CN103895314B - 一种碳纤维复合材料行李架的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纤维复合材料行李架的制备方法，包括如下步骤：通过有限元分析，确定碳纤维复合材料板材的铺层结构；按照产品的形状及尺寸制作泡沫材质的芯材内模；根据上述确定的铺层结构，将相应的热塑性碳纤维复合材料预浸料在芯材内模上缠绕包覆；将上述预成型体放在模具内加热模压成型；脱模，将产品内部的泡沫芯材去掉，即得到碳纤维复合材料行李架。与现有技术相比，本发明通过对热塑性碳纤维复合材料车顶行李架从设计到优化及制备，充分利用碳纤维材料的高强度高模量，提高结构的强度和刚度，还能减轻重量。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维复合材料制造行李架的方法，属于复合材料和汽车零部件领域。
背景技术
由于环保和节能的需要，汽车轻量化已成为世界汽车工业发展的必然趋势。汽车轻量化就是在保证汽车的强度和安全性能前提下，尽可能的降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力经济性，减少燃料消耗，降低尾气污染。研究成果表明对于1000Kg自重的轿车，车辆质量减轻10%，则可降低燃油消耗6～8%左右，减少排放4%，具有重大的节能和环保意义；同时可以提高燃油利用率、驾驶操纵性和舒适性。碳纤维复合材料是实现汽车轻量化的一种选择。随着碳纤维成本的下降以及加工工艺的提升，碳纤维复合材料在汽车的应用也已从赛车及豪华车逐渐转向了量产车型上。
随着生活水平的提高，现在很多的RV车、休闲车为年轻的驾车休闲族所喜爱，而驾车出外休闲旅游或运动往往都带有比较多的随车行李，而汽车的本身内部空间狭小而无法容纳过多的随行物件，这样在车顶上安装行李架有利于解决这个缺点，位于汽车车顶的行李架不仅可以用来放置休闲运动用品，还可以装载货物等。行李架由于具有承载和固定随车行李的作用，故需要高强度和高模量的要求。而碳纤维复合材料具备高强高模量的特点，且其结构可以实现可设计性，正好可以解决这一技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料汽车车顶行李架的制备方法，在获得高强度高刚度的前提下，实现减重。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
1、一种碳纤维复合材料行李架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）通过有限元分析，确定碳纤维复合材料板材的铺层结构；
2）按照产品的形状及尺寸制作泡沫材质的芯材内模；
3）根据步骤1）确定的铺层结构，将相应的热塑性碳纤维复合材料预浸料在芯材内模上缠绕包覆；
4）将上述预成型体放在模具内加热模压成型；
5）脱模，将产品内部的泡沫芯材去掉，即得到碳纤维复合材料行李架。
所述热塑性碳纤维复合材料预浸料为热塑性树脂和碳纤维织物通过熔融浸渍法制成。
所述热塑性树脂为热变形温度超过190℃的树脂。
所述热塑性树脂为聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮（PEK）、聚酰亚胺（PI）、聚醚酰亚胺（PEI）和聚醚砜（PES）中的一种。
所述碳纤维织物为平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向经编织物中的一种或多种。
所述步骤3）中还包括在缠绕和包裹的过程中，对底部进行多层加固。
与现有技术相比，本发明通过对热塑性碳纤维复合材料车顶行李架从设计到优化及制备，充分利用碳纤维材料的高强度高模量，提高结构的强度和刚度，还能减轻重量。
附图说明
图1为本发明方法制备出来的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例来说明。
制备一种碳纤维复合材料，包括以下步骤：
1.针对行李架的技术要求和性能指标，并结合所采用的热塑性碳纤维复合材料的性能指标，在有限元软件中通过调整碳纤维复合材料板材的铺层层数、方向及顺序等，得到满足性能要求的铺层设计方案；
2.按照产品内表面的形状及尺寸制作出一套泡沫材质的芯材内模，目的是成型行李架的空心槽；
3.将按照上述的铺层设计方案的热塑性碳纤维复合材料预浸带材在泡沫芯材内模上进行缠绕和包覆，并在适当的部位如底部进行多层加固，以保证其力学性能；
4.将以上的预成型体加入成型模具中，合模加热进行热压成型，保温保压；
5.模具温度降到室温左右时，进行脱模，将产品内部的泡沫芯层去掉，即得到制备的碳纤维复合材料行李架。
具体的步骤为：
1）热塑性树脂采用PPS树脂；所述的PPS树脂为连续纤维状；碳纤维织物采用单向织物，通过CAE铺层设计，形成满足性能要求的铺层方案；
通过熔融浸渍法将PPS树脂与碳纤维织物制备成热塑性碳纤维复合材料预浸带材；所述的PPS/碳纤维复合材料预浸带材中，PPS与碳纤维织物的体积比范围为0.8:1-1.2：1；所述的PPS/碳纤维复合材料带材的成型温度范围为315℃-325℃，优选加工温度为320℃；所述的热压成型模具中模具型芯采用的是H13模具钢；
2）泡沫芯材内模：按照产品内表面的形状及尺寸制作出一套泡沫材质的芯材内模，目的是成型行李架的空心槽；
3）预成型体：将按照上述的铺层设计方案的热塑性碳纤维复合材料预浸带材（约0.3mm厚）在泡沫芯材内模上进行缠绕和包覆（8-13层），每层都紧贴内模，并在适当的部位如底部进行多层（10层以上）加固，以保证其力学性能；
4）模具前处理：用酒精对上下模具的表面进行了清理；用半永久性脱模剂807对模具表面均匀涂抹5遍，每次涂抹间隔半小时以上，便于脱模；
5）成型：将以上的预成型体加入成型模具中，合模在320℃的条件下加热5-10min，进行热压成型，保温保压10min；
6）脱模：模具温度降到室温左右时，进行脱模，将产品内部的泡沫芯材去掉，即得到制备的碳纤维复合材料行李架。
以上实施例显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，而不是以任何方式限制本发明的范围，在不脱离本发明范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。
Claims (5)
1.一种碳纤维复合材料行李架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）通过有限元分析，确定碳纤维复合材料板材的铺层结构；
2）按照产品的形状及尺寸制作泡沫材质的芯材内模；
3）根据步骤1）确定的铺层结构，将相应的热塑性碳纤维复合材料预浸料在芯材内模上缠绕包覆；
4）将上述预成型体放在模具内加热模压成型；
5）脱模，将产品内部的泡沫芯材去掉，即得到碳纤维复合材料行李架；
所述热塑性碳纤维复合材料预浸料为热塑性树脂和碳纤维织物通过熔融浸渍法制成。
2.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料行李架的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂为热变形温度超过190℃的树脂。
3.如权利要求2所述的一种碳纤维复合材料行李架的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂为聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮（PEK）、聚酰亚胺（PI）、聚醚酰亚胺（PEI）和聚醚砜（PES）中的一种。
4.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料行李架的制备方法，其特征在于，所述碳纤维织物为平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向经编织物中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料行李架的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中还包括在缠绕和包裹的过程中，对底部进行多层加固。
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