[发明专利]复合材料的全承载汽车车身及其制造方法

说明书

本发明涉及一种高强度、轻质复合材料的汽车车身及其制造方法，特别是涉及一种用上述复合材料制造的全承载汽车车身及其制造方法。

汽车车身一般是用钢板压制而成的。近年来，随着工程塑料及复合工程材料的迅速发展，汽车上应用塑料及复合材料来制造构件的越来越多，例如，用半硬质聚氨酯泡沫塑料及聚氯乙烯制方向盘、仪表盘、门柱、顶蓬等;采用改性硬质聚氨酯塑料制成保险杠;用改性ABC塑料制造护板;用SMC层状塑料制造车门;用碳纤维玻璃钢制造弹簧板及转动轴等等，也有用塑料或复合材料来制造整体车身的，但是由于材料成本高，加工复杂，所以，到目前为止，还没有塑料的或复合材料的车身投放市场，其主要原因有两条：1.塑料的或复合材料的车身，尤其是全承载车身其强度及耐冲击性能一般不够理想;2.其成本高于钢铁生产的汽车。鉴于上述两个原因，尽管复合材料制成的整体车身具有重量轻、消耗低等优点，但还是不能代替钢铁而进行大规模的生产。

本发明的目的就是提供一种轻质高强度的复合材料结构。利用这种材料结构，可以生产车身，尤其是全承载车身，这种整体车身不仅强度高、重量轻、而且经久耐用，造价大大低于钢铁，为大规模生产复合材料全承载车身提供了可能。本发明同时也解决了制造这种车身的方法。

本发明的主要内容就是：用至少是一层浸透了环氧树脂的玻璃纤维布及至少两层浸透了聚酯的玻璃纤维布，分别全部搭接包裹住由复合泡沫材料制成的汽车内胎模型，由此而制成复合材料全承载车身以及制造这种车身的方法。

本发明主要是利用了材料力学的“高惯性矩”原理，并进行了预应力处理，而使车身能具有上述优点。

我们知道，J_Z＝bh³/12其中J_Z为材料的惯性矩，b为材料的宽度，h为材料的厚度（可参见图1），由公式中可看到，增加材料的厚度，J_Z则以三次方的比例提高，所以希望材料能厚一些。若采用玻璃纤维，即俗称的玻璃钢中间夹泡沫塑料，显然能提高材料的惯性矩，同时，抗弯刚度D也可以大幅度提高，这从公式

D=E_玻b(H³-h³)/12+E_泡b(H³-h³)/12

中也可看出。其中E为材料的弹性模量;H为材料总厚度;h为泡沫夹层厚度。由于高惯性矩的作用，使带泡沫塑料夹层的玻璃纤维布具有很高的强度，但是还没有充分发挥它的特点，因为玻璃钢的最佳特点是抗拉应力最好，（σ_拉＝2500公斤/（厘米）²），而且浸透环氧树脂或聚酯的玻璃钢在其固化过程中，会产生千分之八的收缩，巧妙地利用玻璃钢的这两大特点，就使它产生了预应张力，从而获得更高刚度的材料，同时使降低成本、延长使用寿命成为可能。

下面，参考附图对发明进行更详细的说明：

图1：是复合材料的局部断面剖视示意图;

图2：是用方法2制造的复合材料的局部断面剖视示意图;

图3：是用复合材料制造的全承载汽车车身的剖视示意图;

图4：是图3的A向剖视图。

所使用的玻璃纤维布，如图1中的2，3，4，一般是中性、脱蜡的，其厚度不易太厚，一般来讲，厚度在0.1至0.5毫米之间，最好是0.25毫米。

所使用的复合泡沫材料如图1和图2中的1（即加工成内胎模型的材料）不仅要重量轻，而且要易于加工，材料要有弹性，价格要低，一般可以选用聚苯乙烯泡沫板或者是硬质聚氨酯泡沫，其容重可以是大约25公斤/立方米。

复合泡沫材料的厚度可根据应用部位不同而变化，一般来讲，其厚度在10至500毫米之内，多数情况为大约50毫米厚就可以了。

复合材料全承载车身的制造方法如下：

首先，将复合泡沫材料按需要的形状加工成内胎模型（参见图3和图4）。在小批量生产中，可用加工木模型的方法，将泡沫板做成所需形状的各个部件，然后再用粘合剂将各板材拼粘成所需要的整体形状。在大批量生产中，可用注塑法，一次成型为所需要的形状。

然后就要用玻璃纤维布分层次地、全部地包裹这一内胎模型。