[發明專利]一種制備熱塑性復合材料汽車大型覆蓋件的方法

有效

• 申請號: 201410707051.8
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104589666A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 余木火;朱姝;孫澤玉;楊洋;袁象愷;劉衛平;姜麗萍
• 申請（專利權）人: 東華大學;上海飛機制造有限公司
• 主分類號: B29C70/40
• 分類號: B29C70/40;B29C70/54
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

技術領域

本發明涉及汽車結構件制備技術領域，特別是涉及一種制備紡織結構碳纖維增強熱塑性復合材料汽車大型覆蓋件的方法。

背景技術

隨著能源緊缺、環境污染問題的日益突出，全世界的汽車制造廠正面臨降低排放量和節約能源的壓力。車輛減重10％，油耗降低6％～8％。汽車車身輕量化是降低汽車油耗的最有效方法，也是實現“節能減排”國家戰略的重要措施。目前，國內外汽車零部件制造商紛紛研發先進的材料，以減輕汽車重量降低廢氣排放和提高燃油效率，力求在技術上超越競爭對手，提高產品競爭力。

纖維增強復合材料是國內外汽車企業實現整車輕量化的有效途徑之一。碳纖維增強復合材料的比重不到鋼的1/4，具有高比強度、高模量、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、設計性好和可大面積整體成型的特點，其作為替代金屬材料是提高汽車性能、實現汽車輕量化的最有效途徑之一。選用碳纖維復合材料制作結構件、覆蓋件，可減輕質量達30％左右。

傳統的汽車大型覆蓋件(如前蓋、后蓋、車門、頂棚等)通常由鋼材料制備而成。鋼材料雖然力學性能好(抗拉強度370-1030MPa)，但比重大(密度為7.8-8.7g/cm³)，導致汽車能耗大。目前，現有的汽車大型覆蓋件的輕量化制備技術是用纖維增強熱固性復合材料(玻璃鋼或碳纖維增強環氧樹脂)來代替鋼材料。?這類熱固性復合材料密度約為1.45-2.0g/cm³，抗拉強度400-1500MPa，可以有效實現減輕重量和降低能耗。然后，熱固性復合材料有三大弱點：第一，不可回收，廢舊品將造成大量環境污染；第二，固化成型時間長(通常為1小時至數小時)；第三，韌性差，沖擊強度僅為20-45kJ/m²。用熱塑性復合材料來制備大型覆蓋件可以解決以上三個問題。目前，有力學性能達到前述汽車大型覆蓋件要求的熱塑性復合材料，但這種熱塑性復合材料制造成本很高，不能普及推廣使用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的缺點采用對熔融的PPS/CFF或PA6/CFF降溫至最高結晶成核溫度以下，通過加載的控制方法改變PPS或PA6基體的結晶形貌，從而大幅提高PPS或PA6基體的沖擊韌性和拉伸強度；同時通過CFF表面處理改性，提高CFF對PPS/PA6的浸潤性和界面結合力，進而提高PPS/CFF或PA6/CFF復合材料力學性能。用這種改進方法制得的PPS/CFF或PA6/CFF熱塑性復合材料制備熱塑性復合材料汽車大型覆蓋件材料抗拉強度達到300-1000MPa，符合汽車大型覆蓋件的力學性能需求，且比重小(密度僅為1.4-1.6g/cm³)、韌性高(沖擊強度達到50-100kJ/m²左右)、可以回收、成型時間短。并且生產制造容易，成本低。

本發明所要求解決的技術問題可以通過以下技術方案來實現：

一種制備熱塑性復合材料汽車大型覆蓋件的方法，包括以下步驟：

(1)制備熱塑性復合材料

①熔融：將CFF與PPS薄膜或PPS無紡布交替疊層，升溫至320-340℃，使PPS全部熔融；或者將CFF與PA6薄膜材料交替疊層，升溫至230-260℃，使PA6充分熔融；

②浸潤：待PPS全部熔融后對PPS熔體和CFF加壓至0.5-2.1MPa，使PPS熔體對CFF充分浸潤；或者待PA6充分熔融后對PA6熔體和CFF加壓至1.5-3MPa，使PA6熔體對CFF充分浸潤；?

③降溫：以40-100℃/min的降溫速率對浸潤了PPS或PA6的CFF進行降溫，對浸潤了PPS的CFF降溫至240℃-260℃，對浸潤了PA6的CFF降溫至190℃-200℃；

這里以40-100℃/min的速率快速降溫的目的是使PPS或PA6在這一特定溫度點進行等溫結晶，如此晶核數量和結晶速率均可控制，且分散性較小；在240-260℃或190℃-200℃這一特定溫度點的目的是能夠形成一定數量的晶核，從而具有合適的結晶速率；同時使后面施加壓力時，分子鏈比較容易運動。結晶速率太快會降低材料拉伸強度，太慢會增加制造成本；分子鏈若不容易運動，會造成材料內部缺陷。與純PPS相比，最高溫度提升了10攝氏度，因為碳纖維存在會誘導結晶，使PPS在較高的溫度也能成核，并且在更高的溫度加壓可以使PPS基體與碳纖維二次浸潤，降低孔隙率。