CN109664524A - 纤维增强复合材料加强梁的成型工艺及使用该工艺的车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有边缘挡筋的纤维增强复合材料加强梁的成型工艺及使用该工艺的车辆。该纤维增强复合材料加强梁的成型工艺包括以下步骤：S1：在芯模上进行连续纤维的三维编织，形成编织预制体；S2：将带有所述芯模的编织预制体放入具有边缘挡筋形成腔室的加热模具内，合模；S3：通过高压树脂转移模塑成型工艺，向所述加热模具内注入快速成型树脂，保压使树脂固化，成为具有边缘挡筋的成型件。根据本发明实施例的纤维增强复合材料加强梁的成型工艺，通过S1‑S3步骤，生产出纤维增强复合材料加强梁结构，纤维增强复合材料加强梁为封闭截面，有助于构件刚度的提升，从而保证通过纤维增强复合材料加强梁的成型工艺所生产的纤维增强复合材料加强梁的刚度足够高。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域，具体而言，涉及一种具有边缘挡筋的纤维增强复合材料加强梁的成型工艺。
背景技术
车辆的车身轻量化技术正以多材料混合车身技术为趋势发展，纤维增强复合材料作为一种先进的轻量化材料，逐渐在量产车辆的车身结构件中得到应用，例如，在侧围内板与侧围外板之间设置纤维增强复合材料加强梁来降低车身的重量，并且提升车身的静态力学和碰撞性能。
尽管纤维增强复合材料作为一种优异的轻量化材料，但是，在将纤维增强复合材料应用于车辆的车身结构件的过程中，因其材料强度与模量较车身部位的钢材料低，所以为了需要满足车辆车身的性能要求，需要在纤维增强复合材料的设计上进行厚度的增加。但是，当纤维增强复合材料在应用于车身关键构件时，如梁、加强板构件时，因这种构件多应用于具有尺寸限制的空间中，所以以一般的钢材料的加强板构件或梁构件进行厚度的增加，通常受到较大的设计限制。另外，通过厚度增加进行性能等效的方式，对轻量化最终效果是不利的。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种具有边缘挡筋的纤维增强复合材料加强梁的成型工艺，可以保证纤维增强复合材料加强梁具有足够的刚度。
本发明还提出了一种使用上述纤维增强复合材料加强梁的成型工艺制成的纤维增强复合材料加强梁的车辆。
根据本发明实施例的具有边缘挡筋的纤维增强复合材料加强梁的成型工艺包括以下步骤：S1：在芯模上进行连续纤维的三维编织，形成编织预制体；S2：将带有所述芯模的编织预制体放入具有边缘挡筋形成腔室的加热模具内，合模；S3：通过高压树脂转移模塑成型工艺，向所述加热模具内注入快速成型树脂，保压使树脂固化，成为具有边缘挡筋的成型件。
根据本发明实施例的具有边缘挡筋的纤维增强复合材料加强梁的成型工艺，通过S1-S3步骤，生产出纤维增强复合材料加强梁结构，相较于传统的钣金零部件所采用的板状构件形式，使用纤维增强复合材料加强梁的成型工艺所生产的纤维增强复合材料加强梁为封闭截面，而相较于传统板状构件的开放截面来说，纤维增强复合材料加强梁的成型工艺有助于构件刚度的提升，从而保证通过纤维增强复合材料加强梁的成型工艺所生产的纤维增强复合材料加强梁的刚度足够高。
根据本发明的一些实施例，所述加热模具的两侧分别形成有所述边缘挡筋形成腔室，从而使得所述纤维增强复合材料加强梁的两端均成型有边缘挡筋。
根据本发明的一些实施例，在步骤S2中，所述加热模具的模腔温度为80℃-150℃。
根据本发明的一些实施例，在步骤S3中，所述树脂的注射压力为90bar-120bar，所述树脂的固化时间为3min-5min。
根据本发明的一些实施例，所述芯模采用泡沫材料、蜂窝材料、金属管材、金属棒材、非金属管材或非金属棒材中的其中一种。
进一步地，所述芯模与所述编织预制体通过胶接或共同固化方式进行连接。
根据本发明的一些实施例，纤维增强复合材料加强梁的成型工艺还包括步骤S4：开模取出所述成型件，并取出所述芯模。
进一步地，所述芯模采用弹性材料制成的水囊，所述水囊内部充水加压使其保持芯模形状，取出芯模前将所述水囊放水减压。
进一步地，所述水囊为硅胶水囊。
根据本发明的一些实施例，所述连续纤维为连续碳纤维或连续玻璃纤维或连续碳-玻混杂纤维。
根据本发明另一方面实施例的车辆，包括使用上述纤维增强复合材料加强梁的成型工艺制成的纤维增强复合材料加强梁。
附图说明
图1是纤维增强复合材料加强梁的示意图；
图2是纤维增强复合材料加强梁的成型工艺的流程示意图。
附图标记：
纤维增强复合材料加强梁400、胶接区域403、边缘挡筋404、凸台405、铆钉孔406。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“厚度”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合图1-图2详细描述根据本发明实施例的具有边缘挡筋404的纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺。
参照图1-图2所示，根据本发明实施例的具有边缘挡筋404的纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺可以包括步骤S1-S3，具体而言：
S1：在芯模上进行连续纤维的三维编织，形成编织预制体。芯模可以为加工编织预制体时提供支撑，在加工纤维增强复合材料加强梁400之前，首先对芯模的结构进行设计，随后在按截面与轴线设计需求加工好的芯模上进行连续纤维的三维编织，并且按照设计要求完成所需层数，形成编织预制体，为合模做好准备。
通过设置芯模的结构，可以控制后期加工制作完成后的纤维增强复合材料加强梁400的截面尺寸以及截面形状，并且通过纤维增强复合材料加强梁400的截面尺寸、截面形状的调整可以进行纤维增强复合材料加强梁400性能的调整。
在具体实施例中，可以采用单向编织预制体或双轴向编织预制体或3D编织预制体技术进行编织预制体的制备，优选地，可以选择3D编织技术对预制体进行编织，3D编织技术属于高度自动化生产，可以保证纤维材料的利用率在90％以上，相较于采用单向编织与双轴向编织技术，3D编织技术生产节拍更快，并且对纤维材料的利用率更高，进而可降低生产纤维增强复合材料加强梁400的加工成本和纤维材料成本。
S2：将带有芯模的编织预制体放入具有边缘挡筋形成腔室的加热模具内，合模。通过将编织预制体放入加热模具内，为下一步注入树脂做好准备。
S3：通过高压树脂转移模塑成型工艺(HP-RTM)，向加热模具内注入快速成型树脂，保压使树脂固化，成为具有边缘挡筋404的成型件，从而完成纤维增强复合材料加强梁400的加工。
在进行S3步骤之前，可以对树脂的原材料进行选型，树脂可以为环氧类、聚酯类、酚醛类、双马来酰亚胺、聚酰亚胺等热固性树脂，通过选择不同的树脂材料，从而可以对后期加工完毕的纤维增强复合材料加强梁400进行性能的调整，并且还可以通过调整树脂的含量，例如，在树脂含量40％-60％之间进行选择，同样可以对纤维增强复合材料加强梁400的性能进行调整。
在一些可选的实施例中，在S1步骤中得到的编织预制体上并没有形成边缘挡筋404，而是加热模具包括边缘挡筋形成腔室，在S3步骤中，通过向所述加热模具内注入快速成型树脂时，使边缘挡筋404在边缘挡筋形成腔室内成型，也就是说，此时，边缘挡筋404的材质是快速成型树脂。
当然，在另一些可选的实施例中，在S1步骤中得到的编织预制体上便形成了边缘挡筋404，在S2步骤中，将编织预制体放入加热模具内时，边缘挡筋404可位于边缘挡筋形成腔室内。随后在S3步骤中，通过向所述加热模具内注入快速成型树脂时，使边缘挡筋404的材质是连续纤维加快速成型树脂的混合物。
如图1所示，边缘挡筋404用于限定胶接区域403的位置，边缘挡筋404以外凸形式设置在纤维增强复合材料加强梁400的外表面上，从而适于将胶粘剂限定在胶接区域403内。通过改变边缘挡筋404在纤维增强复合材料加强梁400上的位置，可以改变胶接区域403的胶层长度。
可选地，边缘挡筋404为环形凸台，由此实现边缘挡筋404对胶粘剂进行整圈阻挡，防止胶粘剂越过边缘挡筋404而泄漏到胶接区域403外部，保证了胶接区域403内胶粘剂的填充量。
在S3步骤之后，可在纤维增强复合材料加强梁400的中间部位开设铆钉孔406，以便于纤维增强复合材料加强梁400与其它零部件进行铆接固定。
当然，也可在S1步骤或S3步骤中，在纤维增强复合材料加强梁400上形成铆钉孔406。
根据本发明实施例的具有边缘挡筋404的纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺，通过S1-S3步骤，生产出管状的纤维增强复合材料加强梁400结构，相较于传统的钣金零部件所采用的板状构件形式，使用纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺所生产的纤维增强复合材料加强梁400为封闭截面，而相较于传统板状构件的开放截面来说，纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺有助于构件刚度的提升，从而保证通过纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺所生产的纤维增强复合材料加强梁400的刚度足够高。
加热模具的两侧分别形成有上述边缘挡筋形成腔室，从而使得纤维增强复合材料加强梁的两端均成型有边缘挡筋404，如图1所示，成型之后纤维增强复合材料加强梁400的两端外表面上各具有两条边缘挡筋404，胶接区域403形成在两个边缘挡筋404之间，两个边缘挡筋404之间的距离越大，胶接区域403的胶层长度越长，有利于增加纤维增强复合材料加强梁400与对应的钣金连接牢固程度。
进一步地，在步骤S2中，加热模具的模腔温度为80℃-150℃，例如，加热模具的模腔温度可以为90℃或者100℃等。
进一步地，在步骤S3中，树脂的注射压力为90bar-120bar，例如，树脂的注射压力可以为100bar或者110bar。树脂的固化时间为3min-5min，例如，树脂的固化时间可以为3.5min或者4.5min等。
具体地，芯模采用泡沫材料、蜂窝材料、金属管材、金属棒材、非金属管材或非金属棒材中的其中一种，从而可以控制芯模的制作成本，进而控制加工纤维增强复合材料加强梁400的成本。
进一步地，芯模与编织预制体通过胶接或共同固化方式进行连接，胶接或共同固化方式两种固化方式均可以保证芯模与编织预制体固化的可靠性高。
根据本发明的一些实施例，纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺还可以包括步骤S4：开模取出成型件，并取出芯模，从而保证在纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺中芯模可以进行多次使用，进而可以节省生产纤维增强复合材料加强梁400的成本。同时，纤维增强复合材料加强梁400成为空心管梁。
进一步地，在取出芯模的工艺中，芯模采用弹性材料制成的水囊，水囊内部充水加压使其保持芯模形状，取出芯模前将水囊放水减压，从而保证芯模可以顺利地取出。
进一步地，水囊可以为硅胶水囊。
进一步地，连续纤维可以为连续碳纤维或连续玻璃纤维或连续碳-玻混杂纤维或玄武岩纤维，通过不同材料的选型，可以对纤维增强复合材料加强梁400的性能和成本进行控制。
下面结合图2对纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺的流程进行详细叙述：
S1：在芯模上进行连续纤维的三维编织，形成编织预制体，为合模做好准备。S2：通过将编织预制体放入加热模具内进行加热，将多层编织预制体与芯模进行合模，为注入树脂做好准备。S3：通过高压树脂转移模塑成型工艺，向加热模具内注入快速成型树脂，保压使树脂固化，成为成型件，完成纤维增强复合材料加强梁400的加工。S4：开模取出成型件，并取出芯模，从而保证在纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺中芯模可以进行多次使用，进而可以节省生产纤维增强复合材料加强梁400的成本。
纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺可以仅包含步骤S1-S3，也可以包含步骤S1-S4。
根据本发明另一方面实施例的车辆，包括使用上述纤维增强复合材料加强梁400的成型工艺制成的纤维增强复合材料加强梁400。通过纤维增强复合材料加强梁400加工而成的车辆车身主要由低模量材料(例如，铝、镁以及复合材料等)组成，相较于传统车辆车身所采用的高模量材料(例如钢等)，在满足刚度目标的同时，还可以减少零部件厚度，从而有利于轻量化设计，具体地，采用纤维增强复合材料加强梁400加工而成的车辆车身可减重30-50％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种具有边缘挡筋(404)的纤维增强复合材料加强梁(400)的成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在芯模上进行连续纤维的三维编织，形成编织预制体；
S2：将带有所述芯模的编织预制体放入具有边缘挡筋形成腔室的加热模具内，合模；
S3：通过高压树脂转移模塑成型工艺，向所述加热模具内注入快速成型树脂，保压使树脂固化，成为具有边缘挡筋(404)的成型件。
2.根据权利要求1所述的具有边缘挡筋(404)的纤维增强复合材料加强梁(400)的成型工艺，其特征在于，所述加热模具的两侧分别形成有所述边缘挡筋形成腔室，从而使得所述纤维增强复合材料加强梁(400)的两端均成型有边缘挡筋(404)。
3.根据权利要求1所述的具有边缘挡筋(404)的纤维增强复合材料加强梁(400)的成型工艺，其特征在于，在步骤S2中，所述加热模具的模腔温度为80℃-150℃。
4.根据权利要求1所述的具有边缘挡筋(404)的纤维增强复合材料加强梁(400)的成型工艺，其特征在于，在步骤S3中，所述树脂的注射压力为90bar-120bar，所述树脂的固化时间为3min-5min。
5.根据权利要求1所述的具有边缘挡筋(404)的纤维增强复合材料加强梁(400)的成型工艺，其特征在于，所述芯模采用泡沫材料、蜂窝材料、金属管材、金属棒材、非金属管材或非金属棒材中的其中一种。
6.根据权利要求5所述的具有边缘挡筋(404)的纤维增强复合材料加强梁(400)的成型工艺，其特征在于，所述芯模与所述编织预制体通过胶接或共同固化方式进行连接。
7.根据权利要求1所述的具有边缘挡筋(404)的纤维增强复合材料加强梁(400)的成型工艺，其特征在于，还包括步骤S4：开模取出所述成型件，并取出所述芯模。
8.根据权利要求7所述的具有边缘挡筋(404)的纤维增强复合材料加强梁(400)的成型工艺，其特征在于，所述芯模采用弹性材料制成的水囊，所述水囊内部充水加压使其保持芯模形状，取出芯模前将所述水囊放水减压。
9.根据权利要求1所述的具有边缘挡筋(404)的纤维增强复合材料加强梁(400)的成型工艺，其特征在于，所述连续纤维为连续碳纤维或连续玻璃纤维或连续碳-玻混杂纤维或玄武岩纤维。
10.一种车辆，其特征在于，包括采用权利要求1-9中任一项所述的成型工艺加工制成的纤维增强复合材料加强梁(400)。
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