[發(fā)明專利]一種纖維增強型層結(jié)構(gòu)汽車輕量化復合材料

在審

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• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106985484A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設計）人: 賈利軍;李博;高潔;房穎;薛姣;朱永存;盧慶收
• 申請（專利權）人: 河南機電職業(yè)學院
• 主分類號: B32B27/18
• 分類號: B32B27/18;B32B7/12;B32B27/38;B32B5/18;B32B17/02;B32B27/06;B32B15/02;B32B15/092;B32B15/095;B32B27/40;B32B27/12;B32B15/20;B32B15/14
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權事務所(普通合伙)41120
• 代理人: 狄干強

技術領域

本發(fā)明涉及到機械工業(yè)領域中的汽車工業(yè)，具體的說是一種纖維增強型層結(jié)構(gòu)汽車輕量化復合材料。

背景技術

汽車工業(yè)經(jīng)歷了100多年的發(fā)展歷史，已經(jīng)從最初的簡單代步工具演變成集當代科技精華于一身的高科技產(chǎn)物。越來越多的新材料及新工藝的出現(xiàn)，使汽車的輕質(zhì)化、低成本、智能化水平越來越高。從20世紀90年代開始，汽車材料向輕量化、節(jié)省資源、高性能和高功能方向發(fā)展。而汽車的“輕量化”之所以得到汽車行業(yè)的重視，是因為它可直接降低油耗、減少排放，目前已成為行業(yè)的共識。研究表明，車重減輕10％，可節(jié)省燃油3％-7％。但是，在過去的10多年當中，由于舒適、安全性要求的提高，汽車的質(zhì)量卻在逐年增加，質(zhì)量增加20％-30％。與此同時，新能源汽車（如燃料電池、混合動力和氫能源車等）的發(fā)展對汽車輕量化的要求更加迫切。

為了實現(xiàn)汽車的輕量化，近年來世界各大車廠、鋼鐵協(xié)會、鋁協(xié)會等組織和一些鋼廠先后進行了多項汽車輕量化項目的研究。盡管其實現(xiàn)輕量化的技術路線不同，但其輕量化目標相同，均能實現(xiàn)20%-40％的減重效果，主要通過汽車材料、設計和工藝三方面的工作來實現(xiàn)減重。特別是隨著材料科學的飛速發(fā)展，現(xiàn)代汽車制造材料的構(gòu)成發(fā)生了很大的變化，高密度材料比例下降，低密度材料大幅增長在材料的選擇方面，鋁合金、鎂合金、塑料和納米材料等在汽車領域的應用，對汽車的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種纖維增強型層結(jié)構(gòu)汽車輕量化復合材料，該復合材料為多層結(jié)構(gòu)，通過不同成分的層間結(jié)合，從而實現(xiàn)了在保持強度滿足需要的同時，盡可能降低材料的重量，而且保證具有一定的緩沖彈性作用。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述技術目的所采用的技術方案為：一種纖維增強型層結(jié)構(gòu)汽車輕量化復合材料，該復合材料為多層結(jié)構(gòu)，且由最內(nèi)層向最外層依次為彈性橡膠層、纖維布層、纖維混雜層、鋁合金薄板層、聚氨酯泡沫層、金屬絲網(wǎng)層和環(huán)氧樹脂強化纖維板層；其中，纖維混雜層為玻璃纖維絲和石棉纖維按重量比2:3的比例混雜，并與兩者總重6-8%的硅烷偶聯(lián)劑和兩者總重10-12%的粘合劑混合均勻后壓制而成，所述有機結(jié)合劑通過以下方法制得：將豬糞曬干后磨粉，并與其重量8-10倍的水混合后加入豬糞重量3-4%的二乙基羥胺，而后在隔絕空氣的條件下煮沸5-10min，之后冷卻、過濾得到濾液，再將濾液濃縮至原體積的20%，最后將濃縮液與改性淀粉以7-9:1-2的重量比混合即制得粘合劑；

所述改性淀粉的制備方法為，將淀粉加入到為其重量3-5倍的水中混合均勻，然后向其中加入淀粉重量8-10％的錫偶聯(lián)劑并用硫酸調(diào)節(jié)pH值至4-5，再向其中加入淀粉重量1-3%的杜仲提取物，混合均勻后調(diào)節(jié)溫度至60-65℃并保溫2-3h，最后向其中加入淀粉重量4-5%的硬脂酸，攪拌均勻后在100-110℃條件下烘干至恒重，即得到改性淀粉；所述杜仲提取物為杜仲葉片在水中煮沸20-30min后過濾掉固體殘渣所得的濾液蒸干最后得到的粉末；

所述環(huán)氧樹脂強化纖維板層的制備方法為，將玻璃纖維、金屬纖維和芳綸纖維以2:1:2的比例混雜后，先用三者總重6-8%的硅烷偶聯(lián)劑混合均勻，而后將其浸入熔融的環(huán)氧樹脂中2-3min，撈出后再向其中加入三者總重8-10倍的馬來酸酐接枝改性的聚丙烯后熱壓成型即得到環(huán)氧樹脂強化纖維板層。

所述纖維布層為PAN基碳纖維原絲、玻璃纖維絲和聚丙烯纖維絲按2-3:1:4-6的重量比混雜后以常規(guī)針刺無紡工藝制成的無紡布，且省略常規(guī)針刺無紡工藝中的燒毛步驟，以保留其表面的纖維毛刺。

所述PAN基碳纖維原絲、玻璃纖維絲和聚丙烯纖維絲在混雜后先經(jīng)過以下處理再進行常規(guī)針刺無紡工藝加工：將三者的混合物與三者總重6-8%的硅烷偶聯(lián)劑混勻，而后浸入熔融的環(huán)氧樹脂中2-3min，撈出后向其中加入三者總重4-5%的改性納米二氧化硅混合均勻即完成處理過程；所述改性納米二氧化硅是將市售納米二氧化硅與其重量3-5%的表面改性劑混合得到，該表面改性劑由氫氧化鋇、醋酸鉀和KH650按照重量比6-8:2-3:50的比例混合而成。

按照重量比，所述彈性橡膠層由83-85份的天然橡膠、5-7份的改性淀粉、4-5份的填充劑、4-5份的硫化劑和3-4份的環(huán)氧樹脂混煉而成，其中，填充劑為納米晶勃姆石、氟化銨、硼酸、單質(zhì)硅粉和硼酸鎂晶須按10-12:0.5:0.5:5-6:3-4的比例制成。