一种用于制备乘用车全长车身底护板的长玻纤增强轻质热塑性复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于汽车外饰件用复合材料技术领域，具体地说，涉及一种用于制备乘用 车全长车身底护板的长玻纤增强轻质热塑性复合板材及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 乘用车底护板是根据各车型量身定制附装在车身下方的防护装置，其功能是：（1) 防止行车过程中，扬起的路面积水或者泥沙等异物飞溅入发动机仓，保持发动机仓的清洁；
[2] 防止雨水、冰雪等物对底盘系统的腐蚀；（3)抵挡在行车过程中，异常隆起地面对底盘系 统的刮擦，以及由于车轮碾压路面碎石硬物对裸露在外的发动机仓、油路管路的敲击；（4) 减少进入汽车底部的空气气流的阻力，减少由于紊流导致的上升力，提高整车的行驶稳定 性；（5)减轻车身前侧的空气涡流，减轻空气阻力，改善燃油经济性；（6)隔离发动机、轮胎等 噪声向车室内传递，提高乘坐舒适性。
[0003] 早期，车底护板仅是被附装在车身下部用于保护部分重要组件的一些小板。后由 于80年代末90年代初，德国制定了非常严格的汽车噪音标准，再加上这一地区较高的行驶 速度以及历来较高的燃油价格，使其演化成为一系列的大型底护板，几乎覆盖了乘用车的 整个底盘(除排气管外）。这类全长车身底护板除能有效保护汽车底部免受石击和雨水溅射 的影响，还能用于空气动力性能的管理以及隔离发动机噪音，这些独特优势均为全长车身 底护板带来了良好的发展机遇。近年来随着底护板的不断改进与变大，其形状也从简单的 平板变得更加复杂，功能开始兼具吸音、隔热、阻水、防腐蚀、抗石击等性能。材料则由早先 的钢或铝演变为GMT等复合材料，直到90年代晚期又产生了成本更低、成型方式更为灵活的 轻质增强热塑性复合材料(LWRT)。
[0004] LWRT中含有大量渗入空气，采用聚丙烯纤维和玻璃纤维共同掺合成毡，不像传统 GMT那样坚韧，基于较高的孔隙率，使得LWRT每单位面积重量的刚性更高，密度更低，并且 可按需压固获得不同压挤程度，提供出色的声阻特性。然而，LWRT中采用的是短切玻璃纤维 毡，经干法梳理工艺与针刺加固后，玻纤损伤严重，而且取向明显，板材力学性能呈各向异 性，再经多功能层铺叠合刺后，纤维损伤进一步加大，实际胚毡中的玻纤长度只有25-50_。 考虑到90年代以来底护板制品越来越大，形状又变得更加复杂，使用被损伤过短的玻璃纤 维模制三维深拉伸零件时往往会发生纤维从树脂中分离的现象，导致热压成型时材料内部 树脂的应力传递连续性变差，纤维不能流到复杂形状制品的各个角落，导致局部拉裂或增 强不良，另外制品外观中纤维显露，不适宜制作外观要求高的汽车部件。
[0005] 中国专利CN103692990A公开了一种高性能乘用车底护板用轻质纤维增强热塑性 板材及其制备工艺，但其采用网状热熔胶膜作为各功能层间的粘合层，虽避免了玻璃纤维 因各功能层合刺带来的磨损与断裂，然而网状热熔胶膜在模制部件过程中熔融浸渍于玻璃 纤维毡之间，堵塞了原本开孔的立体结构纤维网，不利于声波进入材料内部，在吸音性能要 求较高的应用上受到限制。
[0006] 中国专利CN102166842A公开了一种复合纤维汽车内饰板及其生产方法，所述汽车 内饰板包含基层和层压在基层的至少一个表面上的非织物或织物表面层。本发明各功能层 通过铺叠层压工艺复合在一起，避免了各层合刺对纤维造成的损伤，因而可制成三维深拉 伸的汽车内饰板。但此法仅适用于各功能层基材纤维相同时才有好的粘结性，当各功能层 基材纤维不同时往往易出现分层脱胶，在力学性能要求较高的应用上受到限制。
【发明内容】
[0007] 本发明需要解决的技术问题是公开一种用于制备乘用车全长车身底护板的长纤 维增强轻质热塑性复合板材及其制备方法，解决了多功能层车底护在多层合刺固结加工过 程中长纤维磨损及断裂问题。本发明将板材所需外功能层在制备芯层刚性骨架层时一起通 过针刺固结制成复合纤维毡，避免了刚性骨架层纤维因多道针刺而造成的损伤，保持了刚 性骨架层复合毡中长纤维的比例，从而有效提高了材料内部树脂的应力传递连续性，提高 了热塑性轻质复合板材的断裂强度及断裂伸长率，降低了纵横向强力比值，确保了复合板 材平整，适宜模制三维深拉伸的汽车底护部件。同时本发明所述复合板材各功能层以各自 混合比混合基材纤维与增强材料(包含聚酯纤维与增强纤维)而设计为多层复合结构，并 根据各层性能有针对性的筛选各自适宜的纤维原材，通过实验评估各功能层克重变化引起 的性能关系调整，统筹各功能层对整体板材的性能贡献，提出多功能层车底护各层最佳比 重分配及各层中最佳纤维配比范围，使最终复合板材具有优异的成型性、抗冲击性、吸声性 和防腐阻水等性能，并经实验检测各项性能均满足GMW16381中规定的对应用于汽车底护板 轻质增强热塑性材料的各项要求。本发明是通过以下技术方案实现的：
[0008] 一种用于制备乘用车全长车身底护板的长纤维增强轻质热塑性复合板材，其特征 在于，所述复合板材自下而上依次为防渗耐刮层、增韧抗冲层、刚性骨架层、吸音降噪层与 疏水拒油层，其中所述的增韧抗冲层、刚性骨架层与吸音降噪层均为混纺纤维毡。所述的增 韧抗冲层和吸音降噪层是以热塑性基材纤维为粘结基体，以聚酯纤维和/或增强纤维为增 强材料混纺制得的复合纤维毡，并且在基材纤维、聚酯纤维和增强纤维含量方面可相同，而 所述的刚性骨架层是以热塑性基材纤维为粘结基体，以增强纤维为增强材料混纺制得的复 合纤维毡，并且在基材纤维含量和增强纤维含量上则不同于所述的增韧抗冲层与吸音降噪 层中的含量。
[0009] 进一步地，所述的长纤维增强轻质热塑性复合板材中增韧抗冲层和吸音降噪层的 面密度为200-600g/m2;所述的刚性骨架层的面密度为500-1300g/m 2。与增韧抗冲层和吸音 降噪层相比，刚性骨架层克重较大，纤网堆积较紧密，多为粗旦纤维，因而具有更高的刚性， 为确保底护板在飞溅的石子、泥、砾石、雨水、冰雪等的碰撞下，发挥良好的耐久性能和抗击 打性能，最适比重500-1300g/m 2为宜；增韧抗冲层毡网面密度较小，多为细旦纤维，毡网比 面积增大，增加了纤维间抱合力的同时提高了复合纤维毡的蓬松度，疏松的毡网排布提高 了受石击与雨水溅射时的缓冲性，过多的比重分配于该层则不利于汽车部件的轻量化设 计，过少则无法提供缓冲效果，最适比重200-600g/m 2为宜；吸音降噪层毡网密度与增韧抗 冲层相当，纤维除选用细旦纤维外，可掺混部分异形截面纤维，异形截面纤维因特殊的截面 形态，使得复合纤维毡在相同条件下具有更优良的蓬松性和挺硬度，故制成的产品具有三 维立体结构和较高的孔隙率，引导声波进入材料内部，另外由于单根纤维的比面积增加，加 强了纤维间的抱合力和摩擦系数，从而提高了空气的粘滞阻力、增加了空气分子与孔隙壁 的摩擦力，使声能更为有效地转化为摩擦热能而吸声，从轻量化及声学吸音角度统筹考虑 最适比重200-600g/m2为宜。
[0010] 进一步地，所述的长纤维增强轻质热塑性复合板材中增韧抗冲层和吸音降噪层主 要由20wt % -50wt %的基材纤维和50wt % _80wt %的聚酯纤维，或者60wt % -80wt %的基材 纤维和20wt % _40wt %的增强纤维，或者由20wt % _30wt %的基材纤维、40wt % _60wt %的聚 酯纤维及10wt%-40wt%的增强纤维混纺制得的复合纤维毡。其中包含的化纤比例(基材纤 维+聚酯纤维）比增强纤维的比例高，以使增韧抗冲层和吸音降噪层的毡表面细密、光滑，提 高空气粘滞阻力提高吸声特性的同时还会改善与修整无纺织物间的粘附性，防止制品外观 增强纤维显露，适宜模制外观要求高的汽车底护部件。
[0011] 进一步地，所述的长纤维增强轻质热塑性复合板材中增韧抗冲层和吸音降噪层中 的基材纤维主要为中短纤，纤维长度为25-100mm，纤度为5-9D;所述聚酯纤维主要为中短 纤，纤维长度为25-100mm，纤度为1-9D，纤维截面形状为圆形、多角形、多叶形、Y形、哑铃形、 扇形或中空;所述增强纤维主要为中短纤，纤维长度为25-100_，直径为10-50μπι。
[0012] 进一步地，所述的长纤维增强轻