[发明专利]一种碳纤维复材汽车防撞梁及其HSM成型工艺

说明书

技术领域

本发明涉及汽车防撞梁成型领域，尤其是一种碳纤维复材汽车防撞梁及其HSM成型工艺。

背景技术

汽车防撞梁，又称保险杠，安装在汽车前后端，不仅有装饰功能，更重要是吸收和缓和外界冲击力、保护车身及乘员安全功能的安全装置。从安全的角度出发，汽车防撞梁必须具有一定的强度，现有市场上存在的钢材保险杠就是基于强度需求而存在的产品类型。然而随着汽车工业的发展，其对轻量化的要求越来越高，车越重，油耗越高；对于新能源汽车来讲，车身越轻，意味着其续航能力越强，为此，轻质、高强的汽车防撞梁受到人们的青睐。

专利申请CN106114429A公开了一种复合结构汽车保险杆防撞梁及其制造方法，该汽车保险杆由钢板和碳纤维复合材料粘接而成，在遇到突然撞击时，首先分裂的就是粘接部位，内层的碳纤维复合材料所发挥的防撞作用不大，且钢材本身仍然不够轻便，给汽车保险杆制造成型过程增加困难。

中国专利CN103146216B公开了一种高能胶制品、制备方法及其用途，简述之，公开了一种加热膨胀的片材或者膜材，采用涂布方法获得，可以用来替代尼龙风管的模式，将碳布包裹在外面，放入模具并合紧模具中加热即可成型。或者直接用纤维预浸布包裹片材高能胶，然后加热膨胀成型一步法。存在如下问题：

1、片状的高能胶在包碳布预型时仅适合制备2D效果的制品；2、预型的制品的尺寸精度控制不准确，不良率较高；3、制品的厚度超过1cm，碳布预型的尺寸和成型后的尺寸差异较大，会造成在膨胀成型的过程中纤维被膨胀力拉扯，产生应力集中，制品内部的层间结合力不一致，尤其是复杂的厚制品品质不可控。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，提供一种碳纤维复材汽车防撞梁及其HSM两步制备成型工艺，其中HSM为Heat Self Molding的缩写。

为了满足汽车防撞梁轻质、高强的技术要求，本发明将碳纤维与高能胶相结合，并运用HSM成型工艺，获得外观饱满的汽车防撞梁产品。所述的高能胶自身具有粘接力，可以很好地与碳纤维预浸布粘接；同时，高能胶受热后具有膨胀力，大大提高了其与碳纤维预浸布的结合力，从而获得高强度的汽车防撞梁。

由于高能胶自身的特性，其位于汽车防撞梁内部还能发挥吸能盒的作用，在受到撞击后，高能胶能很好地吸收外层碳纤维层传递过来的冲击力，起到缓冲保护作用，因而具有意想不到的保护车身及乘员安全的技术效果。

本发明所述的碳纤维复材汽车防撞梁HSM成型工艺中，所述的高能胶两次受热，第一次在受热是加热到80-100℃，高能胶微微膨胀即可充满模腔，冷却获得芯材；第二次受热是加热到120-180℃，并保温10-60min，高能胶向外膨胀，以使得产品成型。

所述微膨胀前后的体积倍率为膨胀后的体积/膨胀前的体积。

芯材模具和成型模具的区别在于，芯材模具的容积/成型模具的容积＝90％-99％，芯材模具的整体容积略小于成型模具，剩余的空间用于包裹纤维预浸布。

后续制品还需要热处理时，热处理温度范围一般为60-200℃。当处于此温度范围时，热自膨胀高能胶会产生由内而外的膨胀力，该膨胀强度可能会导致制品变形，当后续制品加热时，控制可塑形预型的热自膨胀高能胶的膨胀强度≤纯复材制品在1％形变下的抗变形强度，可克服后续加热膨胀力对制品的破坏，否则控制不当，膨胀力超出制品的抗变形强度1％，制品外观会变形，产生爆裂，翘曲的不良现象。发明人考虑到一般的制品加热膨胀时都有热胀冷缩，其本身的热胀冷缩就可能带来百分之零点几的变形，故发明人最终排除了本身热胀冷缩的变形的影响，采用可塑形预型的热自膨胀高能胶的膨胀强度≤纯复材制品在1％形变下的抗变形强度。

所述纯复材制品是指不含有高能胶填充的汽车防撞梁。所述纯复材制品与所述纤维复材制品相比，内部不含有可塑形预型的热自膨胀高能胶。

本发明与现有技术的不同工艺在于采用两步法制备热自膨胀的制品，第一步获得微膨胀的预型芯材；第二步包裹纤维预浸布获得复材预制体然后加热膨胀到位获得制品。以往的工艺路线是，直接用纤维预浸布包裹片材热自膨胀高能胶，然后加热膨胀成型一步法。

采用本发明所述的方案具有以下优点：其一，采用热自膨胀成型工艺制程的碳纤复材防撞梁，其碳纤维复材在成型过程中，由于受到内部高能胶的膨胀挤压作用，层间结合力提高，制品强度大幅提高；其二，当发生碰撞时，碳纤维复合层受力传递给中间的高能胶，内部填充的高能胶溃缩有效吸收撞击时的能量缓解碰撞力的作用，可以有效降低碰撞对碳纤维复材的破坏，降低维修成本。

具体方案如下：