一种汽车防撞保护构件总成及其制备方法与流程

本发明涉及一种金属/非金属复合的汽车防撞保护构件总成及其制备方法，属于汽车零配件技术领域。

背景技术：

汽车前防撞保护构件总成主要由防撞横梁、吸能盒和行人保护装置构成。目前，高强度的金属例如钢和铝是汽车防撞保护构件主要使用的材料。各个构件之间通常采用焊接或者机械连接方式连接装配，多道连接装配工艺耗时耗力。此外，随着汽车减重和节能减排的要求日趋严格，全金属的防撞构件显然不利于汽车的轻量化发展。热塑性树脂复合材料具有密度小、优异的耐蚀性、比强度和比刚度高、可设计性强等优点，并且符合汽车行业轻量化和零部件可回收再利用等要求，在汽车生产领域越来越被广泛应用。

综合高强度金属与热塑性复合材料的优点，在满足汽车防撞保护构件的安全要求前提下，开发金属/非金属防撞保护总成，可以有效轻量化，同时减少零件数量，提高生产效率。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术弊端，提供一种汽车防撞保护构件总成及其制备方法，采用金属/非金属复合材料制成防撞保护件总成，有效减轻防撞保护构件总成的重量，采用金属件预埋并且在模压过程中使非金属将金属局部包覆，实现了金属/非金属的可靠连接，增加总成的集成度，提高了生产效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种汽车防撞保护构件总成，包括防撞横梁和吸能盒骨架，所述防撞横梁和吸能盒骨架均为金属件，所述吸能盒骨架固定在所述防撞横梁内侧，所述保护构件总成还包括连续纤维增强片和非金属复合材料模块，所述连续纤维增强片采用粘接剂粘结于所述防撞横梁内侧，所述非金属复合材料模块包括一体成型的防撞梁复合材料加强筋和吸能盒复合材料加强块，所述防撞梁复合材料加强筋包裹于所述防撞横梁的内侧，所述吸能盒复合材料加强块填充于所述吸能盒骨架内部，所述吸能盒骨架与车身固定连接。

上述汽车防撞保护构件总成，非金属复合材料模块还包括行人保护装置，所述行人保护装置、防撞梁复合材料加强筋和吸能盒复合材料加强块一体成型。

上述汽车防撞保护构件总成，所述复合材料模块由微发泡高分子复合材料制成，一百重量份的所述微发泡高分子复合材料包括50-60wt.%高分子材料、25-35wt.%增强纤维、8-12wt.%发泡剂及3-5wt.%助剂。

上述汽车防撞保护构件总成，所述高分子材料为聚丙烯、聚酰胺及聚氨酯中的一种。

上述汽车防撞保护构件总成，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维及玄武岩纤维中的一种或多种。

上述汽车防撞保护构件总成，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二乙酯及偶氮二甲酸钡中的一种或者多种；所述助剂为氧化钙、氧化硅、氧化锌、聚丙烯接枝马来酸酐、硬脂酸锌及硬脂酸镁中的一种或者多种。

上述汽车防撞保护构件总成，所述粘接剂为聚氨酯类、环氧类及丙烯酸类结构胶中的一种。

上述汽车防撞保护构件总成，所述连续纤维增强片中的纤维为玻璃纤维、碳纤维及玄武岩纤维中的一种或多种，纤维的形式为单向带或者编制布，所述连续纤维增强片中的树脂为聚丙烯、聚酰胺及聚氨酯中的一种。

上述汽车防撞保护构件总成，所述吸能盒骨架金属件与车身螺栓连接或者焊接。

一种汽车防撞保护构件总成的制备方法，所述制备方法包括以下制备步骤：

a、将吸能盒骨架固定于所述防撞横梁内侧两端，将吸能盒骨架和防撞横梁的金属表面清洗烘干后，在所述防撞横梁内侧和吸能盒骨架内侧均涂覆粘接剂；

b、将步骤a的金属件烘热至70-100℃后，置于模温不低于60℃的模具中；

c、将连续纤维增强片预热至140-200℃后，铺放于所述防撞横梁内侧；

d、将温度为150-210℃的微发泡高分子复合材料预成型熔体铺于模具中；

e、合模，施加10-20mpa的压力、保压60-200s，得到防撞保护构件总成。

本发明的有益效果是：

本发明采用非金属复合材料填充至金属骨架中模压制备而成，模压过程中使非金属将金属局部包覆，实现金属/非金属的可靠连接，减少了焊接或者机械连接工序，有效降低了工艺的复杂性；防撞横梁内铺设连续纤维增强片，既提高了金属防撞横梁的强度，又在满足安全要求的前提下减轻了汽车前防撞保护构件总成的重量，其重量低至4.9kg，比现有钢制设计重量8.1kg减重40%；在吸能盒骨架金属件内部模压填充吸能盒骨架复合材料加强块，金属支撑的非金属复合材料吸能盒骨架实现了碰撞过程中的多级吸能，防撞保护构件总成是通过吸能盒骨架的金属部分与车身连接，连接方式可以为焊接或机械连接，解决了非金属复合材料与车身连接强度不足的问题，避免了在碰撞过程中吸能盒复合材料加强块和车身连接处提前断裂而导致的防撞保护构件总成失效；防撞梁复合材料加强筋、吸能盒复合材料加强块和行人保护装置均采用微发泡高分子复合材料一体成型，增加了构件总成的集成度，且微发泡高分子复合材料吸能效果好，行人保护装置通过吸能在碰撞时有效保护行人。

附图说明

图1为本发明保护构件总成整体结构示意图；

图2为金属件结构示意图；

图3为非金属复合材料模块；

图中：1、防撞横梁；2、吸能盒骨架；3、连续纤维增强片；4、非金属复合材料模块；4-1、防撞梁复合材料加强筋；4-2、吸能盒复合材料加强块；4-3、行人保护装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

参看图1至图3，本发明汽车防撞保护构件总成包括防撞横梁1、吸能盒骨架2、连续纤维增强片3和非金属复合材料模块4，防撞横梁和吸能盒骨架均为高强钢或者铝合金金属板材制成，吸能盒骨架包括两个，分别通过螺栓连接或者焊接固定在防撞横梁内侧的两端，所述连续纤维增强片3铺设在防撞横梁内侧，通过粘接剂与防撞横梁内侧底部固定连接，所述非金属复合材料模块4包括一体成型的防撞梁复合材料加强筋4-1、吸能盒复合材料加强块4-2及行人保护装置4-3，所述防撞梁复合材料加强筋4-1覆于连续纤维增强片上方，模压包裹于所述防撞横梁1的内侧，并通过粘接剂加固与防撞横梁内侧的连接，所述吸能盒复合材料加强块4-2模压填充于所述吸能盒骨架2内部，并通过粘接剂加固与吸能盒骨架金属件内侧的连接，所述吸能盒骨架2顶端与车身焊接或者通过螺栓固定连接。

实施例1

制备过程：a、吸能盒骨架和防撞横梁选用6082铝合金制成厚度为2.8cm，将两个吸能盒骨架2底端分别焊接于所述防撞横梁内侧两端，将吸能盒骨架和防撞横梁的金属表面清洗烘干后，在所述防撞横梁和吸能盒骨架内侧均涂覆丙烯酸类的粘接剂；

b、将步骤a的铝合金金属件烘热至85℃后，嵌置于模温为65℃的模具中；

c、将聚丙烯玻璃纤维单向带增强片预热至150℃后，铺放于所述防撞横梁1内侧；聚丙烯玻璃纤维单向带增强片与防撞横梁内侧底部粘接；

d、采用挤出机将微发泡聚丙烯坯料挤出呈长条状的预成型熔体，坯料的组成成分为：55wt.%聚丙烯，32wt.%玻璃纤维，8wt.%偶氮二甲酸二乙酯，1.5wt.%聚丙烯接枝马来酸酐，2wt.%氧化硅和1.5wt.%硬脂酸镁，将加热至150℃的微发泡聚丙烯复合材料预成型熔体铺于模具中；

e、合模，施加15mpa的压力、保压200s，得到图1所示的防撞保护构件总成，总成的重量为5.4kg。

实施例2

制备过程：a、吸能盒骨架和防撞横梁选用hc980钢板制成，厚度为1.6cm，将两个吸能盒骨架2底端分别焊接于所述防撞横梁内侧两端，将吸能盒骨架和防撞横梁的金属表面清洗烘干后，在所述防撞横梁和吸能盒骨架内侧均涂覆环氧类的粘接剂；

b、将步骤a的钢制属件烘热至90℃后，嵌置于模温为80℃的模具中；

c、将聚酰胺碳纤维编织带增强片预热至200℃后，铺放于所述防撞横梁1内侧；聚丙烯玻璃纤维单向带增强片与防撞横梁内侧底部通过粘接剂粘接；

d、采用挤出机将微发泡聚酰胺坯料挤出呈长条状预成型熔体，坯料的组成成分为：60wt.%聚酰胺，25wt.%碳纤维，12wt.%偶氮二甲酸钡，2wt.%氧化硅和1wt.%硬脂酸镁，将温度加热至210℃的微发泡聚酰胺复合材料预成型熔体铺于模具中；

e、合模，施加20mpa的压力、保压60s，得到防撞保护构件总成，总成的重量为6.5kg。

实施例3

制备过程：a、吸能盒骨架和防撞横梁选用铝合金制成，厚度为2.5cm，将两个吸能盒骨架2底端分别焊接于所述防撞横梁内侧两端，将吸能盒骨架和防撞横梁的金属表面清洗烘干后，在所述防撞横梁内侧和吸能盒骨架内侧涂覆聚氨酯类的粘接剂；

b、将步骤a的铝制金属件烘热至85℃后，嵌置于模温为70℃的模具中；

c、将聚氨酯碳纤维编织带增强片预热至180℃后，铺放于所述防撞横梁1内侧；聚氨酯碳纤维编织带增强片与防撞横梁内侧底部通过粘接剂粘接；

d、采用挤出机将微发泡聚氨酯坯料挤出呈长条状预成型熔体，坯料的组成成分为：55wt.%聚氨酯，32wt.%碳纤维，10wt.%偶氮二甲酸二乙酯，2wt.%氧化锌和1wt.%硬脂酸锌，将温度加热为185℃的微发泡聚氨酯复合材料预成型熔体铺于模具中；

e、合模，施加18mpa的压力、保压100s，得到防撞保护构件总成，总成的重量为5.2kg。

实施例4

制备过程：a、吸能盒骨架和防撞横梁选用高强钢制成，厚度为1.8cm，将两个吸能盒骨架2底端分别焊接于所述防撞横梁内侧两端，将吸能盒骨架和防撞横梁的金属表面清洗烘干后，在所述防撞横梁内侧涂覆丙烯酸类的粘接剂；

b、将步骤a的钢制金属件烘热至70℃后，嵌置于模温为65℃的模具中；

c、将聚丙烯玄武岩纤维编织带增强片预热至140℃后，铺放于所述防撞横梁1内侧；

d、采用挤出机将微发泡聚丙烯坯料挤出呈长条状预成型熔体，坯料的组成成分为：60wt.%聚丙烯，27wt.%玻璃纤维，9wt.%偶氮二甲酰胺，1.5wt.%聚丙烯接枝马来酸酐，1wt.%氧化硅和1.5wt.%硬脂酸镁，将温度加热为165℃的微发泡聚丙烯复合材料预成型熔体铺于模具中；

e、合模，施加16mpa的压力、保压160s，得到防撞保护构件总成，总成的重量为6.8kg。

实施例5

制备过程：a、吸能盒骨架和防撞横梁选用铝合金制成，厚度为2.2cm，将两个吸能盒骨架2底端分别焊接于所述防撞横梁内侧两端，将吸能盒骨架和防撞横梁的金属表面清洗烘干后，在所述防撞横梁内侧涂覆丙烯酸类的粘接剂；

b、将步骤a的铝合金金属件烘热至100℃后，嵌置于模温为75℃的模具中；

c、将聚丙烯碳纤维编织带增强片预热至155℃后，铺放于所述防撞横梁1内侧；

d、采用挤出机将微发泡聚丙烯坯料挤出呈长条状预成型熔体，坯料的组成成分为：55wt.%聚丙烯，30wt.%玻璃纤维，10wt.%偶氮二甲酰胺，2wt.%聚丙烯接枝马来酸酐，1.5wt.%氧化钙和1.5wt.%硬脂酸锌，将温度加热为165℃的微发泡聚丙烯复合材料预成型熔体铺于模具中；

e、合模，施加17mpa的压力、保压150s，得到防撞保护构件总成，总成的重量为4.9kg。