樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件制備方法、與車門連接方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法、以及與車門內(nèi)板的連接方法，通過將熱塑性樹脂和碳纖維織物預(yù)浸加工成單向預(yù)浸片材，并按照能夠保證防撞強度和耐高溫性能的最佳鋪層方案鋪疊熱壓形成熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材，最后經(jīng)模具熱壓形成車門防撞構(gòu)件，同時創(chuàng)新地采用膠粘和機械混合連接方式將車門防撞構(gòu)件緊固連接到車門內(nèi)板上，首次實現(xiàn)了樹脂纖維復(fù)合材料在車門防撞構(gòu)件上的應(yīng)用，并且所制得的車門防撞構(gòu)件具有較高的抗拉強度、較強的耐高溫性能和與車門間的較高連接強度，同時在不犧牲汽車安全性能的前提下，大大降低了汽車重量，同時提高了汽車的NVH性能，具有廣闊的市場推廣使用前景。
【專利說明】樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件制備方法、與車門連接方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車零部件制造領(lǐng)域，具體涉及車門防撞構(gòu)件的制備方法和連接方式，特別是一種樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法、及其與車門內(nèi)板的連接方法。

【背景技術(shù)】
[0002]輕量化目前已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。汽車輕量化就是在保證汽車的強度和安全性能前提下，盡可能的降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。碳纖維復(fù)合材料是實現(xiàn)汽車輕量化的一種選擇。隨著碳纖維成本的下降以及加工工藝的提升，碳纖維復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用也已從賽車及豪華車逐漸轉(zhuǎn)向到普通量產(chǎn)車型上，目前的研究熱點是針對碳纖維復(fù)合材料的特點，加快碳纖維復(fù)合材料在汽車零部件領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]車門防撞構(gòu)件是指防撞桿、防撞板等加裝在車門內(nèi)板上的橫梁結(jié)構(gòu)，以加強車輛側(cè)面結(jié)構(gòu)強度。車門防撞構(gòu)件的主要作用是:當車門受到側(cè)向撞擊時，降低車門變形程度，減少側(cè)碰對車內(nèi)乘員的傷害。目前的車門防撞構(gòu)件基本上都是使用高強度的鋼板，雖然強度高、耐撞擊變形，但是具有以下缺點:質(zhì)量較重，非常不利于整車輕量化的設(shè)計，抗腐蝕性差，嚴重影響使用壽命。目前也有提出直接使用碳纖維材料作為車門防撞構(gòu)件的方案，但是目前碳纖維材料取代鋼材料在車門防撞構(gòu)件上的應(yīng)用存在以下技術(shù)問題:作為防撞構(gòu)件的碳纖維材料強度及延伸率較低、碳纖維材料防撞構(gòu)件與車門內(nèi)板的連接強度很差、碳纖維材料耐高溫性能差，無法滿足車身涂裝的高溫烘烤，這些缺陷嚴重的限制了碳纖維材料在車門防撞構(gòu)件中的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明基于上述現(xiàn)有技術(shù)問題，創(chuàng)新的提出一種樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法、以及與車門內(nèi)板的連接方法，通過將熱塑性樹脂和碳纖維織物預(yù)浸加工成單向預(yù)浸片材，并按照能夠保證防撞強度和耐高溫性能的最佳鋪層方案鋪疊熱壓形成熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材，最后經(jīng)模具熱壓形成車門防撞構(gòu)件，同時創(chuàng)新地采用膠粘和機械混合連接方式將車門防撞構(gòu)件緊固連接到車門內(nèi)板上，首次實現(xiàn)了樹脂纖維復(fù)合材料在車門防撞構(gòu)件上的應(yīng)用，并且所制得的車門防撞構(gòu)件具有較高的抗拉強度、較強的耐高溫性能和與車門間的較高連接強度，同時在不犧牲汽車安全性能的前提下，大大降低了汽車重量，同時提高了汽車的NVH性能，具有廣闊的市場推廣使用前景。
[0005]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下:
一種樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，包括以下步驟:
步驟一，制備熱塑性樹脂-碳纖維織物單向預(yù)浸片材，將熱塑性樹脂和碳纖維織物通過熔融浸潰法、粉末浸潰法或混合編織法制得單向預(yù)浸片材，并保證碳纖維織物在單向預(yù)浸片材中的體積比為50-60%，且所制得的熱塑性樹脂-碳纖維織物單向預(yù)浸片材具有固定取向方向；
步驟二，制備熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材，將步驟一中制得的熱塑性樹脂-碳纖維織物單向預(yù)浸片材按照鋪層方案[0/90/+45/-45]2s鋪疊在一起，并將第一層單向預(yù)浸片材的取向方向選擇為沿著整個樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的對稱軸線方向，然后在315°C -325°C的溫度條件下熱壓成型，冷卻后制得熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材；
步驟三，制備樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件，將步驟二制得的熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材加熱軟化后放入加熱的車門防撞構(gòu)件模具中，通過快速熱壓成型制得樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件。
[0006]進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其中步驟一具體包括:
(1)、將熱塑性樹脂和碳纖維織物共同經(jīng)理紗裝置處理，保持取向一致；
(2)、采用熔融浸潰法制備單向預(yù)浸片材，將熱塑性樹脂和碳纖維織物共同通過加熱溫度保持在310-330°C的加熱輥，使熱塑性樹脂受熱變?yōu)槿廴跔顟B(tài)并浸潰于碳纖維織物之上，冷卻后制得熱塑性樹脂-碳纖維織物單向預(yù)浸片材，且保證碳纖維織物的厚度占單向預(yù)浸片材總厚度的50-60% ；
(3)、采用切割設(shè)備將熱塑性樹脂-碳纖維織物單向預(yù)浸片材切割成合適尺寸。
[0007]進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其中所述加熱輥的加熱溫度保持在320°C，所述碳纖維織物的厚度占單向預(yù)浸片材總厚度的53%。
[0008]進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其中步驟二中所述的鋪層方案[0/90/+45/-45]2s 具體展開為[0/90/+45/-45/0/90/+45/-45/-45/+45/90/0/-45/+45/90/0]，各層單向預(yù)浸片材的具體鋪疊過程為:將第一層單向預(yù)浸片材的取向方向定為0°角方向，第二層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第三層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第四層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45°，第五層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成0°，第六層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第七層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第八層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45 °，第九層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45°，第十層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第i^一層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第十二層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成0°，第十三層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45°，第十四層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第十五層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第十六層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成0°。
[0009]進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其中步驟二中，通過雙鋼帶壓機對鋪疊的單向預(yù)浸片材組進行熱壓成型；所制得的熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材在室溫下的拉伸強度大于320MPa、彈性模量大于35GPa。
[0010]進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其中步驟三中所述車門防撞構(gòu)件模具中的模具型芯采用H13模具鋼，脫模頂桿采用SKD61工具鋼，導(dǎo)柱采用高合金鋼Cr 12。
[0011]進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其中還包括步驟四，對步驟三制得樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件進行后處理，包括在樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件端部加工機械連接孔，并對樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件接觸車門內(nèi)板的表面進行打磨清洗。
[0012]進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其中所述的熱塑性樹脂選自聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚砜中的一種或多種；所述的碳纖維織物選自平紋織物、斜紋織物、緞紋織物、單向織物、多軸向經(jīng)編織物中的一種或多種；所制得的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件整體具有長條形或“Y”型結(jié)構(gòu)，橫截面為“D”型或“M”型結(jié)構(gòu)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明所述制備方法制得的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件在車門內(nèi)板上的連接方法，包括以下步驟:
步驟一，對樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件與車門內(nèi)板接觸的表面進行打磨清洗，并在樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的兩端加工與車門內(nèi)板機械連接的連接孔；
步驟二，待所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的打磨清洗表面干燥后，在打磨清洗表面上進行涂膠，并控制涂膠層厚度在1_2_，然后通過涂膠層將樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件粘接在車門內(nèi)板上；
步驟三，借助螺栓或鉚釘穿過樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件兩端的連接孔而將車門防撞構(gòu)件的端部機械連接于車門內(nèi)板，完成樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件在車門內(nèi)板上的安裝連接。
[0014]進一步的根據(jù)本發(fā)明所述的連接方法，其中所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件傾斜連接于車門內(nèi)板的對角方向，所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的一端與車門內(nèi)板車門開啟側(cè)的遠角端相連，另一端與車門內(nèi)板的旋轉(zhuǎn)側(cè)棱相連。
[0015]通過本發(fā)明的技術(shù)方案至少能夠達到以下技術(shù)效果:
1)、本發(fā)明首創(chuàng)了樹脂纖維復(fù)合材料在車門防撞構(gòu)件上的應(yīng)用，所提供的車門防撞構(gòu)件充分利用了碳纖維材料密度低、比模量及比強度優(yōu)異的本質(zhì)特征，在不犧牲汽車安全性能的前提下，大大降低了汽車重量，促進了輕量化車身設(shè)計以及碳纖維材料在汽車上的廣泛應(yīng)用；
2)、本發(fā)明所提供的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件相比于通常作為車門防撞構(gòu)件的高強度鋼來說，抗腐蝕性更強、模態(tài)更高，更加有利于汽車行駛過程中的NVH控制，使用壽命更長；
3)、本發(fā)明所提供的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件在車門內(nèi)板上的連接緊固強度高，能夠的適應(yīng)車身涂裝的高溫烘烤，而且在車門內(nèi)板上的拆裝操作都較鋼板焊接簡單，同時可實現(xiàn)重復(fù)利用，有利于降低汽車成本；
4)、綜上本發(fā)明通過創(chuàng)新樹脂纖維復(fù)合材料的組成結(jié)構(gòu)和制備工藝制得的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件很好的滿足了纖維材料在車門防撞構(gòu)件應(yīng)用中的高材料強度及延伸率、與車門內(nèi)板的高連接強度以及防撞構(gòu)件自身的耐高溫性能要求，具有廣闊的市場推廣前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]附圖1為本發(fā)明所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件在車門內(nèi)板的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3為本發(fā)明所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件中樹脂纖維復(fù)合材料層合板材的鋪層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中各附圖標記的含義如下:
1-車門內(nèi)板，2-樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件，3-連接孔，4-膠粘區(qū)。

【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的描述，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚的理解本發(fā)明，但并不因此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0019]車門防撞構(gòu)件是指加裝在車門內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的防撞桿或防撞板，以加強車門側(cè)面強度的結(jié)構(gòu)，因此車門防撞構(gòu)件的主要作用是:當車門受到側(cè)向撞擊時，最大限度的降低車門變形程度，以減少側(cè)碰對車內(nèi)乘員的傷害。
[0020]本發(fā)明首次創(chuàng)新的提出使用樹脂纖維復(fù)合材料來制作車門防撞構(gòu)件，并創(chuàng)新了這種樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件與車門內(nèi)板的連接方式，不但充分利用了碳纖維復(fù)合材料密度低、比模量及比強度優(yōu)異的本質(zhì)特征外，而且相比于通常作為車門防撞構(gòu)件的高強度鋼來說，碳纖維復(fù)合材料的抗腐蝕性更強、模態(tài)更高，使用基于碳纖維復(fù)合材料的車門防撞構(gòu)件，更加有利于汽車行駛過程中的NVH控制，同時本發(fā)明通過創(chuàng)新樹脂纖維復(fù)合材料的組成結(jié)構(gòu)和制備工藝，同時滿足了樹脂纖維復(fù)合材料在車門防撞構(gòu)件應(yīng)用中的高材料強度及延伸率、與車門內(nèi)板的高連接強度以及防撞構(gòu)件自身的耐高溫性能要求。
[0021]首先結(jié)合附圖1說明本發(fā)明所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件2在車門上的安裝結(jié)構(gòu)，如附圖1所示的，本發(fā)明所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件安裝布置于車門內(nèi)板I上，所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件2整體具有“一”字形(長條形)或“Y”形結(jié)構(gòu)，其橫截面為“D”形或“M”形，優(yōu)選為“M”形，如附圖2所示的。所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件2在車門內(nèi)板I上的連接方式采用機械連接同時結(jié)合膠粘連接的方式，在車門防撞構(gòu)件接觸車門內(nèi)板的表面上涂膠，將車門防撞構(gòu)件整體通過膠黏劑粘結(jié)于車門內(nèi)板上，同時在車門防撞構(gòu)件的兩端分別開設(shè)連接孔3，在車門內(nèi)板上加工有對應(yīng)的連接孔，在將車門防撞構(gòu)件粘結(jié)于車門內(nèi)板上之后，通過螺栓依次穿過所述連接孔而將車門防撞構(gòu)件的兩端通過機械連接的方式加固連接在車門內(nèi)板上，如附圖1所示的，這樣即使車門發(fā)生碰撞，車門防撞構(gòu)件2也不會因為碰撞后端口受到強大拉伸力而產(chǎn)生脫膠掉落現(xiàn)象?？筛鶕?jù)需要在附圖1所示樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件2的兩端開設(shè)若干連接孔，且在連接孔位置附近可不涂覆膠黏劑，樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件兩端與車門內(nèi)板件的機械連接方式除上述螺栓連接外，還可采用鉚釘連接。所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件2的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)選為長條狀結(jié)構(gòu)，其橫截面優(yōu)選的為附圖2所示的“M”型，并在其中M型的下凹區(qū)外表面進行涂膠，即如附圖2所示的膠粘區(qū)4，并沿整個車門防撞構(gòu)件的縱向延伸方向進行涂膠，同時所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件2的兩端優(yōu)選的形成為片狀連接區(qū)，在所述片狀連接區(qū)上不進行涂膠，同時在所述片狀連接區(qū)上加工出若干連接孔3，整個車門防撞構(gòu)件4整體先膠粘于車門內(nèi)板上，然后在兩端通過機械連接方式加固連接于車門內(nèi)板，保證了車門防撞構(gòu)件在車門上的連接強度。優(yōu)選的所述車門防撞構(gòu)件2的連接位置為附圖1所示的:其一端與車門內(nèi)板I的車門開啟側(cè)的遠角端相連，另一端與車門內(nèi)板I的旋轉(zhuǎn)側(cè)棱相連，整體沿車門內(nèi)板I的對角方向布置。
[0022]下面描述本發(fā)明所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制作過程:
步驟一，制備熱塑性樹脂-碳纖維織物單向預(yù)浸片材。將熱塑性樹脂和碳纖維織物通過熔融浸潰法、粉末浸潰法或混合編織法，制備成單向預(yù)浸片材，在所述單向預(yù)浸片材中碳纖維織物的體積比為50-60%，體積比通過控制片材厚度來控制碳纖維織物的體積含量，即其中碳纖維織物占單向預(yù)浸片材總厚度的50-60%，碳纖維織物的體積含量能夠影響其材料的性能，且熱塑性樹脂和碳纖維織物的取向保持一致。其中所述熱塑性樹脂優(yōu)選熱變形溫度超過190°C的性能優(yōu)良的樹脂，進一步優(yōu)選為聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚酰亞胺(PI)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚砜(PES)等其中的一種；所述的碳纖維織物優(yōu)選為平紋織物、斜紋織物、緞紋織物、單向織物、多軸向經(jīng)編織物等織物中的一種或多種。
[0023]步驟二，設(shè)計單向預(yù)浸片材的鋪層方案。針對車門防撞構(gòu)件的性能要求，結(jié)合所采用熱塑性樹脂和碳纖維織物的性能指標，通過有限元軟件調(diào)整復(fù)合材料層合板材的鋪層層數(shù)、鋪層方向及順序等，并結(jié)合試驗驗證，獲得能夠滿足車門防撞構(gòu)件性能要求的單向預(yù)浸片材的最佳鋪層設(shè)計方案:[0/90/+45/-45]2s，其中下標的2表示[0/90/+45/-45]鋪層再重復(fù)一次，下標的s表不對稱的意思，[0/90/+45/-45]2s展開表不就是[0/90/+45/-45/0/90/+45/-45/-45/+45/90/0/-45/+45/90/0],其含義為:將第一層單向預(yù)浸片材的取向方向設(shè)為0°角方向，第二層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第三層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第四層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45°，第五層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成0°，第六層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第七層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第八層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45°，然后結(jié)構(gòu)相對稱的:第九層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45°，第十層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第i^一層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第十二層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成0°，第十三層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45°，第十四層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第十五層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第十六層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成0°。附圖3給出了 [0/90/+45/-45]2s這種鋪層設(shè)計方案下各單向預(yù)浸片材的取向布置。
[0024]步驟三，制備熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材。首先將步驟一中得到的單向預(yù)浸片材按照目標件的尺寸進行剪裁；然后將滿足尺寸要求的單向預(yù)浸片材按照步驟二中所述[0/90/+45/-45]23的鋪層順序鋪疊在一起，如附圖3所示，并使第一層單向預(yù)浸片材的0°角取向方向選擇為沿著整個樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的對稱軸線方向，當預(yù)成型的車門防撞構(gòu)件為一字型長條狀結(jié)構(gòu)時，所述第一層單向預(yù)浸片材的0°角取向方向選擇為沿著整個樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的縱向延伸方向，當預(yù)成型的車門防撞構(gòu)件為Y型結(jié)構(gòu)時，所述第一層單向預(yù)浸片材的0°角取向方向選擇為沿著整個樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的對稱軸線方向即分叉前的縱向延伸方向；最后等所有層單向預(yù)浸片材按照所述設(shè)計方案鋪設(shè)完成后，通過雙鋼帶壓機在315°C -325°C的溫度條件下熱壓成型，冷卻后制得熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材。經(jīng)測試所制得的熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材在室溫下的拉伸強度大于320MPa、彈性模量大于35GPa,達到了車門防撞構(gòu)件的使用性能要求。
[0025]步驟四，通過模具熱壓制得樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件。將步驟三制得的熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材加熱到軟化之后放入到加熱的車門防撞構(gòu)件模具中進行快速熱壓成型，并在端部加工機械連接孔，形成本發(fā)明所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件。
[0026]最后給出本發(fā)明所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件在車門內(nèi)板上的安裝連接方法:首先對所制得的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的與車內(nèi)門板緊貼的表面進行打磨清洗，當構(gòu)件采用M形橫面時如附圖2所示的對構(gòu)件的膠粘區(qū)4用1200目的水砂紙打磨，之后用無水乙醇將打磨處清洗干凈；然后進行涂膠操作，待打磨清洗表面干燥后涂上膠黏劑，控制膠粘層厚度在l_2mm ;最后通過膠黏層將樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件粘接在車門內(nèi)板I上，可按照附圖1所示的沿車門內(nèi)板I的對角方向粘接車門防撞構(gòu)件，并將車門防撞構(gòu)件I的端部借助螺栓或鉚釘機械連接于車門內(nèi)板I上，具體的通過螺栓或鉚釘穿過車門防撞構(gòu)件端部的連接孔后螺接或鉚接與車門內(nèi)板，完成整個樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件在車門內(nèi)板上的安裝連接。實際中可根據(jù)設(shè)計使用要求的不同，適當改變樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件在車門內(nèi)板上的連接位置，以不同的載荷傳遞路徑來傳遞載荷的大小。
[0027]下面給出制備本發(fā)明所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的優(yōu)選實施例。
[0028]實施例1
本實施例以聚苯硫醚(PPS)作為熱塑性樹脂、以單向織物作為碳纖維織物制備樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件，包括以下步驟:
(I )、將PPS樹脂與單向織物共同經(jīng)理紗裝置處理，保持其取向一致，其中PPS樹脂為連續(xù)纖維狀樹脂，然后采用熔融浸潰法制備單向預(yù)浸片材，具體的將PPS樹脂與單向織物共同通過加熱輥(加熱輥溫度保持在320°c )，使得PPS樹脂受熱變?yōu)槿廴跔顟B(tài)并浸潰于單向織物上，之后在生產(chǎn)線上保持風(fēng)冷，得到PPS/單向織物單向預(yù)浸片材，并采用切割設(shè)備將PPS/單向織物單向預(yù)浸片材剪切成合適的尺寸要求。在通過熔融浸潰法制備單向預(yù)浸片材時控制單向織物在片材中的體積比為53%。
[0029](2)、將得到的單向預(yù)浸片材按照[0/90/+45/_45]2s的鋪層方案鋪放在雙鋼帶壓機的鋼帶間，并使第一層單向預(yù)浸片材的0°角取向方向選擇為沿著整個樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的縱向延伸方向，雙鋼帶壓機保持加熱，之后使得片材組通過加熱的壓輥，其中雙鋼帶壓機的運行速度為0.5m/min，加熱壓輥的加熱溫度保持在320°C，之后片材再經(jīng)過冷卻裝置加壓，最后制備得到PPS/單向織物復(fù)合材料層合板材。測試結(jié)果顯示，23°C下，復(fù)合材料層合板材的拉伸強度為323MPa，彈性模量為37.1GPa, 120°C下，復(fù)合材料層合壓板的拉伸強度為316MPa，彈性模量為36.7GPa，滿足車門防撞構(gòu)件使用要求。
[0030](3)、將制得的PPS/單向織物復(fù)合材料層合板材加熱到軟化之后放入到加熱的車門防撞構(gòu)件模具中進行快速熱壓成型，并在端部加工機械連接孔，形成PPS/單向織物復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件，其中所述的車門防撞構(gòu)件模具中的模具型芯采用H13模具鋼，脫模頂桿采用SKD61工具鋼，導(dǎo)柱采用高合金鋼Crl2，所述車門防撞構(gòu)件整體具有一字型長條結(jié)構(gòu)，且橫截面為M型。
[0031]最后制得的PPS/單向織物復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件中膠粘區(qū)4采用1200目水砂紙打磨，之后用無水乙醇將打磨處清洗干凈，干燥后涂上漢高的Hysol0 EA9394膠黏劑，并粘接在車門內(nèi)板I上，其中粘接層的厚度控制在1_2_，車門防撞構(gòu)件2傾斜布置在車門內(nèi)板I上，且端部與車門內(nèi)板I之間采用螺栓連接。成功的實現(xiàn)PPS樹脂與單向織物復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件在車門內(nèi)板的安裝應(yīng)用。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過有限元分析進行實際驗證確定了復(fù)合材料層合板材內(nèi)的最佳鋪層結(jié)構(gòu)，然后按所述鋪層結(jié)構(gòu)熱壓形成熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材，最后通過模具熱壓成型制備得到所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件，并對構(gòu)件進行后處理，同時采用粘接和機械連接的混合連接方式將樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件緊固連接到車門內(nèi)板上，通過對樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件從設(shè)計到優(yōu)化再到制備，很好地滿足了樹脂纖維復(fù)合材料在車門防撞構(gòu)件應(yīng)用中的高材料強度及延伸率、與車門內(nèi)板的高連接強度以及防撞構(gòu)件自身的耐高溫性能要求，首次實現(xiàn)了樹脂纖維復(fù)合材料取代金屬在汽車車門防撞構(gòu)件上的應(yīng)用，在不犧牲汽車安全性能的前提下，大大降低了汽車重量，同時提高了汽車的NVH性能，具有廣闊的市場推廣使用前景。
[0033]以上僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行了描述，并不將本發(fā)明的技術(shù)方案限制于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的主要技術(shù)構(gòu)思的基礎(chǔ)上所作的任何公知變形都屬于本發(fā)明所要保護的技術(shù)范疇，本發(fā)明具體的保護范圍以權(quán)利要求書的記載為準。
【權(quán)利要求】
1.一種樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，制備熱塑性樹脂-碳纖維織物單向預(yù)浸片材，將熱塑性樹脂和碳纖維織物通過熔融浸潰法、粉末浸潰法或混合編織法制得單向預(yù)浸片材，并保證碳纖維織物在單向預(yù)浸片材中的體積比為50-60%，且所制得的熱塑性樹脂-碳纖維織物單向預(yù)浸片材具有固定取向方向； 步驟二，制備熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材，將步驟一中制得的熱塑性樹脂-碳纖維織物單向預(yù)浸片材按照鋪層方案[0/90/+45/-45]2s鋪疊在一起，并將第一層單向預(yù)浸片材的取向方向選擇為沿著整個樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的對稱軸線方向，然后在315°C -325°C的溫度條件下熱壓成型，冷卻后制得熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材； 步驟三，制備樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件，將步驟二制得的熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材加熱軟化后放入加熱的車門防撞構(gòu)件模具中，通過快速熱壓成型制得樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其特征在于，其中步驟一具體包括: (I )、將熱塑性樹脂和碳纖維織物共同經(jīng)理紗裝置處理，保持取向一致； (2)、采用熔融浸潰法制備單向預(yù)浸片材，將熱塑性樹脂和碳纖維織物共同通過加熱溫度保持在310-330°C的加熱輥，使熱塑性樹脂受熱變?yōu)槿廴跔顟B(tài)并浸潰于碳纖維織物之上，冷卻后制得熱塑性樹脂-碳纖維織物單向預(yù)浸片材，且保證碳纖維織物的厚度占單向預(yù)浸片材總厚度的50-60% ； (3)、采用切割設(shè)備將熱塑性樹脂-碳纖維織物單向預(yù)浸片材切割成合適尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其特征在于，其中所述加熱輥的加熱溫度保持在320°C，所述碳纖維織物的厚度占單向預(yù)浸片材總厚度的 53%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其特征在于，其中步驟二中所述的鋪層方案[0/90/+45/-45]2s具體展開為[0/90/+45/-45/0/90/+45/-45/-45/+45/90/0/-45/+45/90/0]，各層單向預(yù)浸片材的具體鋪疊過程為:將第一層單向預(yù)浸片材的取向方向定為0°角方向，第二層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第三層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第四層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45°，第五層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成0°，第六層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第七層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第八層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45°，第九層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45 °，第十層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第i^一層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第十二層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成0°，第十三層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成-45°，第十四層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成+45°，第十五層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成90°，第十六層單向預(yù)浸片材的取向方向相對于第一層單向預(yù)浸片材的取向方向成0°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其特征在于，其中步驟二中，通過雙鋼帶壓機對鋪疊的單向預(yù)浸片材組進行熱壓成型；所制得的熱塑性樹脂-碳纖維織物復(fù)合材料層合板材在室溫下的拉伸強度大于3201？^彈性模量大于356？80
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其特征在于，其中步驟三中所述車門防撞構(gòu)件模具中的模具型芯采用?。?3模具鋼，脫模頂桿采用31(061工具鋼，導(dǎo)柱采用高合金鋼012。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其特征在于，還包括步驟四，對步驟三制得樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件進行后處理，包括在樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件端部加工機械連接孔，并對樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件接觸車門內(nèi)板的表面進行打磨清洗。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的制備方法，其特征在于，其中所述的熱塑性樹脂選自聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚砜中的一種或多種；所述的碳纖維織物選自平紋織物、斜紋織物、緞紋織物、單向織物、多軸向經(jīng)編織物中的一種或多種；所制得的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件整體具有長條形或“V’型結(jié)構(gòu)，橫截面為“0”型或“1”型結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述制備方法制得的樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件在車門內(nèi)板上的連接方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，對樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件與車門內(nèi)板接觸的表面進行打磨清洗，并在樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的兩端加工與車門內(nèi)板機械連接的連接孔； 步驟二，待所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的打磨清洗表面干燥后，在打磨清洗表面上進行涂膠，并控制涂膠層厚度在1-2皿，然后通過涂膠層將樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件粘接在車門內(nèi)板上； 步驟三，借助螺栓或鉚釘穿過樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件兩端的連接孔而將車門防撞構(gòu)件的端部機械連接于車門內(nèi)板，完成樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件在車門內(nèi)板上的安裝連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連接方法，其特征在于，所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件傾斜連接于車門內(nèi)板的對角方向，所述樹脂纖維復(fù)合材料車門防撞構(gòu)件的一端與車門內(nèi)板車門開啟側(cè)的遠角端相連，另一端與車門內(nèi)板的旋轉(zhuǎn)側(cè)棱相連。
【文檔編號】B29C51/00GK104385559SQ201410574671
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】宣善勇, 張道理, 張靜, 方舟, 唐少俊 申請人:奇瑞汽車股份有限公司