[發明專利]一種碳纖維復材汽車防撞梁及其HSM成型工藝

有效

• 申請號: 201710890250.0
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107584782B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 蔡錦云;謝容泉;李步龍
• 申請（專利權）人: 廈門市豪爾新材料股份有限公司
• 主分類號: B29C70/44
• 分類號: B29C70/44;B29B11/06;B29C44/02;B29C44/60;B29B15/10;B29K101/10;B29L31/30
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 劉小勤

技術領域

本發明涉及汽車防撞梁成型領域，尤其是一種碳纖維復材汽車防撞梁及其HSM成型工藝。

背景技術

汽車防撞梁，又稱保險杠，安裝在汽車前后端，不僅有裝飾功能，更重要是吸收和緩和外界沖擊力、保護車身及乘員安全功能的安全裝置。從安全的角度出發，汽車防撞梁必須具有一定的強度，現有市場上存在的鋼材保險杠就是基于強度需求而存在的產品類型。然而隨著汽車工業的發展，其對輕量化的要求越來越高，車越重，油耗越高；對于新能源汽車來講，車身越輕，意味著其續航能力越強，為此，輕質、高強的汽車防撞梁受到人們的青睞。

專利申請CN106114429A公開了一種復合結構汽車保險桿防撞梁及其制造方法，該汽車保險桿由鋼板和碳纖維復合材料粘接而成，在遇到突然撞擊時，首先分裂的就是粘接部位，內層的碳纖維復合材料所發揮的防撞作用不大，且鋼材本身仍然不夠輕便，給汽車保險桿制造成型過程增加困難。

中國專利CN103146216B公開了一種高能膠制品、制備方法及其用途，簡述之，公開了一種加熱膨脹的片材或者膜材，采用涂布方法獲得，可以用來替代尼龍風管的模式，將碳布包裹在外面，放入模具并合緊模具中加熱即可成型。或者直接用纖維預浸布包裹片材高能膠，然后加熱膨脹成型一步法。存在如下問題：

1、片狀的高能膠在包碳布預型時僅適合制備2D效果的制品；2、預型的制品的尺寸精度控制不準確，不良率較高；3、制品的厚度超過1cm，碳布預型的尺寸和成型后的尺寸差異較大，會造成在膨脹成型的過程中纖維被膨脹力拉扯，產生應力集中，制品內部的層間結合力不一致，尤其是復雜的厚制品品質不可控。

發明內容

本發明所要解決的問題是克服現有技術存在的不足，提供一種碳纖維復材汽車防撞梁及其HSM兩步制備成型工藝，其中HSM為Heat Self Molding的縮寫。

為了滿足汽車防撞梁輕質、高強的技術要求，本發明將碳纖維與高能膠相結合，并運用HSM成型工藝，獲得外觀飽滿的汽車防撞梁產品。所述的高能膠自身具有粘接力，可以很好地與碳纖維預浸布粘接；同時，高能膠受熱后具有膨脹力，大大提高了其與碳纖維預浸布的結合力，從而獲得高強度的汽車防撞梁。

由于高能膠自身的特性，其位于汽車防撞梁內部還能發揮吸能盒的作用，在受到撞擊后，高能膠能很好地吸收外層碳纖維層傳遞過來的沖擊力，起到緩沖保護作用，因而具有意想不到的保護車身及乘員安全的技術效果。

本發明所述的碳纖維復材汽車防撞梁HSM成型工藝中，所述的高能膠兩次受熱，第一次在受熱是加熱到80-100℃，高能膠微微膨脹即可充滿模腔，冷卻獲得芯材；第二次受熱是加熱到120-180℃，并保溫10-60min，高能膠向外膨脹，以使得產品成型。

所述微膨脹前后的體積倍率為膨脹后的體積/膨脹前的體積。

芯材模具和成型模具的區別在于，芯材模具的容積/成型模具的容積＝90％-99％，芯材模具的整體容積略小于成型模具，剩余的空間用于包裹纖維預浸布。

后續制品還需要熱處理時，熱處理溫度范圍一般為60-200℃。當處于此溫度范圍時，熱自膨脹高能膠會產生由內而外的膨脹力，該膨脹強度可能會導致制品變形，當后續制品加熱時，控制可塑形預型的熱自膨脹高能膠的膨脹強度≤純復材制品在1％形變下的抗變形強度，可克服后續加熱膨脹力對制品的破壞，否則控制不當，膨脹力超出制品的抗變形強度1％，制品外觀會變形，產生爆裂，翹曲的不良現象。發明人考慮到一般的制品加熱膨脹時都有熱脹冷縮，其本身的熱脹冷縮就可能帶來百分之零點幾的變形，故發明人最終排除了本身熱脹冷縮的變形的影響，采用可塑形預型的熱自膨脹高能膠的膨脹強度≤純復材制品在1％形變下的抗變形強度。

所述純復材制品是指不含有高能膠填充的汽車防撞梁。所述純復材制品與所述纖維復材制品相比，內部不含有可塑形預型的熱自膨脹高能膠。

本發明與現有技術的不同工藝在于采用兩步法制備熱自膨脹的制品，第一步獲得微膨脹的預型芯材；第二步包裹纖維預浸布獲得復材預制體然后加熱膨脹到位獲得制品。以往的工藝路線是，直接用纖維預浸布包裹片材熱自膨脹高能膠，然后加熱膨脹成型一步法。

采用本發明所述的方案具有以下優點：其一，采用熱自膨脹成型工藝制程的碳纖復材防撞梁，其碳纖維復材在成型過程中，由于受到內部高能膠的膨脹擠壓作用，層間結合力提高，制品強度大幅提高；其二，當發生碰撞時，碳纖維復合層受力傳遞給中間的高能膠，內部填充的高能膠潰縮有效吸收撞擊時的能量緩解碰撞力的作用，可以有效降低碰撞對碳纖維復材的破壞，降低維修成本。

具體方案如下：