长丝；内部结构层200与耐冲击表层100贴合连接，内部结构层200包括多层热塑性树脂基体片材201和多层增强碳纤维无纺毡202，各层热塑性树脂基体片材201和各层增强碳纤维无纺毡202交替叠合为一体，且内部结构层200的最外层为热塑性树脂基体片材201。

需要说明的是，本实施例中耐冲击表层100采用纱线织成编织物形态，其中，纱线为增强体和热塑性树脂长丝混合加工而成，具体的，增强体可以是纤维材料如碳纤维、芳纶纤维，或两者的混合物，热塑性树脂长丝是基于热塑性树脂材料的长丝结构，具体的，热塑性树脂材料可以是PE-聚乙烯、PP-聚丙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PA-聚酰胺、POM-聚甲醛、PC-聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、橡胶等，在此优选采用PA-聚酰胺或者PP-聚丙烯，其具有加工成型简便、机械性能高的特点。

本实施例中，增强体采用碳纤维和芳纶纤维的混合物，再加上热塑性树脂长丝而形成的纱线中各组分占比优选为：45％～50％的热塑性树脂长丝、20％～30％的碳纤维、25％～30％的芳纶纤维。

本实施例中，内部结构层200的热塑性树脂基体片材201采用与热塑性树脂长丝同类型的热塑性树脂材料，即同样优选PA-聚酰胺或者PP-聚丙烯，而增强碳纤维无纺毡202优选采用再生碳纤维，应当理解的是，内部结构层200为热熔固化成型体，即热塑性树脂材料高温熔融从而具备流动性，从而浸润增强碳纤维无纺毡202，然后加压固化后结合为一体，由于热熔型树脂材料浸润增强碳纤维无纺毡202，在此优选成型后的内部结构层200中热塑性树脂基体片材201占比在80～90％，增强碳纤维无纺毡202的成分占比为10％～20％，当然，应当理解的是，在内部结构层200自身热熔为一体的过程中，耐冲击表层100同时与内部结构层200的最外层热塑性树脂材料热熔为一体，即整个工艺过程所有的层叠面间均通过热熔型树脂材料直接连接，无需在层间施加胶剂。

本实施例提供的板材结构的加工过程如下：

将增强碳纤维无纺毡202和热塑性树脂基体片材201交替铺放，优选铺设5～9层，其中，最外层为热塑性树脂基体片材201，形成内部结构层200；

将增强体(优选碳纤维和芳纶纤维的混合物)和热塑性树脂长丝混合成纱线，将纱线编织成织物形态形成耐冲击表层100；

将耐冲击表层100铺放在内部结构层200上方，然后整体裁切成所需形状；

将裁切好的半成品放入模具中加热，使热塑性树脂长丝和热塑性树脂基体片材201熔融，待熔融的热塑性树脂材料流动并浸润耐冲击表层100的增强体和内部结构层200的增强碳纤维无纺毡202之后加压固化成型。

本实施例提供的板材结构，与现有技术相比，采用增强体和热塑性树脂长丝混合而成的纱线的编织物作为耐冲击表层100，不仅具有优异的悬垂性，便于裁切和铺层，而且能够利用增强体提升整体抗冲击性能；通过内部结构层200与耐冲击表层100的贴合连接，能够保证成型板材的整体结构强度，内部结构层200采用热塑性树脂材料能够实现完全的回收循环利用，从而提升环境效益，加热熔融后的各层热塑性树脂材料能够在加压固化后成型为一体，无需额外施加胶剂，同时通过在各层热塑性树脂基体片材201之间夹设增强碳纤维无纺毡202也能够进行有效减重，从而满足汽车用料的轻量化要求；采用该板材结构制成的汽车防护件如底盘护板、发动机护板、电池包壳体等，具备高强度、耐冲击、轻量化和环保可回收性能，有利于汽车轻量化防护方案的进一步优化实施。

应当理解的是，在本实施例中，热塑性树脂基体片材与增强碳纤维无纺毡、耐冲击表层之间均为直接接触连接。

具体的，热塑性树脂长丝能够在熔融状态下浸润增强体，以使增强体与最外层的热塑性树脂基体片材201热熔连接。在加热熔融状态下，最外层的热塑性树脂基体片材201浸润与其贴合的增强碳纤维无纺毡202、热塑性树脂长丝浸润增强体，同时由于最外层的热塑性树脂基体片材201和热塑性树脂长丝相互接触融合，因此在加压固化后形成为一体结构，连接可靠性高，且无需额外施加胶剂进行粘接，同时由于热塑性树脂材料可反复回收循环利用，直接进行热熔连接能够避免外加成分而增大材料回收难度，从而能够提高产品环保回收性能。

同样的，各层热塑性树脂基体片材201和与其贴合的增强碳纤维无纺毡202之间均为热熔连接。在加热熔融状态下的热塑性树脂基体片材201以流体形态浸润各层增强碳纤维无纺毡202，并在加压固化后连接为一体，连接可靠性高，且利用增强碳纤维无纺毡202能够提高内部结构层200的结构强度，并降低内部结构层200的比重，从而满足可靠性和轻量化需求。

进一步应当理解的是，耐冲击表层(100)中的热熔性树脂长丝和内部结构层(200)的最外层与其相贴合的热熔性树脂基体片材(201)在熔融状态下受加压条件而互相渗透融合为一体，从而实现耐冲击表层(100)和内部结构层(200)之间的直接接触连接，同样也无需施加胶剂。

优选地，上述热塑性树脂基体片材201和热塑性树脂长丝均为PA料或PP料。PA料即聚酰胺材料，又称尼龙，具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨性，且摩擦系数低，有阻燃、绝缘能力，同时又适于用纤维和其它填料填充以增强性能；PP料即聚丙烯材料，属于半结晶的热塑性塑料，具有较高的耐冲击性、机械性质强韧，耐腐蚀和阻燃性能好；另外，两者作为热塑性材料均能够进行反复回收再利用，因此在保证使用性能要求的前提下还能够提高汽车用料的环保性能效益。

需要说明的是，本实施例中热塑性树脂基体片材201和增强碳纤维无纺毡202的交替叠合层数为奇数。具体的，热塑性树脂基体片材和增强碳纤维无纺毡共交替叠合五层或七层或九层。如图1所示，采用五层叠合而成的内部结构层200实际上包括三层热塑性树脂基体片材201和两层增强碳纤维无纺毡202，也就是说，应保证每相邻的两层热塑性树脂基体片材201之间均夹设一层增强碳纤维无纺毡202，这就使得热塑性树脂基体片材201的层数多于增强碳纤维无纺毡202一层，因此内部结构层200的总层叠数量为奇数，当然，层数越多结构强度越高，但是板材比重和厚度也会增大，在此选择总层数为五层或七层或九层，既能够满足强度和抗冲击性能要求，又不影响汽车的轻量化设计。

一些实施例中，上述增强碳纤维无纺毡202为非连续的短切碳纤维针刺而成，且短切碳纤维为再生碳纤维。针刺技术是通过刺针对纤维布、网胎或符合叠层材料进行接力针刺，依靠倒向钩刺把纤网层中的部分水平纤维携带至垂向，产生垂直纤维簇，形成相互缠结、约束的准三维独特网络结构预制体，具有孔隙分布均匀、易于致密成型，结构强度高的特点；采用再生碳纤维能够进行回收再利用，提高环保性能。

需要说明的是，在本实施例中，增强体包括碳纤维和芳纶纤维。碳纤维是指含碳量在90％以上的高强度高模量纤维，芳纶纤维是指新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，优选的，增强体中碳纤维和芳纶纤维等比例混合。

基于同一发明构思，参见图1，本申请实施例还提供一种电池包壳体，该电池包壳体为上述板材结构模压成型，板材结构采用增强体和热塑性树脂长丝混合而成的纱线的编织物作为耐冲击表层100，不仅具有优异的悬垂性，便于裁切和铺层，而且能够利用增强体提升整体抗冲击性能；通过内部结构层200与耐冲击表层100的贴合连接，能够保证成型板材的整体结构强度，内部结构层200采用热塑性树脂材料能够实现完全的回收循环利用，从而提升环境效益，加热熔融后的各层热塑性树脂材料能够在加压固化后成型为一体，无需额外施加胶剂，同时通过在各层热塑性树脂基体片材201之间夹设增强碳纤维无纺毡202也能够进行有效减重，从而满足电池包壳体的轻量化设计要求；采用该板材结构模压成型的电池包壳体，具备高强度、耐冲击、轻量化和环保可回收性能。

基于同一发明构思，参见图1，本申请实施例还提供一种车辆护板结构，包括底盘护板和发动机护板，其中，底盘护板和发动机护板均为上述板材结构模压成型，板材结构采用增强体和热塑性树脂长丝混合而成的纱线的编织物作为耐冲击表层100，不仅具有优异的悬垂性，便于裁切和铺层，而且能够利用增强体提升整体抗冲击性能；通过内部结构层200与耐冲击表层100的贴合连接，能够保证成型板材的整体结构强度，内部结构层200采用热塑性树脂材料能够实现完全的回收循环利用，从而提升环境效益，加热熔融后的各层热塑性树脂材料能够在加压固化后成型为一体，无需额外施加胶剂，同时通过在各层热塑性树脂基体片材201之间夹设增强碳纤维无纺毡202也能够进行有效减重，从而满足车辆护板用料的轻量化要求；采用该板材结构模压成型的底盘护板和发动机护板，具备高强度、耐冲击、轻量化和环保可回收性能，有利于汽车轻量化防护方案的进一步优化实施。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.板材结构，其特征在于，包括：

耐冲击表层(100)，所述耐冲击表层(100)为纱线的编织物，所述纱线包括增强体和热塑性树脂长丝；

内部结构层(200)，与所述耐冲击表层(100)贴合连接，所述内部结构层(200)包括多层热塑性树脂基体片材(201)和多层增强碳纤维无纺毡(202)，各层所述热塑性树脂基体片材(201)和各层所述增强碳纤维无纺毡(202)交替叠合为一体，且所述内部结构层(200)的最外层为所述热塑性树脂基体片材(201)。

2.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，所述热塑性树脂基体片材(201)与所述增强碳纤维无纺毡(202)、所述耐冲击表层(100)之间均为直接接触连接。

3.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，所述热塑性树脂基体片材(201)和所述热塑性树脂长丝均为PA料或PP料。

4.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，所述热塑性树脂基体片材(201)和所述增强碳纤维无纺毡(202)交替叠合的层数为奇数。

5.如权利要求4所述的板材结构，其特征在于，所述热塑性树脂基体片材(201)和所述增强碳纤维无纺毡(202)共交替叠合五层或七层或九层。

6.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，所述增强碳纤维无纺毡(202)为非连续的短切碳纤维针刺而成，且所述短切碳纤维为再生碳纤维。

7.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，所述增强体包括碳纤维和芳纶纤维。

8.电池包壳体，其特征在于，所述电池包壳体为如权利要求1-7任一项所述的板材结构模压成型。

9.车辆护板结构，其特征在于，包括底盘护板和发动机护板，其中，所述底盘护板和所述发动机护板均为如权利要求1-7任一项所述的板材结构模压成型。

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