一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法

本发明属于复合材料制造领域，涉及了一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法。

背景技术：

1、近年来复合材料对材料轻量化领域的发展起到至关重要的作用，广泛的应用市场促使出了许多生产、应用复合材料的工艺方法，但是对于汽车行业等传统工业，仍然对产品的成本较为敏感，同时由于为了增强而提高各零部件的质量也会产生诸多附加成本，影响产品的实际应用情况。

2、目前复合材料多为由一种纤维或几种不同纤维以同一种存在形式，诸如短切、长切、连续纤维等，但是这也会因为不同存在形式具有不同的优缺点，单一使用就会导致某些缺点无法避免，或使其他性能过强导致成本上升，抑制应用市场。

3、针对上述问题，本发明旨在提供一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，通过设计将短纤维、连续纤维重新复合成为一种新型复合材料，利用连续纤维的优异性能精准增强工件，实现在不大幅提升质量的前提下，大幅提高工件综合性能。

技术实现思路

1、鉴于传统复合材料制造工艺存在以上问题，本发明的目的在于提供一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，可以解决传统工艺中限制复合材料实际应用的诸多缺陷，该复合材料有较好的工艺设计性以及具有良好的弯曲性能、冲击性能、拉伸性能等力学性能。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：包括碳纤维的改性处理、碳纤维增强热塑性树脂基毡材的制备、碳纤维增强热塑性树脂基毡材的裁切、碳纤维预浸料的裁切、碳纤维预浸料的铺设、碳纤维增强热塑性树脂基毡材的铺设、复合材料的热压成型。采用改性剂对碳纤维表面进行去浆处理，按照碳纤维增强热塑性树脂基毡材的设计需求裁切改性过后的碳纤维丝束，将裁切过后的碳纤维与热塑性树脂纤维利用悬浮液共混法制作成为毡材，对毡材进行烘干、裁剪，对碳纤维预浸料进行裁切，并贴附在模具上，再在碳纤维预浸料上铺放碳纤维增强热塑性树脂基毡材，热模压成型。

4、所述一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

5、（a）取硅烷偶联剂、丙酮和乙醇配置成混合液，将碳纤维放入溶液中并有螺旋桨搅拌器，搅拌30min；

6、（b） 取出碳纤维丝束放入烘干箱中,温度120℃,时间30min;

7、（c） 将改性后的碳纤维置于切割机,切成30-80mm;

8、（d） 将裁切后的碳纤维与热塑性树脂纤维置于悬浮液中,共混、制毡;

9、（e） 将毡材置于烘干箱中,在100℃下烘干，裁切;

10、（f） 根据设计裁切连续碳纤维预浸料,并贴附在模具上;

11、（g） 将裁切好的纤维毡置于预浸料上;

12、（h）热模压成型，得到最终制品。

13、所述汽车零部件为发动机盖板，车门外板、车门内衬、车内地板、保险杠等其他结构相对简单的汽车零部件。

14、所述碳纤维为pan基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维、再生碳纤维的一种或几种组合。

15、步骤（a）中的硅烷偶联剂为kh-792。

16、所述热塑性树脂纤维为尼龙纤维、聚醚醚酮纤维、聚丙烯纤维、聚乳酸纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种以上。

17、步骤（d）中的悬浮液由丙酮与乙醇按体积比1：1配制而成。

18、所述连续碳纤维预浸料为单向连续碳纤维预浸料或三维编织连续碳纤维预浸料。

19、步骤（a）中溶液为硅烷偶联剂、丙酮、乙醇按体积比1:2:3配制而成。

20、步骤（d）中制造碳纤维增强热塑性毡材时采用的是悬浮液共混法。

21、步骤（h）中所述热模压成型的条件为热压温度为110-400 ℃，热压时间为0.5-10min。

22、一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述碳纤维复合材料，为以热塑性树脂为基体材料，以短切碳纤维为增强纤维的中间层复合材料，以连续碳纤维为增强纤维的表面层复合材料，通过连续碳纤维预浸料，贴附在短切碳纤维热塑性复合材料上，实现整体材料的增强。

23、所述的热压成型中，使用的是可以实现快速加热的一体化热压成型设备，

24、碳纤维预浸料的裁切与贴附的目的是，根据前期工件设计时需要加强的地方，通过贴附连续纤维预浸料实现，不大幅提高工件质量的前提下，更加精准的提高力学性能。

25、本发明首先通过悬浮液共混法制造短切碳纤维增强热塑性纤维毡材，然后通过前期设计分析过程，找出短切碳纤维增强热塑性纤维毡性能不足的地方，最后使用精准下料的连续碳纤维预浸料与短切碳纤维增强热塑性纤维毡材模压成型，实现复合材料的精准增强。通过连续碳纤维预浸料的精准增强，实现在最小的成本提高，最小的重量提升的前提条件下，达到设计的性能需求，同样采用连续碳纤维预浸料也大大提高了产品的可设计性。

技术特征：

1.一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：采用改性剂对碳纤维表面进行去浆处理，按照短切碳纤维增强热塑性树脂基毡材的设计需求裁切改性过后的碳纤维丝束，将裁切过后的碳纤维与热塑性树脂纤维利用悬浮液共混法制作成为毡材，对毡材进行烘干、裁剪，对连续碳纤维预浸料进行裁切，并贴附在模具上，再在连续碳纤维预浸料上铺放短切碳纤维增强热塑性树脂基毡材，热模压成型。

2.根据权利要求1所述一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，所述热塑性树脂纤维为尼龙纤维、聚醚醚酮纤维、聚丙烯纤维、聚乳酸纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种以上。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，步骤（d）中的悬浮液为丙酮和乙醇体积比1:1配制。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，所述碳纤维为pan基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维、再生碳纤维的一种或几种组合。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，所述连续碳纤维预浸料为单向连续碳纤维预浸料或三维编织连续碳纤维预浸料。

7.根据权利要求2所述的一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，步骤（a）的硅烷偶联剂为kh-792。

8.根据权利要求2或7所述的一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，步骤（a）中硅烷偶联剂、丙酮、乙醇按体积比1:2:3配制而成。

9.根据权利要求2所述的一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，步骤（h）中所述热模压成型的条件为热压温度为110-400 ℃，热压时间为0.5-10 min。

10.根据权利要求1所述一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法，所述汽车零部件为发动机盖板、车门外板、车门内衬、车内地板或保险杠。

技术总结
本发明属于复合材料领域，公开了一种用于汽车零部件的碳纤维复合材料的制备方法。所述复合材料包括树脂纤维和增强纤维，增强纤维包括连续碳纤维、短切碳纤维。通过使用连续碳纤维预浸料以及由短切碳纤维与树脂纤维采用悬浮液共混法制造的碳纤维增强热塑性树脂基毡材进行二次复合，使得最终制品可以精准增强，实现以最小的质量增加而制品综合性能的大幅上升的目的，进而提高制品更广泛的应用。

技术研发人员：刘雪强,张长琦,杨涵,沈灿铎,王侨,王杰
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11