專利名稱：用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備的后舉門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備的汽車后舉門。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料作為汽車輕量化的優(yōu)質(zhì)材料，除具有輕質(zhì)高強(qiáng)特性外，還具有許多優(yōu)點(diǎn)如復(fù)合材料為非均質(zhì)材料，其吸收沖擊能量的性能較好，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，可避免或減少對人體的傷害；振動(dòng)衰減性能優(yōu)于金屬，降低噪音的效果較好；設(shè)計(jì)靈活，對設(shè)計(jì)的更改有較強(qiáng)的適應(yīng)性；耐腐蝕性能較好，一般不必維修可使用多年等等。復(fù)合材料用于汽車工業(yè)不僅性能優(yōu)異，對于小批量多品種車型制造工藝還具有投資少、見效快、成本低等特點(diǎn)，因此復(fù)合材料在汽車輕量化應(yīng)用上的趨勢越來越明顯。
轎車后舉門(Taildate)是車身的重要零部件之一，由于后風(fēng)窗的存在，其具有兩大特點(diǎn)，首先要求后舉門上部窗框處具有良好的剛性與強(qiáng)度，其次是后舉門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沖壓成型困難，且生產(chǎn)中采用金屬?zèng)_壓成型工藝時(shí)材料利用率較低(僅有66％)，因此，國外眾多兩箱車多采用纖維增強(qiáng)塑料材料后舉門。采用增強(qiáng)塑料不僅重量輕，而且便于生產(chǎn)，綜合成本低于金屬后舉門。如雪鐵龍兩箱轎車-ZX后舉門采用長玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料注射(ZMC)成型，其重量僅為7.9kg。奔馳公司A級車采用GMT骨架、PBT/PC合金的熱塑性塑料后舉門，美國通用汽車公司的Saturn SW1旅行車采用片狀模塑料(SMC)后舉門。這些纖維增強(qiáng)塑料材料后舉門都采用普通的玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，剛度不高，因此需要增加后舉門的厚度來提高制品的剛性，而這會(huì)帶來后舉門重量的增加；同時(shí)工藝復(fù)雜，成型加工周期長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種重量輕、性能優(yōu)異可以替代鋼制汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
本發(fā)明的另一目的在于提供用這種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備的后舉門。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種上述材料和汽車后舉門的制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其組成包括基體樹脂20～60％、增強(qiáng)纖維30～70％、偶聯(lián)劑0.6～2％、固化劑0.1～2％、抗氧劑0.1～2％、阻燃劑0.1～2％、脫膜劑0.1～2％，以上均為重量百分比，材料的結(jié)構(gòu)為內(nèi)外板對粘結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明中，所采用的基體樹脂可以是乙烯基樹脂、不飽和聚酯、酚醛樹脂、呋喃樹脂、醇酸樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂(BMI)以及有機(jī)硅樹脂等熱固性樹脂。
本發(fā)明中，所采用的增強(qiáng)纖維可以是玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、瀝青基纖維、聚丙烯腈基纖維或聚苯并雙噁唑(PBO)纖維超高分子量聚乙烯纖維。由于碳纖維比重輕、彎曲模量高、強(qiáng)度高，可提高汽車覆蓋件的尺寸精度、強(qiáng)度及抗沖擊性能，因此優(yōu)選碳纖維。同時(shí)為了保證汽車覆蓋件的強(qiáng)度和耐溫性，增強(qiáng)纖維的重量百分比不低于30％，確保汽車覆蓋件可以長期工作而不至于變形，并能夠承受由于外力帶來的沖擊。
本發(fā)明中，所采用的偶聯(lián)劑可以是乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、苯甲?；已趸柰榛蛩漠惐?二辛基)亞磷酸酯等。
本發(fā)明中，所采用的固化劑可以是過氧化環(huán)乙酮、過氧化甲乙酮、過氧化二苯酰、過氧化苯甲酰、過氧化苯甲酸叔丁酯等。
本發(fā)明中，所采用的抗氧劑可以是二芳基仲胺、對苯二胺、酮胺、醛胺、四季戊四醇酯或?qū)Ρ蕉佣S醚等。
本發(fā)明中，所采用的阻燃劑可以是氯化脂環(huán)烴、四氯鄰苯二甲酸酐、氧化銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂或硼酸鋅等。
本發(fā)明中，所采用的脫模劑可以是石蠟、硅、聚二甲基硅氧烷或聚乙烯醇等。
為了降低成本，增加剛度，減少收縮，在本發(fā)明所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中還可添加填料，其重量百分比為0～20％，優(yōu)選為5～20％。所采用的填料可以是金屬粉末、玻璃微珠、木粉、棉布、石棉、滑石粉、云母、石英、碳酸鈣等。
根據(jù)應(yīng)用的要求不同，即用來制造不同的汽車覆蓋件時(shí)，可在材料的內(nèi)外板間加支撐塊。支撐塊可以采用泡沫材料或蜂窩板材(如圖2中8所示)，蜂窩板材可以由紙、陶瓷、鋁以及塑料材料如聚丙烯或聚碳酸酯等制成，由于塑料蜂窩板材比重輕，強(qiáng)度高，不僅可以增加后舉門結(jié)構(gòu)剛性，降低后舉門重量，而且在碰撞中還可以更多的吸收能量，因此優(yōu)選塑料蜂窩板材。
一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料汽車后舉門，采用上述的包括支撐塊的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，內(nèi)外板邊緣均有折邊結(jié)構(gòu)，外板和內(nèi)板之間的折邊處用粘結(jié)劑粘結(jié)。
本發(fā)明所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其制造方法采用真空灌注成型工藝。首先將30～70％重量的增強(qiáng)纖維編織好后直接鋪放在模具上，在增強(qiáng)纖維頂上鋪設(shè)一層脫模布，脫模布上鋪放導(dǎo)流布，然后用真空袋包覆、密封，真空泵抽氣至負(fù)壓狀態(tài)，導(dǎo)流管分布在導(dǎo)流布的上面。將上述含量的基體樹脂與其它各組分(支撐塊除外)混合均勻后，通過進(jìn)膠管進(jìn)入整個(gè)體系，通過導(dǎo)流管引導(dǎo)樹脂流動(dòng)的主方向，導(dǎo)流布使樹脂分布到鋪層的每個(gè)角落，固化后剝離脫模布，從而得到密實(shí)度高，含膠量低的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料內(nèi)板或外板。各種鋪層(如圖1)所示。將內(nèi)板和外板邊緣的折邊處用粘結(jié)劑粘合，或?qū)?nèi)板、支撐塊、外板依次疊合，然后將內(nèi)板和外板邊緣的折邊處用粘結(jié)劑粘合即得具有對粘結(jié)構(gòu)的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
所用的脫模布是一層很薄的低孔隙率、低滲透率的纖維織物，導(dǎo)流布為高滲透率的介質(zhì)，一般市售的都可用。
一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料后舉門的制造方法，與用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法相同，真空灌注時(shí)在汽車內(nèi)外板模具上成型內(nèi)板和外板即可，將內(nèi)外板產(chǎn)品固化、脫模、加工后，在內(nèi)外板之間填充支撐塊，裝上金屬鉸鏈，同時(shí)用膠粘劑將內(nèi)外板粘接成一個(gè)整體，最后加工修整產(chǎn)品，從而制得纖維增強(qiáng)復(fù)合材料后舉門。
本發(fā)明的有益效果與鋼制材料相比，本發(fā)明所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料減重效果好，可以達(dá)到30～60％，且強(qiáng)度高，容易加工，成型簡單。
利用本發(fā)明所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備后舉門，尺寸精度高、制品表面光潔，收縮率低，與金屬鉸鏈之間的線性膨脹系數(shù)差異低，這樣在承受應(yīng)力的情況下，樹脂與金屬之間不會(huì)產(chǎn)生縫隙。后舉門材料通過真空灌注成型，容易加工，成型工藝簡單。因此，實(shí)現(xiàn)了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料后舉門的輕量化、高強(qiáng)度與易加工性。
本發(fā)明所述的后舉門，內(nèi)外板均有折邊結(jié)構(gòu)，之間用粘結(jié)劑粘結(jié)，增加粘結(jié)面積，提高粘結(jié)強(qiáng)度，同時(shí)獲得了良好的制品外觀。


圖1真空灌注成型示意圖。
圖2高分子蜂窩板材支撐塊示意圖，其中8是蜂窩板材，7和9分別為內(nèi)外板。
圖3碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料后舉門外板結(jié)構(gòu)。
圖4碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料后舉門內(nèi)板結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例是僅為更進(jìn)一步具體說明本發(fā)明，并不限于實(shí)驗(yàn)例具體明示的內(nèi)容，凡是本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明所做的簡單改進(jìn)或替換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
如圖1所示，本發(fā)明所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其制造方法采用真空灌注成型工藝。首先將30～70％重量的增強(qiáng)纖維1編織好后直接鋪放在模具2上，在增強(qiáng)纖維1頂上鋪設(shè)一層脫模布3，脫模布上鋪放導(dǎo)流布4。然后用真空袋包覆、密封，真空泵抽氣至負(fù)壓狀態(tài)。導(dǎo)流管5分布在導(dǎo)流布4的上面。將20～60％重量的基體樹脂與其它各組分(支撐塊除外)混合均勻后，通過進(jìn)膠管6進(jìn)入整個(gè)體系，通過導(dǎo)流管5引導(dǎo)樹脂流動(dòng)的主方向，導(dǎo)流布4使樹脂分布到鋪層的每個(gè)角落，固化后剝離脫模布3，從而得到密實(shí)度高，含膠量低的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料內(nèi)板或外板。將內(nèi)板和外板邊緣的折邊處用粘結(jié)劑粘合，或?qū)?nèi)板、支撐塊、外板依次疊合，然后將內(nèi)板和外板邊緣的折邊處用粘結(jié)劑粘合即得具有對粘結(jié)構(gòu)的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
所用的脫模布可采用0.1mm厚的有孔聚四氟乙烯玻璃布，導(dǎo)流布可采用有孔防粘的塑料薄膜，導(dǎo)流管為可采用普通的聚丙烯材料制成。
與用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法相同，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料后舉門的制造方法，其不同點(diǎn)在于，真空灌注時(shí)，在汽車內(nèi)外板模具上成型內(nèi)板和外板即可，將內(nèi)外板產(chǎn)品固化、脫模、加工后，在內(nèi)外板之間填充支撐塊8，裝上金屬鉸鏈，同時(shí)用膠粘劑將內(nèi)外板粘接成一個(gè)整體，最后加工修整產(chǎn)品，從而制得纖維增強(qiáng)復(fù)合材料后舉門。填充了支撐塊處的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，后舉門內(nèi)板結(jié)構(gòu)如圖4所示，外板結(jié)構(gòu)如圖3所示。
通過改變后舉門材料各組分的含量獲得實(shí)施例1至5，見表1。實(shí)施例1至5所用的支撐塊均是聚丙烯基蜂窩板材。
將待試驗(yàn)的實(shí)施例后舉門與同樣大小和形狀的鋼制后舉門分別稱重為W1和W2，計(jì)算碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料后舉門的減重效果W＝(W2-W1)/W2*100％。
將待試驗(yàn)的實(shí)施例后舉門裝配在試驗(yàn)支架上，在90℃的溫度中放置4小時(shí)，取出復(fù)合材料后舉門，冷卻到常溫，檢查復(fù)合材料后舉門形狀尺寸或其他變化。
將待試驗(yàn)的實(shí)施例后舉門裝配在試驗(yàn)支架上，在常溫下，將4000g鋼球從50cm高度自由落體沖擊后舉門表面，觀察表面是否有嚴(yán)重裂紋和斷裂現(xiàn)象。
將待試驗(yàn)的實(shí)施例后舉門按照裝車狀態(tài)安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，試驗(yàn)臺(tái)架由門洞、支撐架和氣動(dòng)元件組成，氣動(dòng)推力桿推動(dòng)后舉門進(jìn)行模仿后舉門開閉的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。開閉速度為10～20秒/次，共進(jìn)行3萬次往復(fù)開閉，觀察后舉門鉸鏈處有無開裂失效等現(xiàn)象。并據(jù)此評價(jià)后舉門的開閉壽命性能，結(jié)果如表1中所示。
表1

權(quán)利要求
1.一種用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其組成包括基體樹脂20～60％、增強(qiáng)纖維30～70％、偶聯(lián)劑0.6～2％、固化劑0.1～2％、抗氧劑0.1～2％、阻燃劑0.1～2％、脫膜劑0.1～2％，以上均為重量百分比，材料的結(jié)構(gòu)為內(nèi)外板對粘結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，基體樹脂是指如下的熱固性樹脂乙烯基樹脂、不飽和聚酯、酚醛樹脂、呋喃樹脂、醇酸樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂或有機(jī)硅樹脂。
3.如權(quán)利要求1所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，增強(qiáng)纖維是指玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、瀝青基纖維、聚丙烯腈基纖維或聚苯并雙噁唑纖維或超高分子量聚乙烯纖維。
4.如權(quán)利要求1所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，偶聯(lián)劑是指乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、苯甲?；已趸柰榛蛩漠惐?二辛基)亞磷酸酯。
5.如權(quán)利要求1所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，固化劑是指過氧化環(huán)乙酮、過氧化甲乙酮、過氧化二苯酰、過氧化苯甲酰或過氧化苯甲酸叔丁酯。
6.如權(quán)利要求1所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，抗氧劑是指二芳基仲胺、對苯二胺、酮胺、醛胺、四季戊四醇酯或?qū)Ρ蕉佣S醚。
7.如權(quán)利要求1所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，阻燃劑是指氯化脂環(huán)烴、四氯鄰苯二甲酸酐、氧化銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂或硼酸鋅。
8.如權(quán)利要求1所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，脫模劑是指石蠟、硅、聚二甲基硅氧烷或聚乙烯醇。
9.如權(quán)利要求1～8所述的任一用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，其組成還包括重量百分比為0～20％的填料，所說的填料是指金屬粉末、玻璃微珠、木粉、棉布、石棉、滑石粉、云母、石英或碳酸鈣。
10.如權(quán)利要求1～8所述的任一用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，其組成還包括支撐塊，在內(nèi)外板之間；所說的填料是指泡沫材料或蜂窩板材。
11.如權(quán)利要求10所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，蜂窩板材是指由紙、陶瓷、鋁以及塑料材料如聚丙烯或聚碳酸酯等制成的蜂窩板材。
12.一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料汽車后舉門，其特征在于，所用的材料為權(quán)利要求10所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，內(nèi)外板邊緣均有折邊結(jié)構(gòu)，外板和內(nèi)板之間的折邊處用粘結(jié)劑粘結(jié)。
13.權(quán)利要求12所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料汽車后舉門的制造方法，其特征在于，采用真空灌注成型工藝首先將30～70％重量的增強(qiáng)纖維(1)編織好后直接鋪放在汽車內(nèi)板或外板模具上(2)上，在增強(qiáng)纖維(1)頂上鋪設(shè)一層脫模布(3)，脫模布上鋪放導(dǎo)流布(4)，然后用真空袋包覆、密封，真空泵抽氣至負(fù)壓狀態(tài)，導(dǎo)流管(5)分布在導(dǎo)流布(4)的上面，將20～60％重量的基體樹脂與除支撐塊外的其它各組分混合均勻后，通過進(jìn)膠管(6)進(jìn)入整個(gè)體系，通過導(dǎo)流管(5)引導(dǎo)樹脂流動(dòng)的主方向，導(dǎo)流布(4)使樹脂分布到鋪層的每個(gè)角落，固化后剝離脫模布(3)，從而得到汽車后舉門的內(nèi)板或外板；在內(nèi)外板之間填充支撐塊(8)，裝上金屬鉸鏈，同時(shí)用膠粘劑將內(nèi)外板邊緣的折邊處用粘結(jié)劑粘接成一個(gè)整體，最后加工修整產(chǎn)品。
14.如權(quán)利要求13所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料汽車后舉門的制造方法，其特征在于，脫模布是0.1mm厚的有孔聚四氟乙烯玻璃布，導(dǎo)流布是有孔防粘的塑料薄膜，導(dǎo)流管為聚丙烯塑料管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備的汽車后舉門。本發(fā)明所述的用于汽車覆蓋件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其組成包括基體樹脂20～60％、增強(qiáng)纖維30～70％、偶聯(lián)劑0.6～2％、固化劑0.1～2％、抗氧劑0.1～2％、阻燃劑0.1～2％、脫膜劑0.1～2％，以上均為重量百分比，材料的結(jié)構(gòu)為內(nèi)外板對粘結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的汽車后舉門，采用上述的包括支撐塊的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，外板和內(nèi)板之間的折邊處用粘結(jié)劑粘結(jié)。與鋼制材料相比，本發(fā)明所述的復(fù)合材料減重效果好、強(qiáng)度高，容易加工，成型簡單。利用本發(fā)明所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備的后舉門，尺寸精度高、制品表面光潔，收縮率低，重量輕、強(qiáng)度高、易加工。
文檔編號B60J5/10GK1730527SQ200510029570
公開日2006年2月8日 申請日期2005年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月12日
發(fā)明者王東川, 陸準(zhǔn)立, 李萍, 劉啟志, 柯楓, 杜漢斌, 孫成智, 羅思東, 李傳勝, 王旭平, 張錦南, 姚輝, 陳余岳 申請人:上海汽車集團(tuán)股份有限公司, 上海玻璃鋼研究所