CN103895717A - 纤维增强塑料车体结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强塑料车体结构及其制造方法，该纤维增强车体结构包括第一框架，以及第二框架，所述第一框架由纤维增强塑料或碳纤维增强塑料制成，并且具有多个部段；所述第二框架从第一框架的多个部段中的任何一个连续延伸。

Description

纤维增强塑料车体结构及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年12月27日在韩国知识产权局所提交的韩国专利申请No.10-2012-0155393的优先权和权益，其全部内容通过引用纳入本文。

技术领域

本公开涉及一种纤维增强塑料车体结构，并且更具体地，涉及一种纤维增强塑料车体结构。

背景技术

传统上，使用钢铁来制造车体的结构零件。然而，最近几年，反倒使用纤维增强塑料（FRP）或碳纤维增强塑料（CFRP）用于车体结构，这反映了朝向改善了燃料消耗的更轻型车辆的现代趋势。

使用纤维增强塑料或碳纤维增强塑料来制造车体结构时，通过准备具有预定形状的泡沫芯部、在泡沫芯部周围缠绕预浸材料纤维、将被缠绕的泡沫芯部插入模具中并接着向模具施加热量和压力来模制车体结构。

在如上所述的模制轻型塑料车体之后，构成车体的每个部件连接至其他车体结构，从而形成车体。

图1显示了如下实例，当通过将具有多个障壁22的第二车体结构20连接至具有大致Π形通道的第一车体结构10来配置车体的部件时，在宽度上延伸的连接凸缘24形成在第二车体结构20的顶端。

接下来，将粘合剂26涂覆至连接凸缘24以将连接凸缘24和第一车体结构10粘接在一起。而且，为了加强粘接，将螺旋状物或螺栓紧固到连接凸缘24以使第一车体结构10和第二车体结构20互连。

如图1所示，当通过使用粘合剂粘接并机械紧固两个车体结构10和20以连接两个车体结构10和20来配置车体时，连接两个车体结构10和20的碳纤维是不连续的，从而使连接部分的物理性能和强度变差。

而且，存在如下风险：由于外部负载而引起的应力可能会破坏连接部分或使连接部分破裂，并由此使其强度变差。另外，由于负载重量可能不恰当地分布在第一车体结构10和第二车体结构20之间，因此可能会使抗碰撞或抗撞击变差。而且，由于必须进行用于使第一车体结构10和第二车体结构20互连的另外的过程，可能导致生产率下降或产品成本增加。

发明内容

本公开涉及一种纤维增强塑料车体结构及用于制造这种车体结构的方法。在实施方案中，车体结构由连接的多个纤维增强塑料部段制成，以便形成连续的并且无缝或均匀的结构，并且增加车体结构的相对物理性能、强度和设计自由度。

本公开的示例性实施方案提供一种纤维增强车体结构，包括：第一框架，所述第一框架由纤维增强塑料或碳纤维增强塑料制成，并且具有多个部段；以及第二框架，所述第二框架从第一框架的多个部段中的任何一个连续延伸。

第一框架的多个部段可以包括连接在一起的三个或多个部段。

第一框架的多个部段可以具有梯形形状或三角形形状。

第二框架可以与第一框架垂直并且形成L形。

第一框架的多个部段中的任何一个可以是位于L形的右侧处的部段。

第一框架和第二框架可以接合以形成T形的连续框架。

第一框架的多个部段中的每个可以以如下方式配置，泡沫芯部被涂覆有纤维增强塑料或碳纤维增强塑料。

第一框架可以包括两个水平框架，第二框架可以包括连接两个水平框架的端部部分的两个竖直架和在沿着水平框架的纵向的中间处的连接到第一框架的中心框架，并且第一框架和第二框架可以形成环形轨道。第一框架的多个部段中的任何一个可以选择为中间部段。

本公开的另一个实施方案提供了一种用于制造纤维增强车体结构的方法，所述方法包括如下步骤：准备多个泡沫芯部；采用预浸材料缠绕并涂覆多个泡沫芯部；通过层压采用预浸材料涂覆的多个泡沫芯部来准备初级组件；将初级组件设置在模具上；将模具插入到模制机中并且施加热量和压力；以及取出模制的最终产品。

多个泡沫芯部可以由发泡的塑料材料制成。

预浸材料可以通过采用环氧树脂浸渍纤维增强塑料板或碳纤维增强塑料板来准备。

多个泡沫芯部可以包括主泡沫芯部和多部段泡沫芯部。

主泡沫芯部可以包括：矩形杆状主体；以及三角杆状副体，并且多部段泡沫芯部可以具有三角杆状形状。

模具可以包括：硬模，初级组件安装在所述硬模上；以及真空袋，所述真空袋用于缠绕并密封初级组件。

模制机可以包括：压力腔，所述压力腔具有用于壳装模具的壳装空间；加热器，所述加热器用于对压力腔进行加热；压缩器，所述压缩器用于将空气或气体供应至压缩腔以施加压力；以及真空产生器，所述真空产生器用于抽吸真空袋内的空气或气体。

附图说明

图1示出根据传统技术的由纤维增强塑料制成的车体结构的连接。

图2是由形成车体的部件的纤维增强塑料制成的车体结构的立体图。

图3是图2中所示的车体结构的部分C的放大横截面图。

图4是沿着图2中示出的车体结构的线A-A所呈现的横截面图。

图5是图2中所示的车体结构的部分D的放大横截面图。

图6是沿着图2中示出的车体结构的线B-B所呈现的横截面图。

图7是根据本发明的示例性实施方案的T形多部段泡沫芯部的分解立体图。

图8是显示根据本发明的示例性实施方案的采用预浸材料缠绕的T形多部段泡沫芯部的立体图。

图9是显示初级组件的立体图，其中根据本发明的示例性实施方案，初级组件通过采用预浸材料缠绕并层压T形多部段泡沫芯部来准备。

图10是显示初级组件被设置在模具上的横截面图，其中根据本发明的示例性实施方案，初级组件通过采用预浸材料缠绕并层压T形多部段泡沫芯部来准备。

图11是显示初级组件被设置在模具上并被插入到模制机的状态图，其中根据本发明的示例性实施方案，初级组件通过采用预浸材料缠绕并层压T形多部段泡沫芯部来准备。

图12是显示根据本发明的示例性实施方案的已完成的T形车体结构的立体图。

附图标记

100：车体结构              110：水平框架

120：竖直框架              130：L形连接部分

140：中心框架              150：T形连接部分

200：侧面车体              300：T形泡沫芯部

310：多截面泡沫芯部        320：预浸材料

330：初级组件              400：模具

410：硬模                  420：真空袋

500：模制机                510：压力腔

520：加热器                530：压缩机

540：真空管。

具体实施方式

下文将参考附图使用示例性实施方案来对本公开进行详细描述。在实施方案中，使用没有任何缝隙连续接合的多部段来形成纤维增强车体结构。纤维增强车体结构可以根据特定实施的需要形成为特定形状，比如L形或T形。本文公开的纤维增强车体结构和制造技术与传统方案相比具有几个优势。首先，公开的纤维增强车体结构消除了对连接另一个目标结构的需要，以减轻由外部负载引起的连接部分处的物理性能变差和应力集中。而且，本公开的纤维增强车体结构使得可以将外部负载的撞击或重量通过连续部段从车体的一个部件转移到另一个部件。这也提高了车体结构有效应对碰撞期间外部负载的撞击的能力。

另外，由于可以通过使用泡沫塑料将碳纤维增强塑料模制成特定形状，因此可以使用用于连接到其他车体结构的任何粘接处理或任何另外的机械处理。因此，可以提高生产率，同时可以降低制造成本。

而且，如同下面更详细描述的，车体结构的不同部件的相对强度或抗应力可以通过根据车体结构的每个部件的特定目的来改变多个部段的形状来调节，这提供了更大的设计自由度。

图2示出由纤维增强塑料制成的示例性车体结构100，其可以联接到车体的其他部件以形成车体的部件。在该实例中，车体结构100形成与侧面车体200联接的环形轨道。然而，应该注意，车体结构100不局限于此，并且车体结构100可以形成车体的其他部件，例如，侧面车体、框架或面板。

如图2所示，车体结构100为矩形形状。车体结构100包括沿车辆的长度纵向延伸的两个水平框架110（或第一框架）。水平框架110沿车辆的宽度彼此隔开。车体结构100也包括沿车辆的宽度延伸的两个竖直框架120（或第二框架）。两个竖直框架120沿车辆的长度彼此纵向隔开，并且整体连接两个水平框架的顶端。

水平框架110和竖直框架120的顶端接触以形成四个L形连接部分130。

而且，中心框架140（或第三框架）在沿水平框架110的纵向的中间处沿车辆的宽度形成，从而T形连接部分150形成在中心框架140和水平框架110接触的位置处。

图3和图4示出图2中所示的车体结构的部分C的L形连接部分130不是通过将水平框架110和竖直框架120的顶端粘接在一起形成的，而是没有缝隙地整体形成的。

如图4所示，每个L形连接部分130可以包括连接在一起的三个部段131、132和133。三个部段131、132和133中的每个可以以稍后所述的如下的方式配置，在泡沫芯部周围缠绕预浸材料。

例如，三个部段131、132和133可以形成为大致梯形形状。

三个部段131、132和133中的任何一个可以是连接部段。

即，连接部段133可以具有L形，整体并连续连接水平框架110和竖直框架120。

如果连接部段133形成为L形，则连接部段133可以配置为在L形一侧（例如，右侧）的部段以便接收尽可能少的力矩。

参考图5和图6，T形连接部分150不是通过将水平框架110和中心框架140粘接在一起形成的，而是没有缝隙地整体形成这些连接部分150中的每个。

如图6所示，每个T形连接部分150可以包括连接在一起的三个部段151、152和153。三个部段151、152和153中的每个可以以稍后所述的如下的方式配置，在泡沫芯部周围缠绕预浸材料。

三个部段151、152和153可以形成为大致梯形形状。

三个部段151、152和153中的任何一个152可以是连接部段。

即，连接部段152可以具有T形，整体并连续连接水平框架110和中心框架140。

考虑到力矩，如果连接部段152形成为T形，则连接部段152可以配置为位于中间处的部段。

连接部段152可以包括在中心框架140的整个宽度上水平延伸并整体连接到水平框架110的连接部分152a。

在图7到图12中示出的实例将用于描述用于制造纤维增强塑料车体结构的示例性方法的各个步骤。

参考图7，首先，选择车体结构的形状，然后准备泡沫芯部。

尽管图7示出了T形车体结构，但是可以制造L形或其他形状的车体结构。

在该实例中，T型车体结构通过单独准备T形泡沫芯部300（或主泡沫芯部）和一个或多个多部段泡沫芯部310来形成。

尽管在图7中显示两个多部段泡沫芯部310，但是可以根据特定实施的需要准备另外的多部段泡沫芯部。

如图7所示，T形泡沫芯部300包括矩形杆状主体302和从主体竖直并整体延伸的三角杆状副体。

两个多部段泡沫芯部310与副体304具有相同的三角杆状形状。

泡沫芯部300和310可以由发泡的塑料材料制成。

在图8中，在T形泡沫芯部300和多部段泡沫芯部310的外侧表面周围缠绕预浸材料320。

预浸材料320是通过采用环氧树脂预先浸渍的纤维增强塑料（FRP）板或碳纤维增强塑料板（CFRP）板而准备的半硬化模制材料。应该注意，纤维增强塑料的纤维可以由碳或各种其他类型材料中的任何材料制成，例如包括但不限于，玻璃、玄武岩等等。

参考图9，采用预浸材料320缠绕的多部段泡沫芯部310被层压到采用预浸材料320缠绕的T形泡沫芯部300的副体304的两个侧表面上，从而准备了初级组件330。

一旦多部段泡沫芯部310被层压在T形泡沫芯部300上，多部段梯形通过将三个三角部段接合在一起而形成。

即，初级组件330以如下方式配置，具有多部段梯形形状的连接体334整体连接到采用预浸材料320缠绕的矩形杆状主体332。

在图10中，初级组件330被安装在模具400上。在该实例中，模具400可以包括硬模410和真空袋420，其中，初级组件300安装在硬模410上，真空袋用于覆盖并缠绕安装在硬模410上的初级组件330并对初级组件330进行密封。

参考图11，如上所述，安装初级组件330的模具400被插入到模制机500中。

模制机500包括压力腔510，压力腔510的形状大致为圆形并且具有用于壳装模具400的壳装空间。

加热器520安装在压力腔510内以对压力腔510进行加热。

另外，压缩器530安装在压力腔510中。压缩器530可以例如配置成，对气体或空气进行压缩并将其供应至压力腔510。也可以安装真空产生器（未示出），用于对真空袋420内的空气或气体进行真空处理或抽吸。真空袋520的内部通过真空软管或真空管540连接到真空袋420。

模制机500用于通过使用加热器520和压缩器530对安装在模制机500内的初级组件330施加热量和压力来将初级组件330模制成最终产品。

前述真空产生器也可以用于抽吸并排除当对初级组件330施加热量和压力时可能产生的气泡或气体。

在模制机500对初级组件330进行模制之后，通过模制机500生产的最终产品是由纤维增强塑料或碳纤维增强塑料制成的完整的车体结构100，如图12所示。

尽管已经针对T形车体结构示出了本公开的车体结构的制造方法，但是，可以制造具有各种形状中的任何形状的车体结构，包括但不限于，L形车体结构、组合车体结构（比如，组合L型车体结构和T形车体结构的环形轨道）、侧面车体结构、面板或框架。

尽管本文已经使用示例性实施方案对本公开的主题进行了描述，但是，应该理解，该主题不限于公开的实施方案，但是，相反地，主题旨在覆盖包括在前面所述的所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (17)

1.一种纤维增强车体结构，包括：

第一框架，所述第一框架具有无缝隙地接合在一起的由纤维增强塑料制成的多个部段；以及

第二框架，所述第二框架从所述第一框架的多个部段中的至少一个连续延伸。

2.根据权利要求1所述的纤维增强车体结构，其中，所述第一框架的多个部段包括连接在一起的三个或多个部段。

3.根据权利要求1所述的纤维增强车体结构，其中，所述第一框架的多个部段具有梯形形状或三角形形状。

4.根据权利要求1所述的纤维增强车体结构，其中，所述第二框架与所述第一框架垂直并形成L形。

5.根据权利要求4所述的纤维增强车体结构，其中，所述第一框架的多个部段中的任何一个是在L形一侧的部段。

6.根据权利要求1所述的纤维增强车体结构，其中，所述第二框架与所述第一框架的中间部段一起形成T形。

7.根据权利要求6所述的纤维增强车体结构，其中，所述第一框架的多个部段中的任何的能够指定为所述中间部段。

8.根据权利要求1所述的纤维增强车体结构，其中，所述第一框架的多个部段中的每个以泡沫芯部被涂覆有所述纤维增强塑料的方式配置。

9.根据权利要求1所述的纤维增强车体结构，其中：

所述第一框架包括两个水平框架；

所述第二框架包括整体连接所述两个水平框架的顶端的两个竖直框架和在沿水平框架的纵向的中间处的连接到所述第一框架的中心框架；以及

所述第一框架和所述第二框架形成环形轨道。

10.根据权利要求1所述的纤维增强车体结构，其中，所述纤维增强塑料为碳纤维增强塑料。

11.一种纤维增强车体结构的制造方法，所述方法包括：

准备多个泡沫芯部；

采用预浸材料缠绕并涂覆所述多个泡沫芯部；

通过层压采用预浸材料涂覆过的多个泡沫芯部来准备初级组件；

将所述初级组件设置在模具上；

将所述模具插入到模制机中并施加热量和压力；以及

取出模制的最终产品。

12.根据权利要求11所述的纤维增强车体结构的制造方法，其中，所述多个泡沫芯部由发泡的塑料材料制成。

13.根据权利要求11所述的纤维增强车体结构的制造方法，其中，所述预浸材料通过采用环氧树脂浸渍纤维增强塑料板或碳纤维增强塑料板来准备。

14.根据权利要求11所述的纤维增强车体结构的制造方法，其中，所述多个泡沫芯部包括主泡沫芯部和多部段泡沫芯部。

15.根据权利要求14所述的纤维增强车体结构的制造方法，其中

所述主泡沫芯部包括矩形杆状主体和三角杆状副体，以及

所述多部段泡沫芯部具有三角杆状形状。

16.根据权利要求11所述的纤维增强车体结构的制造方法，其中，所述模具包括硬模以及真空袋，所述初级组件安装在所述硬模上，所述真空袋用于缠绕并密封所述初级组件。

17.根据权利要求11所述的纤维增强车体结构的制造方法，其中

所述模制机包括：

压力腔，所述压力腔具有用于壳装所述模具的壳装空间；

加热器，所述加热器用于对所述压力腔进行加热；

压缩器，所述压缩器用于将空气或气体供应至压缩腔以施加压力；以及

真空产生器，所述真空产生器用于抽吸所述真空袋内的空气或气体。

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