[发明专利]碳纤维/芳纶增强树脂基复合材料及其制备的汽车前防撞梁

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车用防撞梁复合材料结构件，特别涉及一种碳纤维/芳纶增强树脂基复合材料及其制备的汽车前防撞梁。

背景技术

汽车工业近年来的迅速发展使汽车的保有量不断地提高，同时也带来了化石能源消耗、尾气排放污染、交通安全等问题。汽车的节能、环保、安全已成为全球汽车行业未来发展的趋势，也是我国汽车产业政策的方向。减少燃料消耗和降低尾气排放已成为汽车工业可持续发展亟需解决的关键问题。汽车的轻量化是降低能源消耗的最有效途径之一，也是近年来汽车制造商所追求的目标。目前，汽车底盘、悬挂、发动机等主要部件多采用金属材料，大部分的燃料消耗在克服汽车自身重量上。寻找和开发比重低、强度高的材料作为汽车部分钢构件的替代品也就显得极为迫切。

碳纤维是一种高强度、高模量且力学性能优异的纤维材料，其密度仅为钢的1/4左右，但抗拉强度可达3750MPa以上，为钢的7-9倍；其拉伸模量可达到230GPa以上，碳纤维复合材料具有极高的比强度和比刚度，在航空航天等领域已开始广泛应用。芳纶纤维是聚对苯二甲酰对苯二胺的商品名，是一种合成纤维，具有超高强度、高模量、耐高温等优良性能，其强度为钢的5-6倍，模量为钢丝的2-3倍，韧性是钢丝的2倍，而密度仅为钢的1/5左右，有“合成钢丝”的美誉。目前，碳纤维复合材料已被用于汽车引擎盖、翼子板等结构件，由于碳纤维复合材料质脆且损坏后难以修复，一定程度的限制了碳纤维复合材料在汽车领域的应用。芳纶纤维也具有高的比强度，在韧性方面能够与碳纤维互补，可一定程度的解决碳纤维复合材料较脆冲击后易碎裂的缺点，如果能开发碳纤维/芳纶纤维混合结构的复合材料，有望解决目前汽车用复合材料强度和韧性的矛盾问题。

现有的改进汽车防撞梁的强度和韧性的方法多是对防撞梁的结构进行改进，对材料的改进较少，如中国专利ZL201120345499.1中公开了一种汽车用防撞梁；其为一体铝合金结构，右部上下角位上设有A圆弧导角，内部设有两个腔体；该防撞梁是铝合金挤压件后加工而成，材料为铝合金材料，总体重量较传统钢金属防撞梁有所下降，但还是较重。中国专利ZL03807273.4中公开了一种增强的防撞梁，包括聚合物基体和包括金属软线的金属增强结构，所述金属增强结构由基本上彼此平行的金属软线组成，所述的聚合物基体包括至少第一层和第二层，所述第一层围绕所述金属软线的表面存在，和所述第二层围绕所述第一层表面存在。该防撞梁具有改进的抗撞击性和在撞击之中与之后具有改进的完整性。

发明内容

本发明提供了一种汽车防撞梁用碳纤维/芳纶增强树脂基复合材料，比重较低且强度高。

本发明还提供了一种用碳纤维/芳纶增强复合材料制作的汽车前防撞梁，具有比重低、强度高的特点。

一种汽车防撞梁用碳纤维/芳纶增强树脂基复合材料，体积比组成为：

所述的碳纤维位于第一约束层和第二约束层之间。基体树脂碳纤维与约束层中的芳纶纤维构成复合材料。

本发明通过碳纤维、芳纶纤维和基体树脂的有效组合提高材料强度和韧性，将碳纤维置于第一约束层和第二约束层之间，使用芳纶纤维包埋碳纤维的结构形式保证复合材料在受到冲击时较脆的碳纤维复合材料受到芳纶纤维约束而不会破碎溅出对行人造成二次伤害，从而提高材料的使用安全性。

所述的基体树脂可选用本领域常用的基体树脂，如可选用热固性树脂或热塑性树脂。

所述的热固性树脂选用环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或两种以上，可采用市售产品，这些基体树脂同碳纤维及芳纶纤维具有良好的界面结合特性。

所述的热塑性树脂选用尼龙、聚丙烯、聚醚醚酮、聚芳醚酮、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺中的一种或两种以上，可采用市售产品，这些基体树脂同碳纤维及芳纶纤维复合后具有良好的韧性。

本发明可根据需要选择热固性树脂或热塑性树脂作为基体树脂。

所述的芳纶纤维选用芳纶纤维布，可采用市售产品，以便于预浸料-热压罐固化成型工艺的实施。

所述的碳纤维选用碳纤维单向布（单向碳纤维）和/或其它碳纤维织物，可采用市售产品，以便于预浸料-热压罐固化成型工艺的实施。现有的市售产品中有很多含碳纤维的基体树脂预浸料，因此所述的碳纤维和基体树脂可直接以含碳纤维的基体树脂预浸料的形式使用。

为了达到更好的效果优选，所述的汽车防撞梁用碳纤维/芳纶增强树脂基复合材料体积比组成为：

所述的第一约束层中芳纶纤维的体积与第二约束层中芳纶纤维的体积最好相等。