專利名稱：一種防撞部件及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及防撞部件材料及防撞部件制作技術領域，尤其涉及一種碳纖維增強聚丙烯樹脂復合材料以及使用該碳纖維增強聚丙烯復合材料制作的防撞部件的方法。
背景技術：
安全、節(jié)能、環(huán)保是當今汽車領域的發(fā)展方向。減少油耗和降低對環(huán)境的污染已成為汽車工業(yè)發(fā)展和社會可持續(xù)發(fā)展急需解決的關鍵問題。汽車輕量化，是降低油耗的最有效途徑之一。世界各大汽車生產商都在競相開發(fā)新型輕量化汽車用材料及對應材料的汽車部件制造技術。一般來講，汽車制造和使用的能耗比為1:10，汽車輕量化能夠使總的能耗大大降低。據(jù)資料介紹，汽車自重減輕100公斤，行駛100公里，可節(jié)油O. 3公斤；自重減輕10%，燃油經濟性可提高10%。復合材料在大幅減輕汽車質量，提高燃油經濟性的同時也可以導致較小的功率需求、小的驅動引擎和懸掛裝置，以及由于動能的減少而降低沖擊危險，這種螺旋式的結果將使車身質量進一步減輕，行駛性能進一步提高。傳統(tǒng)的復合材料如纖維增強熱固性樹脂基復合材料，其成型時間長，且成型過程中有有害氣體的排放，不易于回收處理。因此，本領域迫切需要開發(fā)一種制備方法簡單，適用于大批量連續(xù)自動化生產，并且性能優(yōu)異的防撞部件。

發(fā)明內容
本發(fā)明改良了防撞部件的材料配方以及生產工藝，從而提供了一種新的防撞部件以及其制備方法。本發(fā)明的第一方面提供了一種防撞部件的制備方法，包括以下步驟(a)形成預浸片材將碳纖維、聚丙烯樹脂和聚酰亞胺薄膜導入干態(tài)預浸機，制得預浸片材，其中所述預浸片材的復合結構為聚丙烯樹脂浸潰于碳纖維內；(b)形成層迭的經切割剪裁的預浸片材(bl)根據(jù)目標產品的尺寸，將所述的預浸片材進行切割剪裁，形成經切割剪裁的預浸片材；以及根據(jù)目標產品的厚度，將所述切割剪裁后的預浸片材進行疊加鋪層，形成層迭的經切割剪裁的預浸片材；或(b2)根據(jù)目標產品的厚度，將所述的預浸片材進行疊加鋪層，形成層迭的預浸片材；以及根據(jù)目標產品的尺寸，將所述的層迭的預浸片材進行切割剪裁，形成層迭的經切割剪裁的預浸片材；(C)形成復合板材將層迭的經切割剪裁的預浸片材通過壓制機制備復合板材；和(d)形成防撞部件
將所述的復合板材通過預熱傳送裝置預熱后，置入目標產品的模具進行沖壓成型，制得防撞部件。在另一優(yōu)選例中，所述的防撞部件包括汽車防撞梁、玩具防撞件、游樂設施及體育器材的防撞件。在另一優(yōu)選例中，所述的步驟(a)至(d)是自動化連續(xù)進行的。在另一優(yōu)選例中，所述的壓制機為雙鋼帶壓制機。在另一優(yōu)選例中，所述的雙鋼帶壓制機加熱溫度為150 250°C，更佳地，180 230 0C ；在另一優(yōu)選例中,所述的雙鋼帶壓制機的運行速度設定為O. 2 5m/min,更佳地，O. 5 2. 5m/min。在另一優(yōu)選例中，所述的碳纖維包括連續(xù)碳纖維；所述的聚丙烯樹脂選自聚丙烯連續(xù)纖維束、聚丙烯薄膜、聚丙烯無紡布、聚丙烯纖維氈；在另一優(yōu)選例中，所述的連續(xù)碳纖維包括連續(xù)碳纖維束、碳纖維織物；其中，所述的碳纖維織物包括平紋織物、斜紋織物、緞紋織物、單向織物、多軸向經編織物；在另一優(yōu)選例中，以所述的連續(xù)碳纖維束制得的預浸片材為單向預浸片材，以所述的碳纖維織物制得的預浸片材為織物型預浸片材；在另一優(yōu)選例中，所述的疊加鋪層既可以單獨使用單向預浸片材或某一種織物型預浸片材進行鋪層，也可以將單向預浸片材與織物型預浸片材混合鋪層或不同種類的織物型預浸片材混合鋪層。在另一優(yōu)選例中，所述的干態(tài)預浸機溫度設定為150 250°C，更佳地，為180 230 0C ;和 / 或所述的干態(tài)預浸機運行速度為O. 2 5m/min,更佳地為O. 5 3m/min。在另一優(yōu)選例中，所述的預熱傳送裝置加熱溫度為150 250°C，更佳地，180 230°C，加熱時間為30s 300s。在另一優(yōu)選例中，其中步驟(d)還包括加熱、合模加壓、保壓、開模、脫模、修邊、打磨、焊接的子步驟；在另一優(yōu)選例中，所述的加熱溫度為180 230°C，持續(xù)時間30s 300s ;和/或合模加壓至I lOMPa，保壓20 300s，模具溫度為60 110°C ;和/或保壓時間為20 300s。本發(fā)明的第二方面，提供了一種防撞部件，所述的防撞部件是用本發(fā)明第一方面所述的方法制備的。在另一優(yōu)選例中，所述的防撞部件是由多層復合板材形成的，其中各復合板材是聚丙烯樹脂浸潰于碳纖維內的復合材料。本發(fā)明的第三方面，提供了本發(fā)明第二方面制備防撞部件的用途，其可以用于制備汽車防撞梁、玩具防撞件、游樂設施及體育器材的防撞件。本發(fā)明的第三方面，提供了一種復合板材，是通過本發(fā)明第一方面中步驟(a)-(c)制備而成，其中(a)形成預浸片材將碳纖維、聚丙烯樹脂和聚酰亞胺薄膜導入干態(tài)預浸機，制得預浸片材，其中所述預浸片材的復合結構為聚丙烯樹脂浸潰于碳纖維內；(b)形成層迭的經切割剪裁的預浸片材；(bl)根據(jù)目標產品的尺寸，將所述的預浸片材進行切割剪裁，形成經切割剪裁的預浸片材；以及根據(jù)目標產品的厚度，將所述切割剪裁后的預浸片材進行疊加鋪層，形成層迭的經切割剪裁的預浸片材；或(b2)根據(jù)目標產品的厚度，將所述的預浸片材進行疊加鋪層，形成層迭的預浸片材；以及根據(jù)目標產品的尺寸，將所述的層迭的預浸片材進行切割剪裁，形成層迭的經切割剪裁的預浸片材；(C)形成復合板材將層迭的經切割剪裁的預浸片材通過壓制機制備復合板材。本發(fā)明的第四方面，提供了一種制備防撞部件的設備系統(tǒng)，包括(i)干態(tài)預浸機，所述干態(tài)預浸機用于制備本發(fā)明第一方面所述的預浸片材；(ii)雙鋼帶壓制機；(iii)預加熱傳送裝置；(iv)目標產品模具；(V)液壓機。 在另一優(yōu)選例中，所述的干態(tài)預浸機包括導向輥、牽引輥、加熱輥、加壓輥、冷卻輥和收卷輥；和/或所述的雙鋼帶壓機包括加熱區(qū)、加壓區(qū)和冷卻區(qū)，其中所述的加壓區(qū)通過設定加壓輥間距來施加壓力，所述的加壓輥間距滿足下式加壓輥間距(mm)=單層預浸片厚度(mm) X鋪層層數(shù)；和/或所述的預加熱傳送裝置包括加熱裝置、傳送機構；所述的液壓機用于沖壓成型過程中對模具進行合模、施加壓力及開模；在另一優(yōu)選例中，所述的干態(tài)預浸機溫度設定為150 250°C，更佳地，為180 230°C ;所述的預浸機運行速度為O. 2 5m/min,更佳地為O. 5 3m/min ；在另一優(yōu)選例中，所述的雙鋼帶壓制機加熱溫度為150 250°C，更佳地，180 230°C ;所述的雙鋼帶壓制機的運行速度設定為O. 2 5m/min,更佳地,O. 5 2. 5m/min ；在另一優(yōu)選例中，所述的預加熱傳送裝置溫度設定為150 250°C，更佳地，180 230 0C ；在另一優(yōu)選例中，所述的液壓機壓力設定為I IOMPa,保壓時間設定為2_ 300S。應理解，在本發(fā)明范圍內中，本發(fā)明的上述各技術特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特征之間都可以互相組合，從而構成新的或優(yōu)選的技術方案。限于篇幅，在
此不再一一累述。


圖1是本發(fā)明實施例1中碳纖維增強聚丙烯復合材料預浸片材的制作過程示意圖；其中數(shù)字表示為1.聚酰亞胺薄膜，2.聚丙烯纖維，3.碳纖維，4.張力輥，5.展紗棍，6.導向棍，7.牽引輥，8-1. 8-2和8-3.加熱輥，9.加壓輥，10.冷卻輥，11.導向輥，12，收卷輥。圖2是本發(fā)明實施例1和2中用于制備碳纖維增強聚丙烯復合板材的工藝過程示意圖；其中數(shù)字表示為13.輪轂，14.上鋼帶，15.下鋼帶，16.加熱板，17.冷卻板，
18.壓輥，19.碳纖維增強聚丙烯單向預浸片層鋪層，20.聚酰亞胺薄膜。圖3是本發(fā)明實施例1和2中用于制作汽車防撞梁第一部分的工藝過程示意圖；其中數(shù)字表示為21.碳纖維增強聚丙烯單向板材，22.加熱裝置，23.傳送機構，
24.陽模,25.陰模,26.汽車防撞梁第一部分部件。圖4是本發(fā)明實施例1和2中制作得到的汽車防撞梁第二部分的縱截面圖。圖5是本發(fā)明實施例1和2中將防撞梁兩部分進行電阻焊接的過程示意圖。其中數(shù)字表示為26.汽車防撞梁第一部分部件，27.汽車防撞梁第二部分部件，28.加熱元件，29.接觸夾具，30.開關，31.電源，32.電流表，33.電壓表。圖6是本發(fā)明實施例2中碳纖維增強聚丙烯復合材料預浸片材的制作過程示意圖；其中數(shù)字表示為:1. PI膜，6.導向棍，7.牽引輥，8-1、8_2和8-3.加熱輥，9.加壓棍，10.冷卻棍,11.導向棍,12,收卷棍,34.碳纖維織物,35.聚丙烯薄膜。圖7是本發(fā)明實施例1和2中制作得到的汽車防撞梁整件產品的三維模型圖。
具體實施例方式本發(fā)明人經過廣泛而深入的研究，首次意外地發(fā)現(xiàn)，改良了防撞部件的制備材料及工藝后，能夠通過大批量連續(xù)自動化實現(xiàn)生產質量輕、強度高、抗沖擊性能好的防撞部件，能在汽車、玩具等工業(yè)領域廣泛應用，且制備過程中無有毒物質產生，生產工藝節(jié)能環(huán)保。碳纖維碳纖維是含碳量高于90%的無機高分子纖維。碳纖維的軸向強度和模量高，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低?？捎糜诒景l(fā)明的碳纖維沒有特別限制，可以為連續(xù)碳纖維，所述的連續(xù)碳纖維包括連續(xù)碳纖維束或碳纖維織物。所述的碳纖維織物包括平紋織物、斜紋織物、緞紋織物、單向織物、多軸向經編織物；所述的連續(xù)碳纖維束可以由市售購得，例如日本Torayca公司T300-3K、T700S-12K、T700S-24K，美國 Zoltek 公司 Panex33，德國 SGL 公司 46K 碳纖維等。其中，以所述的連續(xù)碳纖維束制得的預浸片材為單向預浸片材，以所述的碳纖維織物制得的預浸片材為織物型預浸片材。聚丙烯樹脂聚丙烯樹脂是一種熱塑性樹脂，具有耐熱、耐腐蝕，密度小的特性，是最輕的通用塑料。缺點是耐低溫沖擊性差，較易老化。
可用于本發(fā)明的聚丙烯樹脂沒有特別限制，可以為各種市售可得的聚丙烯樹脂材料。優(yōu)選的，本發(fā)明的聚丙烯樹脂包括丙烯連續(xù)纖維束、聚丙烯薄膜、聚丙烯無紡布、聚丙烯纖維氈。此外，適用于本發(fā)明的聚丙烯樹脂還包括各種改性或未改性的聚丙烯樹脂。預浸片材及其制備方法本發(fā)明所述的預浸片材是將聚丙烯樹脂和碳纖維導入干態(tài)預浸機，并在一定的溫度和速度條件下通過干態(tài)預浸機制得的，其中聚丙烯樹脂浸潰于碳纖維中。為防止制備預浸片材的過程中聚丙烯樹脂粘結到預浸機輥筒上，優(yōu)選將聚丙烯樹脂和碳纖維夾于兩層聚酰亞胺薄膜之間，然后通過干態(tài)預浸機，其中，所述的聚酰亞胺薄膜在制備預浸片材后撕除或去除。所述的干態(tài)預浸機包括導向輥、牽引輥、加熱輥、加壓輥、冷卻輥和收卷輥。其中，所述的復合材料預浸機加熱輥溫度設定為150 280°C，更佳地，為180 230°C ;所述的復合材料預浸機各棍運行速度為O. 2 5m/min,更佳地為O. 5 3m/min。在另一優(yōu)選例中，以連續(xù)碳纖維束制得的預浸片材為單向預浸片材，以碳纖維織物值得的預浸片材為織物型預浸片材。其中，預浸片材裁切后長度與寬度應均比目標產品模具對應方向尺寸大1. O 3. Ocm0復合板材及其制備本發(fā)明所述的復合板材，是將本發(fā)明所述的預浸片材經裁切后根據(jù)目標產品厚度要求將一定層數(shù)的預浸片材按不同的鋪層方向進行疊加鋪層，并通過壓制機壓制，從而制得復合板材。其中，所述的壓制機優(yōu)選為雙鋼帶壓機。所述的雙鋼帶壓機包括加熱區(qū)、加壓區(qū)和冷卻區(qū)；所述的加熱區(qū)溫度設定為150 280°C，更佳地，180 230°C ;所述的鋼帶的運行速度設定為O. 2 5m/min,更佳地,0. 5 2. 5m/min ;所述的加壓區(qū)通過設定加壓棍間距來施加壓力，其中加壓輥間距滿足下式加壓輥間距(mm) =單層預浸片厚度(mm) X鋪層層數(shù)。在另一優(yōu)選例中，為了防止在制備碳纖維增強聚丙烯復合板材的過程中聚丙烯樹脂粘結到雙鋼帶壓機的鋼帶上，將已經疊加鋪層預浸片材鋪設在兩層聚酰亞胺薄膜之間，聚酰亞胺薄膜長度與寬度比所述的預浸片材對應方向大5 10cm，然后送入雙鋼帶壓機制備復合板材。將預浸片材進行鋪層時，可以單獨使用任一單向預浸片材或任一織物型預浸片材進行鋪層；也可以將單向預浸片材與織物型預浸片材混合鋪層，或將不同種類的織物型預浸片材混合鋪層。防撞部件及其制備本發(fā)明的防撞部件是以碳纖維為骨架，復合聚丙烯樹脂的復合結構拼接而成，可以用于制備-交通工具-如汽車、卡車等的防撞梁、玩具防撞件、游樂設施及體育器材的防撞件。制備所述的防撞部件的方法包括以下步驟a)形成預浸片材將碳纖維、聚丙烯樹脂和聚酰亞胺薄膜導入干態(tài)預浸機，制得預浸片材，其中所述預浸片材的復合結構為聚丙烯樹脂浸潰于碳纖維內；(b)形成層迭的經切割剪裁的預浸片材(bl)根據(jù)目標產品的尺寸，將所述的預浸片材進行切割剪裁，形成經切割剪裁的預浸片材；以及根據(jù)目標產品的厚度，將所述切割剪裁后的預浸片材進行疊加鋪層，形成層迭的經切割剪裁的預浸片材；或(b2)根據(jù)目標產品的厚度，將所述的預浸片材進行疊加鋪層，形成層迭的預浸片材；以及根據(jù)目標產品的尺寸，將所述的層迭的預浸片材進行切割剪裁，形成層迭的經切割剪裁的預浸片材；(C)形成復合板材將層迭的經切割剪裁的預浸片材通過壓制機制備復合板材；和(d)形成防撞部件將所述的復合板材通過預熱傳送裝置預熱后，置入目標產品的模具進行沖壓成型，制得防撞部件。此外步驟(d)中還包括加熱、合模加壓、保壓、開模、脫模、修邊、打磨、電阻焊接的步驟；優(yōu)選的，所述的加熱溫度為180 230°C，持續(xù)時間30s 300s ;合模加壓至I lOMPa，保壓時間為20 300s，模具溫度為60 110°C ；設備套件制備本發(fā)明所述的防撞部件的設備套件包括(i)干態(tài)預浸機；所述干態(tài)預浸機用于制備預浸片材。在另一優(yōu)選例中，所述的預浸片材的制備方法為將碳纖維、聚丙烯樹脂和聚酰亞胺薄膜導入干態(tài)預浸機，制得預浸片材，其中所述預浸片材的復合結構為聚丙烯樹脂浸潰于碳纖維內；(ii)雙鋼帶壓機；(iii)預加熱傳送裝置；(iv)目標產品模具；(V)液壓機。其中，所述的干態(tài)預浸機包括導向輥、牽引輥、加熱輥、加壓輥、冷卻輥和收卷輥。所述的雙鋼帶壓機包括加熱區(qū)、加壓區(qū)和冷卻區(qū)，其中所述的加壓區(qū)通過設定加壓輥間距來施加壓力，所述的加壓輥間距滿足下式加壓輥間距(mm)=單層預浸片厚度(mm) X鋪層層數(shù)。所述的預加熱傳送裝置包括加熱裝置、傳送機構；在另一優(yōu)選例中，所述的干態(tài)預浸機溫度設定為150 250°C，更佳地，為180 230°C ;所述的預浸機運行速度為O. 2 5m/min,更佳地為O. 5 3m/min ；在另一優(yōu)選例中，所述的雙鋼帶壓制機加熱溫度為150 250°C，更佳地，180 230°C ;所述的雙鋼帶壓制機的運行速度設定為O. 2 5m/min,更佳地,O. 5 2. 5m/min ；在另一優(yōu)選例中，所述的預加熱傳送裝置溫度設定為150 250°C，更佳地，180 230。。。所述的液壓機用于沖壓成型過程中對模具進行合模、施加壓力及開模；在另一優(yōu)選例中，所述的液壓機壓力設定為I lOMPa，保壓時間設定為2- 300S。
本發(fā)明的主要有益效果包括1.質量輕、節(jié)能環(huán)保本發(fā)明復合材料及防撞梁在進行等剛度計算后，與傳統(tǒng)金屬材料防撞梁相比，質量減輕達60%以上，能夠實現(xiàn)使目標產品如汽車輕量化，并達到節(jié)油、環(huán)保的目的。2.可大批量連續(xù)化自動化生產，成型效率高本發(fā)明復合材料即防撞梁的制備過程中，每一步均可實現(xiàn)大批量連續(xù)化自動化生產，且所需模具溫度較傳統(tǒng)方法低，節(jié)省了冷卻時間，且沖壓成型較傳統(tǒng)加熱成型時間短，本發(fā)明中沖壓成型制備部件可以達到10件/小時，與熱塑性復合材料熱壓成型的約每小時I件及傳統(tǒng)的熱固性復合材料如環(huán)氧樹脂固化成型的2 6小時I件相比，成型效率大大提高。3.材料可回收再利用與傳統(tǒng)的熱固性樹脂基復合材料相比，本發(fā)明中所述的基體樹脂-聚丙烯樹脂為熱塑性樹脂，因此本發(fā)明中的復合材料易于回收，可再次利用。4.制備工藝無污染與采用聚苯硫醚類材料的工藝相比，本發(fā)明的制備過程中沒有有害有毒氣體(如含硫的有害氣體)產生。5.制備工藝能耗顯著下降本發(fā)明的方法在加熱溫度優(yōu)選為180 230°C，顯著低于聚苯硫醚類復合材料的加熱溫度(290 350°C )，在節(jié)省時間的同時降低了能耗，更符合綠色環(huán)保的要求。下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明做進一步說明實施例1材料東麗T700-12K連續(xù)碳纖維絲束和規(guī)格為800旦的連續(xù)聚丙烯纖維；1.1如圖1所示，連續(xù)碳纖維絲束3從紗架上引出經過展紗輥5展紗及施加張力后與經過張力輥4施加張力后的連續(xù)聚丙烯纖維2及聚酰亞胺薄I匯聚于導向輥6，其中連續(xù)聚丙烯纖維2均分兩層位于連續(xù)碳纖維絲束3的兩側，而聚酰亞胺薄膜分布于兩層連續(xù)聚丙烯纖維的兩側。匯聚于導向輥6的連續(xù)碳纖維絲束3、連續(xù)聚丙烯纖維2、聚酰亞胺薄膜I經牽引輥7進入復合材料干態(tài)預浸機，依次經過加熱輥8-1，8-2，8-3加熱、加壓輥9加壓、冷卻輥10冷卻后及導向輥11后由收卷輥12收卷得到碳纖維增強聚丙烯單向預浸片材。干態(tài)預浸機各輥的轉速設定為1. Om/min，加熱輥8_1的溫度設定為180°C，加熱輥8-2的溫度設定為200°C，加熱輥8-3的溫度設定為200°C，加壓輥9之間的間距調為
O.125mm。所用的東麗T700-12K連續(xù)碳纖維絲束3共75卷，規(guī)格為800旦的連續(xù)聚丙烯纖維2共220卷。1. 2將1.1中制得的連續(xù)碳纖維預浸片材撕去表面的聚酰亞胺薄膜后裁切成220mmX 1220mm大小，并以
4s的方式鋪層，將鋪層好的碳纖維增強聚丙烯單向預浸片材鋪層19置于兩層尺寸為300mmX 1300mm的聚酰亞胺薄膜20之間，將碳纖維增強聚丙烯單向預浸片材鋪層19和聚酰亞胺薄膜20經放料區(qū)進入雙鋼帶壓機的上鋼帶14和下鋼帶15之間，依次經過加熱板16之間的加熱區(qū)、壓輥18之間的加壓區(qū)、冷卻板17之間的冷卻區(qū)后得到碳纖維增強聚丙烯復合板材。雙鋼帶壓機的速度設定為O. 75mm/min，加熱板16的溫度設定為200°C，上鋼帶14和下鋼帶15之間的間隙設定為3. Omm，壓輥18之間的間距設定為3. Omm。1. 31. 2中制得的復合板材撕去表面的聚酰亞胺薄膜后切去毛邊，切去毛邊后的復合板材的尺寸為200. 5mmX 1200. 5mm。
1. 4將切去毛邊后的復合板材固定于傳送裝置23，通過傳送裝置23將碳纖維增強聚丙烯復合板材傳送至加熱裝置22之間，在200°C內加熱200s。1. 5通過傳送裝置23將加熱完的連續(xù)纖維增強聚丙烯復合板材傳送至汽車防撞梁第一部分的陽模24和陰模25之間,將陽模24和陰模25合上,并加壓至5MPa。其中陽模24和陰模25溫度設定為80°C。1. 6保壓IOOs后，開模，脫模，得到防撞梁產品的第一部26。1. 7將1. 4 1. 6中防撞梁第一部分的模具改換為防撞梁第二部分的模具，重復1.4 1. 6得到防撞梁產品的第二部分27，圖4中27為防撞梁產品的第二部分的截面圖。1. 8將加熱元件28置于防撞梁第一部分26和防撞梁第二部分之間，兩端用接觸夾具29夾緊，在保持壓力條件下合上開關30通電焊接，通過電源31、電流表32及電壓表33控制焊接電壓和電流，焊接完成后取下之間，修整焊接處即得到復合材料防撞梁部件的最終產品，圖7是復合材料防撞梁部件的最終產品的三維立體圖。本實施例中制得的碳纖維增強聚丙烯單向預浸片材厚度為O. 125mm,幅寬為600mm，面密度為132g/m2，其中碳纖維的纖維體積含量為60. 54%，本實施例中制得的碳纖維增強聚丙烯復合板材厚度為2. 9 3. Omm,按標準ASTM D3039測試得到復合板材的拉伸強度大于650Mpa，拉伸模量大于65Mpa ;按標準ASTM D7264三點彎曲測試得到復合板材彎曲強度大于683Mpa，彎曲模量大于62Gpa ;按標準IS0179測試得到復合板材的缺口沖擊強度大于120KJ/m2。經過等剛度計算，制得的復合材料防撞梁部件相比金屬部件減重達60%。實施例2材料東麗T300-3K碳纖維斜紋織物和聚丙烯纖維薄膜；其中碳纖維斜紋織物的面密度為160g/m2，幅寬為600mm ;聚丙烯薄膜的面密度為30g/m2,幅寬為 600mm。2.1如圖6所示，將碳纖維斜紋織物34、聚丙烯薄膜35、聚酰亞胺薄膜I引出匯聚于導向輥6，其中兩層聚丙烯薄膜35位于碳纖維斜紋織物34的兩側，而聚酰亞胺薄膜I分布于兩層聚丙烯薄膜35的兩側。匯聚于導向輥6的碳纖維纖維織物34、聚丙烯薄膜35、聚酰亞胺薄膜I經牽引輥7進入復合材料干態(tài)預浸機，依次經過加熱輥8-1，8-2，8-3加熱、力口壓輥9加壓、冷卻輥10冷卻及導向輥11后由收卷輥12收卷得到碳纖維增強聚丙烯織物型預浸片材。干態(tài)預浸機各輥的轉速設定為1. 5m/min，加熱輥8-1的溫度設定為200°C，加熱輥8-2的溫度設定為220°C，加熱輥8-3的溫度設定為220°C，加壓輥9之間的間距調為
O.25mm02. 2將1.1中制得的連續(xù)碳纖維織物型預浸片材撕去表面的聚酰亞胺薄膜后裁切成230_X 1230mm大小，并以
s的方式鋪層，將鋪層好的碳纖維增強聚丙烯單向預浸片材鋪層19置于兩層尺寸為300mmX 1300mm的聚酰亞胺薄膜20之間，將碳纖維增強聚丙烯織物型預浸片材鋪層19和聚酰亞胺薄膜20經放料區(qū)進入雙鋼帶壓機的上鋼帶14和下鋼帶15之間，依次經過加熱板16之間的加熱區(qū)、壓輥18之間的加壓區(qū)、冷卻板17之間的冷卻區(qū)后得到碳纖維增強聚丙烯復合板材。雙鋼帶壓機的速度設定為1. 5mm/min，加熱板16的溫度設定為220°C，上鋼帶14和下鋼帶15之間的間隙設定為3. 0mm，壓輥18之間的間距設定為3. Omm。
本實施例中制得的碳纖維增強聚丙烯復合板材厚度為2. 9 3. Omm。2. 3將2. 2中制得的碳纖維增強聚丙烯復合板材撕去表面的聚酰亞胺薄膜后切去毛邊，切去毛邊后的碳纖維增強聚丙烯復合板材的尺寸為201mmX 1200mm。2. 4將切去毛邊后的碳纖維增強聚丙烯復合板材固定于傳送裝置23，通過傳送裝置23將碳纖維增強聚丙烯復合板材傳送至加熱裝置22之間，在220°C內加熱150s。2. 5通過傳送裝置23將加熱完的連續(xù)纖維增強聚丙烯復合板材傳送至汽車防撞梁第一部分的陽模24和陰模25之間，將陽模24和陰模25合上，并加壓至3MPa。其中陽模24和陰模25溫度設定為100°C。2.6保壓IOOs后，開模，脫模，得到防撞梁產品的第一部26。2. 7將2. 4 2. 6中將防撞梁第一部分的模具改換為防撞梁第二部分的模具，重復
2.4 2. 6得到防撞梁產品的第二部分27，圖4中27為防撞梁產品的第二部分的截面圖。2. 8將加熱元件28置于防撞梁第一部分26和防撞梁第二部分之間，兩端用接觸夾具29夾緊，在保持壓力條件下合上開關30通電焊接，通過電源31、電流表32及電壓表33控制焊接電壓和電流，焊接完成后取下之間，修整焊接處即得到復合材料防撞梁部件的最終產品，圖7是復合材料防撞梁部件的最終產品的三維立體圖。本實施例中制得的碳纖維增強聚丙烯單向預浸片材厚度為O. 25mm,幅寬為600mm,面密度為220g/m2，其中碳纖維的纖維體積含量為57. 14%。本實施例中制得的碳纖維增強聚丙烯復合板材厚度為2. 9 3. Omm,按標準ASTM D3039測試得到復合板材的拉伸強度大于605Mpa，拉伸模量大于58Mpa ;按標準ASTM D7264三點彎曲測試得到復合板材彎曲強度大于627Mpa，彎曲模量大于54Gpa ;按標準IS0179測試得到復合板材的缺口沖擊強度大于125KJ/m2。經過等剛度計算，制得的復合材料防撞梁部件相比金屬部件減重達60%。在本發(fā)明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
權利要求
1.一種防撞部件的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (a)形成預浸片材 將碳纖維、聚丙烯樹脂和聚酰亞胺薄膜導入干態(tài)預浸機，制得預浸片材，其中所述預浸片材的復合結構為聚丙烯樹脂浸潰于碳纖維內； (b)形成層迭的經切割剪裁的預浸片材 (bl)根據(jù)目標產品的尺寸，將所述的預浸片材進行切割剪裁，形成經切割剪裁的預浸片材；以及根據(jù)目標產品的厚度，將所述切割剪裁后的預浸片材進行疊加鋪層，形成層迭的經切割剪裁的預浸片材；或 (b2)根據(jù)目標產品的厚度，將所述的預浸片材進行疊加鋪層，形成層迭的預浸片材；以及根據(jù)目標產品的尺寸，將所述的層迭的預浸片材進行切割剪裁，形成層迭的經切割剪裁的預浸片材； (C)形成復合板材 將層迭的經切割剪裁的預浸片材通過壓制機制備復合板材；和 (d)形成防撞部件 將所述的復合板材通過預熱傳送裝置預熱后，置入目標產品的模具進行沖壓成型，制得防撞部件。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳纖維包括連續(xù)碳纖維束和碳纖維織物；所述的聚丙烯樹脂選自聚丙烯連續(xù)纖維束、聚丙烯薄膜、聚丙烯無紡布、聚丙烯纖維租； 更佳地，所述的碳纖維織物包括平紋織物、斜紋織物、緞紋織物、單向織物、多軸向經編織物。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的干態(tài)預浸機加熱溫度設定為150 250°C，更佳地，為180 230°C ;和/或 所述的干態(tài)預浸機運行速度為0.2 5m/min,更佳地為0.5 3m/min。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的壓制機為雙鋼帶壓制機； 較佳地，所述的雙鋼帶壓制機加熱溫度為150 250°C，更佳地，18(T230°C ； 較佳地，所述的雙鋼帶壓制機的運行速度設定為0.2 5m/min,更佳地,0.5^2.5m/min。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的預熱傳送裝置加熱溫度為150 250°C，更佳地，180 230°C，加熱時間為30s 300s。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，沖壓成型時壓力設定為flOMPa，保壓時間設定為2(T300s，模具溫度設定為6(TllO°C。
7.一種防撞部件，其特征在于，所述的防撞部件是用權利要求1所述的方法制備的。
8.—種權利要求7所述的防撞部件的用途，其特征在于，可以用于制備汽車防撞梁、玩具防撞件、游樂設施及體育器材的防撞件。
9.一種復合板材，其特征在于，所述的復合板材通過權利要求1中步驟(a)-(c)制備而成，其中 (a)形成預浸片材 將碳纖維、 聚丙烯樹脂和聚酰亞胺薄膜導入干態(tài)預浸機，制得預浸片材，其中所述預浸片材的復合結構為聚丙烯樹脂浸潰于碳纖維內；(b)形成層迭的經切割剪裁的預浸片材； (bl)根據(jù)目標產品的尺寸，將所述的預浸片材進行切割剪裁，形成經切割剪裁的預浸片材；以及根據(jù)目標產品的厚度，將所述切割剪裁后的預浸片材進行疊加鋪層，形成層迭的經切割剪裁的預浸片材；或 (b2)根據(jù)目標產品的厚度，將所述的預浸片材進行疊加鋪層，形成層迭的預浸片材；以及根據(jù)目標產品的尺寸，將所述的層迭的預浸片材進行切割剪裁，形成層迭的經切割剪裁的預浸片材； (C)形成復合板材 將層迭的經切割剪裁的預浸片材通過壓制機制備復合板材。
10.一種制備防撞部件的設備系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括: (i)干態(tài)預浸機，所述干態(tài)預浸機用于制備如權利要求1所述預浸片材； ( )雙鋼帶壓制機； (iii)預加熱傳送裝置； (iv)目標產品模具； (V)液壓機。
11.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中，所述的干態(tài)預浸機包括導向輥、牽引輥、加熱輥、加壓輥、冷卻輥和收卷輥；和/或 所述的雙鋼帶壓機包括加熱區(qū)、加壓區(qū)和冷卻區(qū)，其中所述的加壓區(qū)通過設定加壓輥間距來施加壓力，所述的加壓輥間距滿足下式:加壓輥間距(mm) =單層預浸片厚度(mm) X鋪層層數(shù)；和/或 所述的預加熱傳送裝置 包括加熱裝置、傳送機構。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防撞部件及其制備方法和用途，具體地，所述的防撞部件是聚丙烯樹脂浸漬于碳纖維內的復合結構拼接而成。所述的防撞部件制備方法包括步驟(a)形成預浸片材；(b)形成層迭的經切割剪裁的預浸片材；(c)形成復合板材；(d)形成防撞部件。本發(fā)明產品和方法具有質量輕、節(jié)能環(huán)保、可大批量連續(xù)化自動化生產，成型效率高等優(yōu)點。
文檔編號B29C51/08GK103072258SQ20121057068
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權日2012年12月24日
發(fā)明者丁江平, 范欣愉, 阮春寅, 林新耀, 劉 東 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所