[发明专利]一种制备热塑性复合材料汽车大型覆盖件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车结构件制备技术领域，特别是涉及一种制备纺织结构碳纤维增强热塑性复合材料汽车大型覆盖件的方法。

背景技术

随着能源紧缺、环境污染问题的日益突出，全世界的汽车制造厂正面临降低排放量和节约能源的压力。车辆减重10％，油耗降低6％～8％。汽车车身轻量化是降低汽车油耗的最有效方法，也是实现“节能减排”国家战略的重要措施。目前，国内外汽车零部件制造商纷纷研发先进的材料，以减轻汽车重量降低废气排放和提高燃油效率，力求在技术上超越竞争对手，提高产品竞争力。

纤维增强复合材料是国内外汽车企业实现整车轻量化的有效途径之一。碳纤维增强复合材料的比重不到钢的1/4，具有高比强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、设计性好和可大面积整体成型的特点，其作为替代金属材料是提高汽车性能、实现汽车轻量化的最有效途径之一。选用碳纤维复合材料制作结构件、覆盖件，可减轻质量达30％左右。

传统的汽车大型覆盖件(如前盖、后盖、车门、顶棚等)通常由钢材料制备而成。钢材料虽然力学性能好(抗拉强度370-1030MPa)，但比重大(密度为7.8-8.7g/cm³)，导致汽车能耗大。目前，现有的汽车大型覆盖件的轻量化制备技术是用纤维增强热固性复合材料(玻璃钢或碳纤维增强环氧树脂)来代替钢材料。 这类热固性复合材料密度约为1.45-2.0g/cm³，抗拉强度400-1500MPa，可以有效实现减轻重量和降低能耗。然后，热固性复合材料有三大弱点：第一，不可回收，废旧品将造成大量环境污染；第二，固化成型时间长(通常为1小时至数小时)；第三，韧性差，冲击强度仅为20-45kJ/m²。用热塑性复合材料来制备大型覆盖件可以解决以上三个问题。目前，有力学性能达到前述汽车大型覆盖件要求的热塑性复合材料，但这种热塑性复合材料制造成本很高，不能普及推广使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的缺点采用对熔融的PPS/CFF或PA6/CFF降温至最高结晶成核温度以下，通过加载的控制方法改变PPS或PA6基体的结晶形貌，从而大幅提高PPS或PA6基体的冲击韧性和拉伸强度；同时通过CFF表面处理改性，提高CFF对PPS/PA6的浸润性和界面结合力，进而提高PPS/CFF或PA6/CFF复合材料力学性能。用这种改进方法制得的PPS/CFF或PA6/CFF热塑性复合材料制备热塑性复合材料汽车大型覆盖件材料抗拉强度达到300-1000MPa，符合汽车大型覆盖件的力学性能需求，且比重小(密度仅为1.4-1.6g/cm³)、韧性高(冲击强度达到50-100kJ/m²左右)、可以回收、成型时间短。并且生产制造容易，成本低。

本发明所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种制备热塑性复合材料汽车大型覆盖件的方法，包括以下步骤：

(1)制备热塑性复合材料

①熔融：将CFF与PPS薄膜或PPS无纺布交替叠层，升温至320-340℃，使PPS全部熔融；或者将CFF与PA6薄膜材料交替叠层，升温至230-260℃，使PA6充分熔融；

②浸润：待PPS全部熔融后对PPS熔体和CFF加压至0.5-2.1MPa，使PPS熔体对CFF充分浸润；或者待PA6充分熔融后对PA6熔体和CFF加压至1.5-3MPa，使PA6熔体对CFF充分浸润； 

③降温：以40-100℃/min的降温速率对浸润了PPS或PA6的CFF进行降温，对浸润了PPS的CFF降温至240℃-260℃，对浸润了PA6的CFF降温至190℃-200℃；

这里以40-100℃/min的速率快速降温的目的是使PPS或PA6在这一特定温度点进行等温结晶，如此晶核数量和结晶速率均可控制，且分散性较小；在240-260℃或190℃-200℃这一特定温度点的目的是能够形成一定数量的晶核，从而具有合适的结晶速率；同时使后面施加压力时，分子链比较容易运动。结晶速率太快会降低材料拉伸强度，太慢会增加制造成本；分子链若不容易运动，会造成材料内部缺陷。与纯PPS相比，最高温度提升了10摄氏度，因为碳纤维存在会诱导结晶，使PPS在较高的温度也能成核，并且在更高的温度加压可以使PPS基体与碳纤维二次浸润，降低孔隙率。