[发明专利]一种汽车板材用碳纤维复合材料及其制备工艺

说明书

本发明提出了一种汽车板材用碳纤维复合材料及其制备工艺，该碳纤维复合材料，包括高强叠板层、补偿增韧层，高强叠板层包括复合热压的CFPR板以及蜂窝型稀土铝合金板，补偿增韧层采用上、中、下三层含矿物掺杂的不饱和聚酯碳纤维增强板，高强叠板层、补偿增韧层厚度比为1:0.4‑0.7，本发明对材料、结构双方面进行改进，不仅提高了力学性能，同时具有优异的防护抗压、减震回复性，且层间结合力强，安全稳定，整体轻质高强，应用推广性高。

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，具体涉及一种汽车板材用碳纤维复合材料及其制备工艺。

背景技术

碳纤维是指含炭量在90％以上的高强度高模量纤维，用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成，其耐高温居所有化纤之首。碳纤维具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量，而且碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。

汽车车身的轻量化，对于降低汽车能耗具有重要意义。尤其是对于新能源汽车中的纯电动车，在目前电池性能远不如人意的情况下，在保证车身安全性的前提下，降低车身重量，更具有现实意义。宝马i3在这方面进行了率先尝试。外表并不瘦小的宝马i3，因为采用碳纤维复合材料车身，自重仅1224kg。

宝马i3的碳纤维复合材料车身是由若干碳纤维复合材料构件组合而成，生产一个碳纤维复合材料车身，首先要生产若干碳纤维复合材料构件，然后再将所有碳纤维复合材料构件组合而成。

当下碳纤维复合材料正处于热门研究中心，为满足不断提高的工业需求，对碳纤维复合材料进行优化改进是未来很长时间内的一种研究趋势。对此，本发明提出了一种汽车板材用的碳纤维复合材料，具有优异的强韧性、抗压恢复性，力学性能强，综合性能显著提高。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种汽车板材用碳纤维复合材料及其制备工艺，对材料、结构双方面均进行了改进，不仅提高了力学性能，同时具有优异的防护抗压、减震回复性，且层间结合力强，安全稳定，整体轻质高强，应用推广性高。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种汽车板材用碳纤维复合材料，包括高强叠板层、补偿增韧层，高强叠板层包括复合热压的CFPR板以及蜂窝型稀土铝合金板，补偿增韧层包括复合热压的上、中、下三层含矿物掺杂的不饱和聚酯碳纤维增强板；高强叠板层、补偿增韧层厚度比为1:0.4-0.7。

作为本发明的进一步优化，补强增韧层的上、下层的含矿物掺杂的不饱和聚酯纤维增强板相向侧面开设有若干卡接槽，且上、下卡接槽开口朝向相反，中层的含矿物掺杂的不饱和聚酯纤维增强板的上、下侧面设有与卡接槽对应适配的凸沿。

作为本发明的进一步优化，CFPR板、蜂窝型稀土铝合金板以及含矿物掺杂的不饱和聚酯纤维增强板间均设有粘结层，粘结层为胶粉层或高分子胶膜层或胶粉-高分子胶膜复合层，粘结层厚度为0.15-0.25mm。

作为本发明的进一步优化，CFRP板采用聚丙烯腈碳纤维/海泡石纤维与聚氨酯树脂固化成型的板材，蜂窝型稀土铝合金板采用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金为基础合金，添加RE和Mn元素，蜂窝型稀土铝合金板孔隙率为45-50％。

作为本发明的进一步优化，CFRP板制备方法为，采用静电纺丝法先制备聚丙烯腈碳纤维/海泡石纤维的复合纤维毡，然后采用树脂传递模塑成型工艺以复合纤维毡为增强材料、以聚氨酯树脂为树脂体系，同时添加适量填料，制得CFRP层；其中，

复合纤维毡中聚丙烯腈碳纤维与海泡石纤维质量比为1:0.1-0.2；填料为滑石粉与玻璃微珠组合物，两者质量比为1:4；

复合纤维毡、填料、聚氨酯树脂的质量百分比分别为18-25％、25-40％、余量。