一種汽車(chē)開(kāi)口部件及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種汽車(chē)開(kāi)口部件及其制備方法。具體地，所述的汽車(chē)開(kāi)口部件由連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂或熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料組成。由纖維預(yù)成型體通過(guò)復(fù)合材料成型工藝制成，且所述的纖維預(yù)成型體具有一個(gè)或多個(gè)緯向纖維預(yù)成型體亞層，且所述的緯向纖維預(yù)成型體亞層的輪廓與所述部件的輪廓基本重合；所述的纖維預(yù)成型體具有一個(gè)或多個(gè)經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層，且所述的經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層的輪廓與所述緯向纖維預(yù)成型體亞層的輪廓基本重合。本發(fā)明產(chǎn)品和方法具有輕質(zhì)高強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保、成本低廉、成型效率高等優(yōu)點(diǎn)，可批量化連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種汽車(chē)開(kāi)口部件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車(chē)工業(yè)和復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料汽車(chē)開(kāi)口部件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于全球變暖的溫室效應(yīng)和日益突出的能源危機(jī)，節(jié)能與環(huán)保成為世界各國(guó)汽車(chē)工業(yè)面臨的最重要的命題。汽車(chē)輕量化技術(shù)是為新能源汽車(chē)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)節(jié)省能源消耗，降低環(huán)境污染的有效技術(shù)途徑之一。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等一系列優(yōu)異性能，近年來(lái)已成為汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域的輕量化主流技術(shù)趨勢(shì)。
[0003]當(dāng)前，世界主要汽車(chē)制造商在未來(lái)汽車(chē)技術(shù)藍(lán)圖中，都大量地采用纖維復(fù)合材料，尤其是碳纖維復(fù)合材料，來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化和高比性能質(zhì)的突破。福特公司研究表明，合理設(shè)計(jì)的復(fù)合材料可以將零部件減少80%，加工費(fèi)用相對(duì)鋼材降低60%，粘結(jié)費(fèi)用相對(duì)焊接減少25%到40%，且復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出極好的韌性和抗沖撞性能。權(quán)威研究顯示，若汽車(chē)整車(chē)重量降低10%，燃油效率可提高6% — 8%;汽車(chē)整備質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低
0.3-0.6升。從行駛性能和碰撞安全性方面來(lái)看，汽車(chē)輕量化后加速性提高，制動(dòng)距離減小，碰撞時(shí)慣性減小，車(chē)輛控制靈敏性、穩(wěn)定性、噪聲振動(dòng)方面也均有改善。
[0004]目前，連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制件在汽車(chē)上逐漸得到成功應(yīng)用，但是，主要應(yīng)用于替代非大開(kāi)口 /開(kāi)窗類(lèi)的金屬構(gòu)件，例如后箱蓋、頂棚、防撞梁等。對(duì)帶開(kāi)口 /開(kāi)窗型的部件，尤其是結(jié)構(gòu)部件，如汽車(chē)側(cè)圍，采用常規(guī)的纖維織物制備需要在開(kāi)窗部位切斷纖維，可導(dǎo)致局部嚴(yán)重的應(yīng)力集中，大大降低了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的承載能力，無(wú)法滿足汽車(chē)側(cè)圍的性能要求。
[0005]綜上所述，本領(lǐng)域迫切需要開(kāi)發(fā)一種的制備方法簡(jiǎn)單，避免在開(kāi)窗部位打斷纖維，并且性能優(yōu)異、成本低下、成型效率高的汽車(chē)開(kāi)口部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的技術(shù)目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種性能優(yōu)異、成本低下、成型效率高的汽車(chē)開(kāi)口部件及其制備方法。
[0007]在本發(fā)明第一方面，提供了一種汽車(chē)開(kāi)口部件，所述的汽車(chē)開(kāi)口部件由纖維預(yù)成型體通過(guò)復(fù)合材料成型工藝制成,且
[0008]所述的纖維預(yù)成型體具有一個(gè)或多個(gè)緯向纖維預(yù)成型體亞層，且所述的緯向纖維預(yù)成型體亞層的輪廓與所述部件的輪廓基本重合；且
[0009]所述的纖維預(yù)成型體具有一個(gè)或多個(gè)經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層，且所述的經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層的輪廓與所述緯向纖維預(yù)成型體亞層的輪廓基本重合。
[0010]在另一優(yōu)選例中，所述的汽車(chē)開(kāi)口部件是具有開(kāi)口 /開(kāi)窗的部件，其中，所述的開(kāi)口 /開(kāi)窗的面積SI為12cm2 ^ SI ^ 2m2。[0011]在另一優(yōu)選例中，所述部件的外廓截面積S2為30cm2 ^ S2 ^ 4m2。
[0012]在另一優(yōu)選例中，所述的開(kāi)口 /開(kāi)窗的面積S1:外廓截面積S2=l/10_19/20,較佳地占1/5-9/10，更佳地占1/3-7/8，最佳地占1/2-4/5。
[0013]在另一優(yōu)選例中，所述的汽車(chē)開(kāi)口部件是汽車(chē)側(cè)圍部件。
[0014]在另一優(yōu)選例中，所述經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層的總體形狀與汽車(chē)開(kāi)口部件形狀相同或相似。
[0015]在另一優(yōu)選例中，所述的緯向纖維預(yù)成型體亞層的纖維軌跡和/或總體形狀與汽車(chē)開(kāi)口部件相似或相同。
[0016]在另一優(yōu)選例中，所述的經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層每層由1-100根纖維構(gòu)成，較佳地由1-20根纖維構(gòu)成，更佳地由1-5根纖維構(gòu)成，最佳地由I根纖維構(gòu)成。
[0017]所述的經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層具有與緯向纖維方向交叉的經(jīng)向纖維軸。較佳地，每層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層的經(jīng)向纖維軸數(shù)量為10~10，000，000根，較佳地為15-1000根。
[0018]在另一優(yōu)選例中，按開(kāi)口的周長(zhǎng)計(jì)算，經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層的經(jīng)向纖維軸的密度通常為3-50根/cm，較佳地為5-25根/cm。
[0019]在另一優(yōu)選例中，所述纖維預(yù)成型體包括多個(gè)經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和多個(gè)緯向纖維預(yù)成型體亞層。
[0020]在另一優(yōu)選例中，各個(gè)經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層的經(jīng)向纖維軸的取向可以相同，可以不同。例如，第一層取向45度，第二層取向-45度。
`[0021 ] 在另一優(yōu)選例中，每個(gè)經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層內(nèi)的各經(jīng)向纖維軸的取向可以相同，可以不同。例如，取向?yàn)?5度和-45度。
[0022]在另一優(yōu)選例中，所述的經(jīng)向纖維軸在汽車(chē)開(kāi)口部件各個(gè)位置具有相同或基本相同的分布密度。
[0023]在另一優(yōu)選例中，所述的經(jīng)向纖維軸在汽車(chē)開(kāi)口部件的各個(gè)位置具有不同的分布
山/又ο
[0024]在另一優(yōu)選例中，所述的經(jīng)向纖維軸可以為直線、曲線，或其組合。
[0025]在另一優(yōu)選例中，每層緯向纖維預(yù)成型體亞層由1-100根纖維構(gòu)成，較佳地由1-20根纖維構(gòu)成，更佳地由1-5根纖維構(gòu)成，最佳地由I根纖維構(gòu)成。
[0026]在另一優(yōu)選例中，所述的緯向纖維預(yù)成型體亞層由中心向外呈環(huán)狀鋪放。較佳地，所述的緯向纖維預(yù)成型體亞層的大體形狀可為圓形、近圓形、橢圓、近橢圓形或螺旋線形，或其組合，較佳地為螺旋線形，且每一層緯向纖維預(yù)成型體亞層的纖維圈數(shù)為3~2，000圈。
[0027]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體由1-20層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-20層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成，更佳地由ι-?ο層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-10層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成，最佳地由1-5層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-5層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成。
[0028]在另一優(yōu)選例中，在所述的纖維預(yù)成型體中，所述的經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和所述的緯向纖維預(yù)成型體亞層的數(shù)量是相同的。
[0029]在另一優(yōu)選例中，在所述的纖維預(yù)成型體中，所述的經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和所述的緯向纖維預(yù)成型體亞層的數(shù)量是不同的。
[0030]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體為環(huán)狀或近環(huán)狀，且所述纖維預(yù)成型體的截面積占所述部件外廓截面積的1/20-9/10，較佳地占1/10-4/5，更佳地占1/8-2/3，最佳地占 1/5-1/2。
[0031]在另一優(yōu)選例中，所述的環(huán)狀或近環(huán)狀指部件或纖維預(yù)成型體的中部具有空穴，且所述空穴的截面積占所述部件外廓的截面積的1/3以上。
[0032]在另一優(yōu)選例中，所述的環(huán)狀指中央有開(kāi)口的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，所述的環(huán)狀包括圓環(huán)、橢圓環(huán)、方形環(huán)、三角形環(huán)、多邊形環(huán)或不規(guī)則形環(huán)。
[0033]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體的外輪廓形狀選自下組:圓形，橢圓形、方形、三角形、多邊形或不規(guī)則形狀。
[0034]在另一優(yōu)選例中，所述的開(kāi)口形狀選自下組:圓形，橢圓形、方形、三角形、多邊形或不規(guī)則形狀。
[0035]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體的體積占所述部件的總體積的1/4-2/3。
[0036]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體由1-20層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-20層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成，更佳地由1-10層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-10層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成，最佳地由1-5層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-5層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成。
[0037]在另一優(yōu)選例中，所述汽車(chē)開(kāi)口部件的纖維預(yù)成型體至少由I層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和I層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成纖維預(yù)成型體單層。
[0038]在另一優(yōu)選例中，所述的汽車(chē)開(kāi)口部件纖維預(yù)成型體具有至少I(mǎi)個(gè)纖維預(yù)成型體單層。
[0039]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體由1-20根纖維絲束組成，較佳地由1-10根纖維絲束組成，更佳地由1-5根纖維絲束組成，最佳地由一根纖維絲束組成。
[0040]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維絲束是一根或多根纖維組成的纖維組，且所述的纖維組中包括至少一根增強(qiáng)纖維。
[0041]在另一優(yōu)選例中，所述的增強(qiáng)纖維包括選自下組的纖維:碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維，天然纖維，或其組合。
[0042]在另一優(yōu)選例中，所述的增強(qiáng)纖維是預(yù)浸樹(shù)脂的增強(qiáng)纖維。
[0043]在另一優(yōu)選例中，所述的增強(qiáng)纖維是未浸樹(shù)脂的增強(qiáng)纖維。
[0044]在另一優(yōu)選例中，所述的樹(shù)脂是熱塑性樹(shù)脂或熱固性樹(shù)脂。
[0045]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維絲束中還包括熱塑性樹(shù)脂纖維。
[0046]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維絲束或者為增強(qiáng)纖維和熱塑性樹(shù)脂纖維組成的混雜纖維。
[0047]在另一優(yōu)選例中，所述的熱塑性樹(shù)脂纖維為結(jié)晶形或無(wú)定形樹(shù)脂纖維，較佳地，所述的熱塑性樹(shù)脂纖維選自下組:聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚乳酸、聚苯硫醚、聚醚酰亞胺、聚酰亞胺、聚醚醚酮，或其組合。
[0048]本發(fā)明的第二方面，提供了一種如本發(fā)明第一方面所述的汽車(chē)開(kāi)口部件的制備方法，所述方法包括步驟:
[0049]根據(jù)部件的形狀、大小以及受力情況制備纖維預(yù)成型體；[0050]將所制得的纖維預(yù)成型體置入目標(biāo)產(chǎn)品的模具中，通過(guò)復(fù)合材料成型工藝制得所述的部件。
[0051]在另一優(yōu)選例中，對(duì)所述的纖維預(yù)成型體進(jìn)行纖維走向設(shè)計(jì)。
[0052]在另一優(yōu)選例中，所述的設(shè)計(jì)過(guò)程包括:對(duì)所述部件進(jìn)行受力分析，確定所述部件主要承受載荷的方向和大小，并結(jié)合部件的幾何形狀及尺寸大小設(shè)計(jì)纖維預(yù)成型體，使纖維預(yù)成型體的纖維走向與部件的受力承載方向一致或基本一致，形狀、大小、厚度與部件相匹配。
[0053]在另一優(yōu)選例中，所述的成型工藝選自下組:復(fù)合材料液體模塑成型工藝、熱壓罐成型工藝、熱壓成型工藝或，或其組合。
[0054]在另一優(yōu)選例中，當(dāng)所述的纖維絲束中不包括熱塑性樹(shù)脂纖維時(shí)，所述的成型工藝為復(fù)合材料液體模塑成形工藝、熱壓罐成型工藝，或其組合。
[0055]在另一優(yōu)選例中，當(dāng)所述的纖維絲束中包括熱塑性樹(shù)脂纖維時(shí)，所述的成型工藝為熱壓成型工藝。
[0056]本發(fā)明的第三方面，提供了一種汽車(chē)，所述的汽車(chē)具有如本發(fā)明第一方面所述的開(kāi)口部件。
[0057]在另一優(yōu)選例中，所述的開(kāi)口部件是汽車(chē)側(cè)圍部件。
[0058]在另一優(yōu)選例中，所述的開(kāi)口部件是汽車(chē)頂棚部件。
[0059]在另一優(yōu)選例中，所述的開(kāi)口部件是汽車(chē)開(kāi)窗部件。
[0060]在另一優(yōu)選例中，所述部件的開(kāi)口部位鑲嵌有玻璃。
[0061]本發(fā)明第四方面，提供了一種纖維預(yù)成型體，所述的纖維預(yù)成型體是用于制備如本發(fā)明第一方面所述的部件的纖維預(yù)成型體。
[0062]應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在
此不再一一累述。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0063]圖1是汽車(chē)側(cè)圍三維模型圖。
[0064]圖2是汽車(chē)側(cè)圍纖維預(yù)成形體的經(jīng)向纖維預(yù)成型體的纖維軌跡示意圖。
[0065]圖3是汽車(chē)側(cè)圍纖維預(yù)成形體的緯向纖維預(yù)成型體的纖維軌跡示意圖。
[0066]圖4是汽車(chē)側(cè)圍纖維預(yù)成型第二種經(jīng)向纖維預(yù)成型體的纖維軌跡示意圖。
[0067]圖5是復(fù)合材料成型技術(shù)制作汽車(chē)側(cè)圍的示意圖。
[0068]其中數(shù)字表示為:1為下模具、2為脫模劑、3為纖維預(yù)制體、4為密封膠條、5為上模具。
[0069]圖6是制備的碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料汽車(chē)側(cè)圍。
[0070]圖7是汽車(chē)側(cè)圍纖維預(yù)成型體的截面圖，其中，深灰色部分表示纖維預(yù)成型體，淺灰色部分表示纖維預(yù)成型體中部的空穴。
[0071]圖8是汽車(chē)頂棚三維模型圖。
[0072]圖9是汽車(chē)頂棚纖維預(yù)成型體的經(jīng)向纖維預(yù)成型體的纖維軌跡示意圖。
[0073]圖10是汽車(chē)頂棚纖維預(yù)成型體的緯向纖維預(yù)成型體的纖維軌跡示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0074]本發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期而深入的研究，首次意外發(fā)現(xiàn)汽車(chē)側(cè)圍的制備方法，能夠采用纖維絲束直接制備汽車(chē)側(cè)圍，避免開(kāi)口部位打斷纖維，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保、成本低下、成型效率高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)批量化連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上發(fā)明人完成了本發(fā)明。
[0075]術(shù)語(yǔ)
[0076]如本文所用，術(shù)語(yǔ)“纖維預(yù)成型體的截面積”表示如圖7所示的深灰色部分的面積；術(shù)語(yǔ)“部件空穴面積”表示如圖7所示的淺灰色部分的面積；術(shù)語(yǔ)“部件外廓截面積”表示如圖7所示的深灰色部分面積十淺灰色部分面積。
[0077]術(shù)語(yǔ)“汽車(chē)開(kāi)口部件”指帶有開(kāi)口、開(kāi)孔或開(kāi)窗結(jié)構(gòu)的汽車(chē)部件。
[0078]術(shù)語(yǔ)“纖維絲束”指一根或多根纖維組成的纖維組，其中，組成纖維絲束的各纖維的長(zhǎng)度可相同或相近。本發(fā)明中，優(yōu)選的纖維絲束包括至少一根增強(qiáng)纖維。
[0079]纖維預(yù)成型體
[0080]本發(fā)明提供了一種纖維預(yù)成型體，所述的纖維預(yù)成型體可以用來(lái)通過(guò)復(fù)合材料成型工藝制備汽車(chē)開(kāi)口部件。其中，所述的預(yù)成型體中包括疊加在一起的至少一個(gè)經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和至少一個(gè)緯向纖維預(yù)成型體亞層。
[0081]其中，經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和緯向纖維預(yù)成型體亞層的疊放方式可以是任意的，如可以是“經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層一緯向纖維預(yù)成型體亞層一經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層”，或者“經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層一經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層一緯向纖維預(yù)成型體亞層一經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層”等。
[0082]如本文所用，術(shù)語(yǔ)“經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層”指所述的纖維預(yù)成型體中纖維走向與緯向纖維方向交叉的纖維層。
[0083]通常，每個(gè)經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層具有多個(gè)經(jīng)向纖維軸。各個(gè)經(jīng)向纖維軸可以指向或基本指向并匯聚于開(kāi)口的中心或中心區(qū)域。
[0084]雖然，在同一經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層中，各經(jīng)向纖維軸的取向(或與開(kāi)口邊緣形成的夾角大小)可以相同或不同，但優(yōu)選相同或基本相同。
[0085]此外，當(dāng)含有多個(gè)經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層時(shí)，各經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層的經(jīng)向纖維軸的取向可以相同，可以不同。例如，第一層取向45度，第二層取向-45度。
[0086]每個(gè)經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層中，各經(jīng)向纖維軸的取向也可以是相同或不同的。例如，經(jīng)向纖維軸的取向?yàn)?5度和-45度(如圖4所示)。
[0087]在本發(fā)明中，經(jīng)向纖維軸的數(shù)量沒(méi)有特別限制，通常取決于開(kāi)口的大小以部件的大小。一般，按開(kāi)口的周長(zhǎng)計(jì)算，經(jīng)向纖維層的經(jīng)向纖維軸的密度通常為3-50根/cm，較佳地為5-25根/cm。
[0088]在另一優(yōu)選例中，每一層經(jīng)向纖維層的經(jīng)向纖維軸數(shù)量為10?10，000, 000根，較佳地為15-1000根。在本發(fā)明中，每層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層可由一根或多根纖維構(gòu)成，較佳地由一根纖維構(gòu)成，即一個(gè)經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層中的所有經(jīng)向纖維軸由單根纖維形成。更優(yōu)選地，多個(gè)或所有經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層是由一根纖維構(gòu)成。
[0089]如本文所用，術(shù)語(yǔ)“緯向纖維預(yù)成型體亞層”指本發(fā)明的纖維預(yù)成型體中，纖維走向與開(kāi)口部件的外輪廓平行或基本平行的纖維層。
[0090]在本發(fā)明中，所述的緯向纖維預(yù)成型體的大致形狀可為環(huán)形或近環(huán)形。緯向纖維預(yù)成型體可以是封閉的(如圓形)，也可以是不封閉的(如螺旋形)。較佳地，本發(fā)明的緯向纖維預(yù)成型體的纖維形狀為螺旋形。
[0091]在本發(fā)明中，緯向纖維預(yù)成型體的圈數(shù)沒(méi)有特別限制，通常取決于器件的形狀、大小、所需強(qiáng)度等因素。一般，在所述的纖維預(yù)成型體中，所述的緯向纖維預(yù)成型體亞層的纖維圈數(shù)通常為1-50根/cm，較佳地為3-25根/cm。 [0092]在另一優(yōu)選例中，每一層緯向纖維預(yù)成型體亞層的纖維圈數(shù)為3~2，000圈。
[0093]在本發(fā)明中，緯向纖維預(yù)成型體亞層可由一根或多根纖維構(gòu)成，較佳地由一根纖維構(gòu)成，即一個(gè)緯向纖維預(yù)成型體亞層中的所有緯向纖維由單根纖維形成(尤其是螺旋形緯向纖維預(yù)成型體亞層)。
[0094]更優(yōu)選地，多個(gè)或所有緯向纖維預(yù)成型體亞層是由一根纖維構(gòu)成的。
[0095]在本發(fā)明中，一種特別優(yōu)選的方式是開(kāi)口部件中的多個(gè)或所有的經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和緯向纖維預(yù)成型體亞層都由一根纖維構(gòu)成的。這樣，使得開(kāi)口部件中所有的纖維預(yù)成型體是連續(xù)的，從而可以顯著提高強(qiáng)度。
[0096]所述的纖維預(yù)成型體的層數(shù)可以根據(jù)制件的大小、厚度而改變。在本發(fā)明的優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體由1-20層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-20層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成，更佳地由ι-?ο層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-10層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成，最佳地由1-5層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-5層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成。
[0097]在本發(fā)明中，所述纖維預(yù)成型體具有的經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層數(shù)和緯向纖維預(yù)成型體亞層數(shù)可以相同或不同。較佳地，可以根據(jù)部件的設(shè)計(jì)受力情況、力學(xué)性能和重要等要求決定經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層數(shù)和緯向纖維預(yù)成型體亞層數(shù)，如:2層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和2層緯向纖維預(yù)成型體亞層，或3層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和2層緯向纖維預(yù)成型體亞層等。
[0098]汽車(chē)開(kāi)口部件
[0099]本發(fā)明還提供了一種汽車(chē)開(kāi)口部件，所述的汽車(chē)開(kāi)口部件是用上述的纖維預(yù)成型體制備的。
[0100]所述的汽車(chē)開(kāi)口部件是指具有開(kāi)口 /開(kāi)窗的部件，所述部件的大小及開(kāi)口 /開(kāi)窗的大小根據(jù)部件的用途，車(chē)型等因素而定，通常，所述的開(kāi)口 /開(kāi)窗的面積Si為12cm2 ^ SI ^ 2m2。
[0101]所述部件的體積(或外廓截面積)沒(méi)有特別限制，可以根據(jù)需要制備相應(yīng)大小的部件，通常，所述部件的外廓截面積S2為30cm2 ^ S2 ^ 4m2。
[0102]較佳地，所述的開(kāi)口 /開(kāi)窗的面積S1:外廓截面積S2=l/10_19/20，較佳地占1/5-9/10，更佳地占 1/3-7/8，最佳地占 1/2-4/5。
[0103]優(yōu)選地，所述的汽車(chē)開(kāi)口部件是所述的纖維預(yù)成型體通過(guò)復(fù)合材料成型工藝制備的，如液體模塑成型工藝、熱壓罐成型工藝、熱壓成型工藝等。
[0104]在另一優(yōu)選例中，所述部件通過(guò)包括以下步驟的方法制備:
[0105]根據(jù)部件的形狀、大小以及受力情況制備纖維預(yù)成型體；
[0106]將所制得的纖維預(yù)成型體置入目標(biāo)產(chǎn)品的模具中，通過(guò)復(fù)合材料成型工藝制得所述的部件。
[0107]在另一優(yōu)選例中，對(duì)所述的纖維預(yù)成型體進(jìn)行纖維走向設(shè)計(jì)。
[0108]在另一優(yōu)選例中，所述的設(shè)計(jì)過(guò)程包括:對(duì)所述部件進(jìn)行受力分析，確定所述部件主要承受載荷的方向和大小，并結(jié)合部件的幾何形狀、尺寸大小和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)纖維預(yù)成型體，使纖維預(yù)成型體的纖維走向與部件的受力承載方向一致或基本一致，形狀、大小、厚度與部件相匹配。
[0109]所述的汽車(chē)開(kāi)口部件可以是任意具有大開(kāi)口的部件，如汽車(chē)側(cè)圍、車(chē)頂棚、車(chē)窗
坐寸ο
[0110]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)包括:
[0111](I)采用本發(fā)明的汽車(chē)開(kāi)口部件制備方法制得的汽車(chē)開(kāi)口部件，既維持了開(kāi)口部件的剛度、強(qiáng)度等性能，而且與金屬汽車(chē)開(kāi)口部件相比實(shí)現(xiàn)了減重50%以上，且力學(xué)性能優(yōu)異，達(dá)到節(jié)油環(huán)保的目的。
[0112](2)本發(fā)明的汽車(chē)開(kāi)口部件制備方法，每一步可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化自動(dòng)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率大大提高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0113](3)本發(fā)明的汽車(chē)開(kāi)口部件制備方法制得的產(chǎn)品為凈體，幾乎無(wú)需修剪，可節(jié)省大量的后處理時(shí)間。
[0114](4)本發(fā)明的汽車(chē)開(kāi)口部件，避免了在開(kāi)窗部位打斷纖維，與采用纖維織物制備的汽車(chē)開(kāi)口部件相比，力學(xué)性能大幅提高。
[0115](5)本發(fā)明的汽車(chē)開(kāi)口部件纖維預(yù)成型體采用纖維絲束鋪放而成，幾乎不產(chǎn)生纖維的浪費(fèi)，尤其是采用價(jià)格昂貴的碳纖維時(shí)，極大降低了原材料成本。
[0116]下面結(jié)合具體實(shí)施，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說(shuō)明，否則百分比和份數(shù)按重量計(jì)算。除非特別說(shuō)明，本發(fā)明所用原料均市售可得。
[0117]實(shí)施例1碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料汽車(chē)側(cè)圍的制備方法
[0118]材料:東麗T700-12K連續(xù)碳纖維絲束和環(huán)氧樹(shù)脂體系(EpoTech 167 A =EpoTech175 B=100:21)
[0119]步驟1:汽車(chē)側(cè)圍纖維預(yù)成型體的纖維軌跡設(shè)計(jì)
[0120]根據(jù)圖1所示的汽車(chē)側(cè)圍的形狀、大小和受力情況，設(shè)計(jì)如圖2、圖3、圖4所示的纖維軌跡。單層a纖維軌跡由如圖2所示的經(jīng)向軌跡預(yù)成型體層和圖3所示的緯向軌跡預(yù)成型體層疊加而成，單層b由圖4所示的經(jīng)向軌跡預(yù)成型體層和圖3所示的緯向軌跡預(yù)成型體層疊加而成。
[0121]步驟2:汽車(chē)側(cè)圍纖維預(yù)成形體的制備
[0122]根據(jù)圖2、圖3、圖4所示的纖維軌跡，采用縫合線將碳纖維絲束固定在底材上制得三個(gè)單層汽車(chē)側(cè)圍纖維預(yù)成型體，其中第一和第三單層采用單層a結(jié)構(gòu)，第二單層采用單層b結(jié)構(gòu)，將三個(gè)單層纖維預(yù)成型體進(jìn)行疊加鋪層為汽車(chē)側(cè)圍纖維預(yù)成型體待用。
[0123]步驟3:汽車(chē)側(cè)圍的制備
[0124]根據(jù)圖5所示，將汽車(chē)側(cè)圍纖維預(yù)成型體放入模具中，通過(guò)復(fù)合材料液態(tài)成型技術(shù)制備汽車(chē)側(cè)圍。從下模具I表面開(kāi)始的鋪放次序?yàn)?脫模劑2、預(yù)成型體3、脫模劑2、密封橡膠條4、上模具5 ;閉合上模具5與下模具I，壓實(shí)模腔內(nèi)的纖維預(yù)成型體，檢查密封后注入環(huán)氧樹(shù)脂體系后固化成型，得到碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料汽車(chē)側(cè)圍，如圖6所示。
[0125]經(jīng)實(shí)物稱重，鋼材汽車(chē)側(cè)圍重量為15.5Kg,碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料汽車(chē)側(cè)圍重量為6.8Kg，實(shí)現(xiàn)減重達(dá)56%，碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料汽車(chē)側(cè)圍的強(qiáng)度與鋼材汽車(chē)側(cè)圍相當(dāng)。
[0126]實(shí)施例2碳纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料汽車(chē)頂棚的制備方法
[0127]材料:東麗T700-12K連續(xù)碳纖維絲束和聚丙烯樹(shù)脂纖維
[0128]步驟1:汽車(chē)頂棚纖維預(yù)成型體的纖維軌跡設(shè)計(jì)
[0129]根據(jù)圖8所示的汽車(chē)頂棚的形狀、大小和受力情況，設(shè)計(jì)如圖9、圖10所示的纖維軌跡。單層a纖維軌跡由如圖9所示的經(jīng)向軌跡預(yù)成型體層和圖10所示的緯向軌跡預(yù)成型體層疊加而成。
[0130]步驟2:汽車(chē)頂棚纖維預(yù)成形體的制備
[0131]根據(jù)圖9、圖10所示的纖維軌跡，采用縫合線將碳纖維絲束固定在底材上制得兩個(gè)單層汽車(chē)頂棚纖維預(yù)成型體，將兩個(gè)單層纖維預(yù)成型體進(jìn)行疊加鋪層為汽車(chē)頂棚纖維預(yù)成型體待用。
[0132]步驟3:汽車(chē)頂棚的制備
[0133]根據(jù)圖5所示，將汽車(chē)頂棚纖維預(yù)成型體放入模具中，通過(guò)熱壓成型技術(shù)制備汽車(chē)頂棚。從下模具I表面開(kāi)始的鋪放次序?yàn)?脫模劑2、預(yù)成型體3、脫模劑2、上模具5 ;閉合上模具5與下模具I，壓實(shí)模腔內(nèi)的纖維預(yù)成型體，加壓加熱后熱壓成型，得到碳纖維/聚丙烯復(fù)合材料汽車(chē)頂棚。
[0134]經(jīng)實(shí)物稱重，鋼材汽車(chē)頂棚重量為9.4Kg,碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料汽車(chē)頂棚重量為5.1Kg,實(shí)現(xiàn)減重達(dá)54%，碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料汽車(chē)頂棚的強(qiáng)度與鋼材汽車(chē)頂棚相當(dāng)。
[0135]綜上所述:
[0136]1.與金屬汽車(chē)開(kāi)口部件相比，本發(fā)明的生產(chǎn)方法采用了輕量化、性能優(yōu)異的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為汽車(chē)開(kāi)口部件的制作原料，制得的開(kāi)口部件在維持剛度、強(qiáng)度等性能的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了開(kāi)口部件減重50%以上，而且力學(xué)性能優(yōu)異。
[0137]2.現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用纖維織物制備開(kāi)口 /開(kāi)窗制件，開(kāi)口 /開(kāi)窗部位切斷了纖維，導(dǎo)致局部嚴(yán)重的應(yīng)力集中，大大降低了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的承載能力，且造成大量的纖維浪費(fèi)、效率低下。而本發(fā)明的制備方法，直接采用纖維絲束制備汽車(chē)開(kāi)口部件纖維預(yù)成型體，可避免在開(kāi)口 /開(kāi)窗部位切斷纖維，幾乎無(wú)纖維材料的浪費(fèi)，且將制件的預(yù)成型體制備與制件的成型過(guò)程分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)開(kāi)口部件的連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，顯著縮短了汽車(chē)開(kāi)口部件的制作周期，大大提高其生產(chǎn)效率，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0138]在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種汽車(chē)開(kāi)口部件，其特征在于，所述的汽車(chē)開(kāi)口部件由纖維預(yù)成型體通過(guò)復(fù)合材料成型工藝制成，且 所述的纖維預(yù)成型體具有一個(gè)或多個(gè)緯向纖維預(yù)成型體亞層，且所述的緯向纖維預(yù)成型體亞層的輪廓與所述部件的輪廓基本重合；且 所述的纖維預(yù)成型體具有一個(gè)或多個(gè)經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層，且所述的經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層的輪廓與所述緯向纖維預(yù)成型體亞層的輪廓基本重合。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車(chē)開(kāi)口部件，其特征在于，所述的纖維預(yù)成型體為環(huán)狀或近環(huán)狀，且所述纖維預(yù)成型體的截面積占所述部件外廓截面積的1/20-9/10，較佳地占1/10-4/5，更佳地占 1/8-2/3，最佳地占 1/5-1/2。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車(chē)開(kāi)口部件，其特征在于，所述的纖維預(yù)成型體由1-20層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-20層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成，更佳地由1-10層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-10層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成，最佳地由1-5層經(jīng)向纖維預(yù)成型體亞層和1-5層緯向纖維預(yù)成型體亞層組成。
4.如權(quán)利要求1所述的汽車(chē)開(kāi)口部件，其特征在于，所述的纖維預(yù)成型體由1-20根纖維絲束組成，較佳地由1-10根纖維絲束組成，更佳地由1-5根纖維絲束組成，最佳地由一根纖維絲束組成。
5.如權(quán)利要求1所述的汽車(chē)開(kāi)口部件，其特征在于，所述的纖維絲束是一根或多根纖維組成的纖維組，且所述的纖維組中包括至少一根增強(qiáng)纖維。
6.如權(quán)利要求5所述的汽車(chē)開(kāi)口部件，其特征在于，所述的增強(qiáng)纖維包括選自下組的纖維:碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維，天然纖維，或其組合。
7.如權(quán)利要求5所述的汽車(chē)開(kāi)口部件，其特征在于，所述的纖維絲束中還包括熱塑性樹(shù)脂纖維。
8.如權(quán)利要求1所述的汽車(chē)開(kāi)口部件的制備方法，其特征在于，包括步驟: 根據(jù)部件的形狀、大小以及受力情況制備纖維預(yù)成型體； 將所制得的纖維預(yù)成型體置入目標(biāo)產(chǎn)品的模具中，通過(guò)復(fù)合材料成型工藝制得所述的部件； 優(yōu)選地，所述的成型工藝選自下組:復(fù)合材料液體模塑成型工藝、熱壓罐成型工藝、熱壓成型工藝。
9.一種汽車(chē)，其特征在于，所述的汽車(chē)具有如權(quán)利要求1-7任一所述的開(kāi)口部件。
10.一種纖維預(yù)成型體，其特征在于，所述的纖維預(yù)成型體是用于制備如權(quán)利要求1-7任一所述的部件的纖維預(yù)成型體。
【文檔編號(hào)】B62D29/00GK103552610SQ201310582706
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】祝穎丹, 秦永利, 滑聰, 孟令軍, 蔡晶, 熊鑫, 范欣愉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所