一種碳纖維復(fù)合材料汽車散熱器上橫梁及其成型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維復(fù)合材料汽車散熱器上橫梁的成型方法及制備的上橫梁，其中成型方法包括鋪層、密封、抽真空、樹脂導(dǎo)入、固化及脫模等多個步驟。鋪層步驟為：選取七層碳纖維織物；將第一層碳纖維織物對應(yīng)于零部件的外表面，保證第一層碳布緊密貼緊模具的表面，不存在縫隙；在第一層碳纖維織物45°方向上面進行-45°方向的鋪層，為第二層，第三層為90°方向的鋪層，以此類推，直到將七層碳纖維織物鋪完；將碳纖維織物在模具上壓緊。本發(fā)明制備的以多層多鋪層方向的碳纖維織物材料為增強體，樹脂為基體的復(fù)合材料散熱器上橫梁，不僅強度不降低，剛度和模量都被提高；同時密度比金屬小很多，輕量化效果更加顯著，達60%以上。
【專利說明】一種碳纖維復(fù)合材料汽車散熱器上橫梁及其成型方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料和汽車零部件領(lǐng)域，涉及碳纖維復(fù)合材料制造汽車碳纖維散熱器上橫梁的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]散熱器上橫梁是發(fā)動機艙重要的總成結(jié)構(gòu)之一，其結(jié)構(gòu)對于行人保護、前碰、周邊系統(tǒng)布置及車輛行駛安全性等方面存在著間接或直接的影響，散熱器上橫梁布置發(fā)蓋鎖系統(tǒng)，連接鎖緊發(fā)蓋總成開啟結(jié)構(gòu)件，對于高速行車安全，需要避免水箱上橫梁發(fā)生抖動和強度不足。
[0003]在車身結(jié)構(gòu)中，有些車型的散熱器上橫梁要起到一定的碰撞沖擊吸能的作用，有些可能只要滿足基本的結(jié)構(gòu)要求。散熱器上橫梁結(jié)構(gòu)要滿足基本的一些剛度和強度結(jié)構(gòu)性要求，這一方面決定于材料及厚度的選用；另一方面決定于散熱器上橫梁區(qū)域的零件及結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。
[0004]總之，未來汽車設(shè)計發(fā)展趨向于輕量化和模塊化。散熱器上橫梁區(qū)域設(shè)計趨向安裝形式，采用輕合金或塑料材料，以便實現(xiàn)模塊化整體安裝，達到輕量化和模塊化的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種碳纖維復(fù)合材料汽車散熱器上橫梁及其制備方法，在獲得高強度高剛度的前提下，實現(xiàn)減重。
[0006]本發(fā)明采用高強輕質(zhì)的碳纖維復(fù)合材料，利用碳纖維復(fù)合材料的高模量高剛度以及結(jié)構(gòu)鋪層的可設(shè)計性，合理設(shè)計其鋪層以及外觀結(jié)構(gòu)，在滿足強度/剛度/載荷的條件下，盡可能減輕重量，實現(xiàn)輕量化。
[0007]本發(fā)明公開了一種碳纖維復(fù)合材料汽車散熱器上橫梁的成型方法，包括如下步驟:
1)鋪層，在已清潔和涂覆脫模劑的汽車水箱上橫梁加強板模具中進行碳纖維織物鋪層；
2)密封，按次序在鋪好后的碳纖維織物上依次鋪設(shè)脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)、導(dǎo)流管，在模具的邊緣打密封膠帶，布置抽氣導(dǎo)管、進料口導(dǎo)管，在設(shè)置在模具周邊的真空袋邊緣處使用膠帶密封好，確保整個系統(tǒng)不漏氣；
3)抽真空:對密封好的模具抽真空，抽真空后觀察一段時間，檢查是否漏氣，保證氣密性；
4)樹脂導(dǎo)入:配置樹脂和固化劑，充分混合，將樹脂導(dǎo)入到模具中，待樹脂將碳纖維織物以及與夾層材料的界面浸潤完全后，關(guān)閉進料口，繼續(xù)維持真空狀態(tài)保壓直到樹脂固化；
5)固化及脫模:對樹脂進行固化，待樹脂固化后，脫模得到碳纖維復(fù)合材料散熱器上橫
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[0008]進一步，所述步驟I)的鋪層步驟為:
11)選取七層碳纖維織物，
12)將第一層碳纖維織物對應(yīng)于零部件的外表面，保證第一層碳布緊密貼緊模具的表面，不存在縫隙；
13)在第一層碳纖維織物45°方向上面進行-45°方向的鋪層，為第二層，第三層為90°方向的鋪層，以此類推，直到將七層碳纖維織物鋪完；
14)將碳纖維織物在模具上壓緊。
[0009]進一步，所述步驟3)具體為:將抽氣導(dǎo)管與真空泵連接，將進料口導(dǎo)管密封，打開真空泵，將真空袋內(nèi)空氣抽空，使真空膜密實緊貼模具，檢測模具及真空膜體系內(nèi)的真空度，觀察一段時間，檢查是否漏氣，保證氣密性。
[0010]進一步，步驟5)中樹脂固化采用加熱燈加熱固化或者光照條件下加熱固化。
[0011]其中碳纖維采用東麗T300纖維織物，樹脂采用中低溫的快速固化環(huán)氧樹脂，多層碳纖維材料的重量含量為50~60%，樹脂材料的重量含量為40~50%。
[0012]本發(fā)明還公開了上述成型方法制備的碳纖維復(fù)合材料汽車散熱器上橫梁，其包括七層碳纖維織物。
[0013]通過以上技術(shù)方案，以多鋪層方向的碳纖維織物材料為增強體，樹脂為基體的復(fù)合材料散熱器上橫梁，不僅強度不降低，剛度和模量都被提高；同時密度比金屬小很多，輕量化效果更加顯著，達60%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1a:現(xiàn)有散熱器上橫梁鈑金件前視圖；
圖1b:現(xiàn)有散熱器上橫梁鈑金件后視圖；
圖1c:現(xiàn)有散熱器上橫梁鈑金件俯視圖；
圖1d:現(xiàn)有散熱器上橫梁鈑金件仰視圖；
圖2a:散熱器上橫梁復(fù)合材料件前視圖；
圖2b:散熱器上橫梁復(fù)合材料件后視圖；
圖2c:散熱器上橫梁復(fù)合材料件俯視圖；
圖2d:散熱器上橫梁復(fù)合材料件仰視圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行具體描述。
[0016]首先描述現(xiàn)有的金屬鈑金件，其結(jié)構(gòu)圖如圖1a-1d所示。散熱器上橫梁分為散熱器上橫梁本體和散熱器上橫梁加強板。散熱器上橫梁本體材料為DC04，厚度為0.8mm，重量為1.0 kg ;散熱器上橫梁加強板材料為DCOl，厚度為1.0mm，重量為0.7 kg。
[0017]本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料汽車散熱器上橫梁將上橫梁本體和上橫梁加強板集合成一個整體。具體如圖2a_2d所示。
[0018]碳纖維復(fù)合材料由多層碳纖維增強體與樹脂基體構(gòu)成，其中碳纖維采用東麗T300纖維織物，樹脂采用中低溫的快速固化環(huán)氧樹脂體系，多層碳纖維材料的含量(重量百分比，下同)為50~60%，樹脂材料的含量為40~50%。
[0019]散熱器上橫梁碳纖維復(fù)合材料采用的鋪層角度選擇標準鋪層角度0°、45°、-45°和90°，這樣可以簡化設(shè)計、分析與工藝，同時從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、減少泊松比和熱應(yīng)力及避免樹脂直接受載考慮，0°和90°主要承受軸向和縱向應(yīng)力，45°和-45°主要承受剪切力，角度為(45/-45/90/0/90/-45/45)的設(shè)計，一共7層，每個單層厚度為0.3 mm，總厚度為2.1 mm。
[0020]所述碳纖維復(fù)合材料的制備方法可采用RTM工藝或VARI成型工藝。
[0021]下面采用碳纖維織物和環(huán)氧樹脂為原材料，以VARI成型工藝為例，具體描述散熱器上橫梁的成型加工的主要步驟:
一、鋪層:在已清潔和涂覆脫模劑的汽車水箱上橫梁加強板模具中先進行碳纖維織物鋪層。具體地說，可選取7層3K碳纖維織物(0.3 mm)，在已清潔和涂覆脫模劑的模具中先進行碳纖維織物鋪層(45/-45/90/0/90/-45/45)。這樣的鋪層設(shè)計是根據(jù)CAE模擬計算的結(jié)果，這樣的鋪層能使復(fù)合材料的力學(xué)性能達到最優(yōu)設(shè)計。
[0022]碳纖維織物可采用東麗T300碳纖維織物。第一層碳纖維織物對應(yīng)于零部件的外表面，故第一層碳纖維織物鋪層的時候要注意碳纖維紋路方向的平整，同時要保證第一層碳布緊密貼緊模具的表面，不能有縫隙存在，以免形成樹脂的富集。在第一層45°方向上面進行-45°方向的鋪層為第二層，第三層為90°方向的鋪層，以此類推，直到將7層碳纖維織物鋪完，將碳纖維織物在模具上壓緊。
[0023]二、密封:按次序在鋪好后的碳纖維織物上依次鋪設(shè)脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)、導(dǎo)流管，在模具的邊緣打密封膠帶，布置抽氣導(dǎo)管、進料口導(dǎo)管，最后在設(shè)置在模具周邊的真空袋邊緣處使用膠帶密封好，確保整個系統(tǒng)不漏氣。
[0024]三、抽真空:將抽氣導(dǎo)管與真空泵連接，進料口導(dǎo)管密封，打開真空泵，將真空袋內(nèi)空氣抽空，使真空膜密實緊貼模具，檢測模具及真空膜體系內(nèi)的真空度，觀察一段時間，檢查是否漏氣，保證氣密性(真空泵壓力表“O”刻度處的真空度可維持10 min以上)。
[0025]四、樹脂導(dǎo)入:按照樹脂廠家推薦的固化劑含量(如環(huán)氧樹脂，相應(yīng)的固化劑比例為10::2~4左右)，配置樹脂和固化劑，充分混合。氣密性合格后可進行樹脂的導(dǎo)入。將樹脂導(dǎo)入進料口，樹脂會抽入真空袋中，待樹脂將碳纖維織物以及與夾層材料的界面浸潤完全后，關(guān)閉進料口，繼續(xù)維持真空狀態(tài)保壓直到樹脂固化。
[0026]五、固化及脫模:樹脂固化視情況可采用加熱燈或者光照條件下加熱，加速樹脂的固化。待樹脂固化后，脫模得到碳纖維復(fù)合材料散熱器上橫梁。
[0027]通過結(jié)構(gòu)以及相關(guān)安裝點的分析，發(fā)揮復(fù)合材料的特性，進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化，并把發(fā)蓋鎖支架(DC01、1.5mm,0.25kg)考慮進來，進行一體成型，形成圖2a_2d所示的散熱器上橫梁復(fù)合材料件。其中采用的材料為碳纖維T300和5028樹脂，厚度為2.1 mm，重量為0.18 kg，實現(xiàn)減重61%。
[0028]現(xiàn)有的金屬鈑金件散熱器上橫梁的Z向剛度目標值為400 N/mmo通過CAE計算分析得知，散熱器上橫梁采用本發(fā)明的鋪層設(shè)計，復(fù)合材料散熱器上橫梁零部件的Z向剛度可達到424 N/mm，可滿足設(shè)計要求。
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維復(fù)合材料汽車散熱器上橫梁的成型方法，包括如下步驟: 1)鋪層，在已清潔和涂覆脫模劑的汽車水箱上橫梁加強板模具中進行碳纖維織物鋪層； 2)密封，按次序在鋪好后的碳纖維織物上依次鋪設(shè)脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)、導(dǎo)流管，在模具的邊緣打密封膠帶，布置抽氣導(dǎo)管、進料口導(dǎo)管，在設(shè)置在模具周邊的真空袋邊緣處使用膠帶密封好，確保整個系統(tǒng)不漏氣； 3)抽真空:對密封好的模具抽真空，抽真空后觀察一段時間，檢查是否漏氣，保證氣密性； 4)樹脂導(dǎo)入:配置樹脂和固化劑，充分混合，將樹脂導(dǎo)入到模具中，待樹脂將碳纖維織物以及與夾層材料的界面浸潤完全后，關(guān)閉進料口，繼續(xù)維持真空狀態(tài)保壓直到樹脂固化； 5)固化及脫模:對樹脂進行固化，待樹脂固化后，脫模得到碳纖維復(fù)合材料散熱器上橫m
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2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述步驟I)的鋪層步驟為: 11)選取七層碳纖維織物， 12)將第一層碳纖維織物對應(yīng)于零部件的外表面，保證第一層碳布緊密貼緊模具的表面，不存在縫隙； 13)在第一層碳纖維織物45°方向上面進行-45°方向的鋪層，為第二層，第三層為90°方向的鋪層，以此類推，直到將七層碳纖維織物鋪完； 14)將碳纖維織物在模具上壓緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的成型方法，其特征在于，所述步驟3)具體為:將抽氣導(dǎo)管與真空泵連接，將進料口導(dǎo)管密封，打開真空泵，將真空袋內(nèi)空氣抽空，使真空膜密實緊貼模具，檢測模具及真空膜體系內(nèi)的真空度，觀察一段時間，檢查是否漏氣，保證氣密性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的成型方法，其特征在于，步驟5)中樹脂固化采用加熱燈加熱固化或者光照條件下加熱固化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的成型方法，其特征在于，其中碳纖維采用東麗T300纖維織物，樹脂采用中低溫的快速固化環(huán)氧樹脂，多層碳纖維材料的重量含量為50~60%，樹脂材料的重量含量為40~50%。
6.權(quán)利要求1-5任一項所述的成型方法制備的碳纖維復(fù)合材料汽車散熱器上橫梁，其包括七層碳纖維織物。
【文檔編號】B60K11/04GK104441686SQ201410459694
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】張道理, 方舟, 唐少俊 申請人:奇瑞汽車股份有限公司