CN108394107A - 一种碳纤维车门内板及其成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车车门内板领域，具体来说是一种碳纤维车门内板及其成型工艺，一种碳纤维车门内板，所述碳纤维车门内板由多个碳纤维层依次叠加组成。本发明采用纯碳纤维层结构支撑汽车车门内板，具体重量轻，强度高，耐腐蚀，减振性好，耐疲劳等优点；碳纤维车门内板是汽车车门的功能件及附件的主要安装载体，碳纤维复合材料的应用提高了车门的刚度及模态，避免了因刚度及耐久疲劳问题带来的内板开裂，车门异响，附件功能异常等问题，并且本发明采用金属模压成型工艺，解决了碳纤维产品尺寸精度和表面质量问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽车车门内板领域，具体来说是一种碳纤维车门内板及其成型工艺。
背景技术
随着环保问题和能源问题越来越突出，汽车轻量化设计已经变得越来越重要。汽车轻量化设计可以提高车辆动力性、经济性、环保性、舒适性：整车重量下降10％，燃油经济性提高6-8％；整车每减重100KG，可降低百公里油耗0.3-0.6L，可减少CO2排放量5g/km。碳纤维复合材料由于其轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳、可设计性强等特点，已成为汽车轻量化设计选择的关键材料，所以一种碳纤维车门内板结构以及碳纤维车门内板成型工艺是现在所需要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种碳纤维车门内板结构。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种碳纤维车门内板，所述碳纤维车门内板由多个碳纤维层依次叠加组成。
一种碳纤维车门内板的成型工艺，所述成型工艺包括如下步骤：
(1)准备制作碳纤维车门需要的原料碳纤维层；
(2)将多个碳纤维层在工作平台上依次叠加组成碳纤维组，具体碳纤维层叠加厚度根据需要进行设置；
(3)步骤(2)完成后，将堆叠好的碳纤维组经模压成型形成需要的碳纤维车门内板。
所述步骤(2)中碳纤维层在工作平台上平铺，各个所述碳纤维层间错位分布。
所述碳纤维组包括上碳纤维组和下碳纤维组，所述上碳纤维组和下碳纤维组对称设置。
所述上碳纤维组中包括多个与工作平台平行的碳纤维层，选取上碳纤维组中的任意一个碳纤维层作为整体标定基准的基准碳纤维层，所述上碳纤维组还包括与基准碳纤维层在顺时针方向上夹角为30°—60°的碳纤维层以及与基准碳纤维层在逆时针方向上夹角为-30°—60°的碳纤维层，所述上碳纤维组还包括与基准碳纤维层在顺时针方向上夹角为75°-105°的碳纤维层。
所述上碳纤维层组中与基准碳纤维层夹角呈30°—60°的碳纤维层数量和上碳纤维层组中与基准碳纤维层夹角呈-30°—60°的碳纤维层数量相同。
所述基准碳纤维层数量占总碳纤维层数量的10％-60％；所述与基准碳纤维层夹角呈30°—60°的碳纤维层数量占总碳纤维层数量的10％-60％；所述与基准碳纤维层夹角呈-30°—60°的碳纤维层数量占总碳纤维层数量的10％-60％；所述与基准碳纤维层夹角呈75°-105°的碳纤维层数量占总碳纤维层数量的10％-60％。
所述步骤(1)中的碳纤维层由多块分块碳纤维层拼装组成。
所述分块碳纤维层间沿分块碳纤维层的纤维方向对接。
一种碳纤维车门内板成型工艺，所述步骤(3)中模压成型包括如下具体步骤：
(1)准备对碳纤维层成型的冷模具，检测冷模具是否符合要求，检查完毕后，对模具预热以便后续使用；
(2)步骤(1)完成后，在模具内壁上涂覆脱模剂；
(3)步骤(2)完成后，进行嵌件的放置，也就是把平铺好的碳纤维组放置在模具中；
(4)步骤(3)完成后，进行模具加模压料，操作完成后进行合模操作；
(5)步骤(4)完成后，进行模具排气，排气完成后，进行保压固化操作，进而制成需要的碳纤维板；
(6)步骤(5)完成后，进行碳纤维板的脱模操作，对脱模后的碳纤维板进行后处理，进而制成需要的碳纤维车门内板；
(7)步骤(6)完成后，对脱模后的模具进行清理，至此一个模具成型结束，如果需要重复操作，重复以上步骤(2)-(7)即可。
本发明的优点在于：
本发明采用纯碳纤维层结构支撑汽车车门内板，具体重量轻，强度高，耐腐蚀，减振性好，耐疲劳等优点；碳纤维车门内板是汽车车门的功能件及附件的主要安装载体，碳纤维复合材料的应用提高了车门的刚度及模态，避免了因刚度及耐久疲劳问题带来的内板开裂，车门异响，附件功能异常等问题，并且本发明采用金属模压成型工艺，解决了碳纤维产品尺寸精度和表面质量问题。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的碳纤维车门内板结构示意图。
图2为本发明为碳纤维车门内板铺层的俯视图。
图3为本发明碳纤维车门内板模压成型工艺流程图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
一种碳纤维车门内板，碳纤维车门内板由多个碳纤维层11依次叠加组成；本发明采用纯碳纤维层11结构支撑汽车车门内板，具体重量轻，强度高，耐腐蚀，减振性好，耐疲劳等优点；同时本发明中碳纤维车门内板采用的都是碳纤维层11结构，车门内板整体材料相同，改变了传统碳纤维层11之间添加玻璃纤维的材料配合方式，本发明采用相同的碳纤维层11铺设成车门内板，使得整体碳纤维车门内板刚度更大，使用寿命更长，同时生产更为方便；并且碳纤维车门内板是汽车车门的功能件及附件的主要安装载体，碳纤维复合材料的应用提高了车门的刚度及模态，避免了因刚度及耐久疲劳问题带来的内板开裂，车门异响，附件功能异常等问题，并且本发明采用金属模压成型工艺，解决了碳纤维产品尺寸精度和表面质量问题。
一种碳纤维车门内板的成型工艺，成型工艺包括如下步骤：
(1)准备制作碳纤维车门需要的原料碳纤维层11；
(2)将多个碳纤维层11在工作平台上依次叠加组成碳纤维组1，具体碳纤维层11叠加厚度根据需要进行设置；
(3)步骤(2)完成后，将堆叠好的碳纤维组1经模压成型形成需要的碳纤维车门内板。
本发明先采用预浸料模压成型工艺，支撑碳纤维层11，并采用自动下料机裁布，制成单块碳纤维层11，再进行手工铺层，铺成完成形成碳纤维组1，后进行模压成型，模压成型采用双面金属模具成型，这样的设置不仅能保证产品的形状和尺寸的精度要求，且内外表面质量高，在模压成型时加热加压成型，使得产品结构致密，固化程度高，通过该以上操作步骤生产的车门内板与传统金属车门内板相比，具有重量减轻，车身轻量化效果明显等优点。
作为优选的，本发明中步骤(2)中碳纤维层11在工作平台上平铺，各个碳纤维层11间错位分布，这里的错位分布是指各个碳纤维层11是纤维走向杂乱，避免碳纤维层11单一走向，使得由碳纤维层11制成的车门内板在任意方向上都能承受较大的拉力，能够很好的解决传统纤维单方向承受拉力较小的缺陷；同时本发明中各个碳纤维层11是杂乱分布的，相邻碳纤维层11间可以是平行分布也可以是垂直分布，也可以使得相邻碳纤维层11间具有一定的夹角，具体铺设方向根据需要进行确定；同时本发明中碳纤维层11之间是相互堆叠的，本发明全文中的角度都是从俯视图角度进行观察的。
作为更大的优选，本发明中碳纤维组1包括上碳纤维组2和下碳纤维组3，上碳纤维组2和下碳纤维组3对称设置；通过这样的设置使得最后形成的车门内板两侧能够承受的外力相同，使得车门内板两侧承受外力的能力相同，使得车门内板两侧使用寿命基本相同，不会造成车门内板一侧损坏而另一侧还完好的情况，同时本发明中上碳纤维组2和下碳纤维组3对称设置，是指，上碳纤维组2与下碳纤维组3关于中心对称，这里就会出现两种对称结构，如果总碳纤维层11数为偶数，上碳纤维组2和下碳纤维组3关于两者相连接的平面中心对称；如果总碳纤维层11数为奇数，上碳纤维组2和下碳纤维组3关于碳纤维层11中心碳纤维层11中心对称；并且通过这样的设置，使得碳纤维组1铺覆时只需要铺覆上碳纤维组2或者下碳纤维组3即可，后续具体使用时，再把两个上碳纤维组2或者两个下碳纤维组3对称分布即可。提高了工作效率，也避免碳纤维组1铺设的出错率。
作为更大的优选，本发明中上碳纤维组2中包括多个与工作平台平行的碳纤维层11，选取上碳纤维组2中的任意一个碳纤维层11作为整体标定基准的基准碳纤维层11，上碳纤维组2还包括与基准碳纤维层11在顺时针方向上夹角为30°—60°的碳纤维层11以及与基准碳纤维层11在逆时针方向上夹角为-30°—60°的碳纤维层11，上碳纤维组2还包括与基准碳纤维层11在顺时针方向上夹角为75°-105°的碳纤维层11；本发明中碳纤维层11在上文中说明了层错位分布，作为更大的优选，本发明中错位分布的碳纤维层11是具有一定规律的，又因为本发明中上碳纤维层11和下碳纤维层11是对称分布的，所以本文中着重介绍了上碳纤维组2结构，在本发明中上碳纤维组2中至少包括一个碳纤维层11，也就是设定的0°，也就是基准碳纤维层11，在基准碳纤维层11上设有多个其它方向的碳纤维层11，同时这里的方向指碳纤维层11中纤维的延伸方向，从俯视图来看，在基准碳纤维层11上设有与基准碳纤维层11夹角呈30°—60°的碳纤维层11，也有呈-30°—60°的碳纤维层11，通过以上结构分布的各个碳纤维层11，使得由碳纤维层11组成的车门内板具有较大的刚度，极大的提高了车门内板的结构强度，有利于提高车门内板使用寿命；作为更大的优选，同时使得碳纤维车门内板刚度更大，本发明中与基准碳纤维层11夹角呈30°—60°的碳纤维层11铺设沿与基准碳纤维层11夹角呈45°的方向铺设，本发明中与基准碳纤维层11夹角呈30°—60°的碳纤维层11铺设沿与基准碳纤维层11夹角呈-45°的方向铺设，本发明中与基准碳纤维层11夹角呈74°—105°的碳纤维层11铺设沿与基准碳纤维层11夹角呈90°的方向铺设，采用以上铺设角度进行铺设的碳纤维组1，具有很好的结构强度，极大的提高了车门内板结构强度。
作为优选的，本发明中上碳纤维层11组中与基准碳纤维层11夹角呈30°—60°的碳纤维层11数量和上碳纤维层11组中与基准碳纤维层11夹角呈-30°—60°的碳纤维层11数量相同；这样的设置使得分布在基准碳纤维层11两侧的碳纤维层11数量相同，有利于优化整体的碳纤维组1结构，使得整体碳纤维组1结构更为优化，使得纤维分布方向更为均匀，同时避免各碳纤维中纤维同向。
作为优选的，本发明中基准碳纤维层11数量占总碳纤维层11数量的10％-60％；与基准碳纤维层11夹角呈30°—60°的碳纤维层11数量占总碳纤维层11数量的10％-60％；与基准碳纤维层11夹角呈-30°—60°的碳纤维层11数量占总碳纤维层11数量的10％-60％；与基准碳纤维层11夹角呈75°-105°的碳纤维层11数量占总碳纤维层11数量的10％-60％；总体来说，本发明中各个方向的碳纤维层11数量不超过碳纤维层11总量的百分之六十，目的避免单一方向碳纤维层11数量过多，影响整体强度。
作为优选的，本发明中步骤(1)中的碳纤维层11由多块分块碳纤维层11拼装组成；这样的设置使得碳纤维层11铺设更为方便，因为本发明中碳纤维层11铺设是人工铺设，如果单一碳纤维层11面积过大，操作人员铺设时难度较大，采用分块碳纤维层11拼装组成整体单个碳纤维层11可以根据零件需要进行相应位置的铺设，有利于节约原料，减少原料的浪费；同时作为更大的优化，本发明中分块碳纤维层11间沿分块碳纤维层11的纤维方向对接；本发明中采用对接的方式进行分块碳纤维层11间的拼装，使得纤维之间相当于还具有一定的连接，传统一些纤维布采用搭接的方式，传统搭接只是简单的实现两块纤维布连接在一起，不注重纤维布中纤维是否对齐，造成拼装成的纤维布整体纤维分布杂乱，影响拼装后的纤维布结构强度。
一种碳纤维车门内板成型工艺，步骤(3)中模压成型包括如下具体步骤：(1)准备对碳纤维层11成型的冷模具，检测冷模具是否符合要求，检查完毕后，对模具预热以便后续使用；
(2)步骤(1)完成后，在模具内壁上涂覆脱模剂；
(3)步骤(2)完成后，进行嵌件的放置，也就是把平铺好的碳纤维组1放置在模具中；
(4)步骤(3)完成后，进行模具加模压料，操作完成后进行合模操作；
(5)步骤(4)完成后，进行模具排气，排气完成后，进行保压固化操作，进而制成需要的碳纤维板；
(6)步骤(5)完成后，进行碳纤维板的脱模操作，对脱模后的碳纤维板进行后处理，进而制成需要的碳纤维车门内板；
(7)步骤(6)完成后，对脱模后的模具进行清理，至此一个模具成型结束，如果需要重复操作，重复以上步骤(2)-(7)即可。
本发明中碳纤维车门板内板生产成型工艺的一种实施方式如下，其中预浸料为单向碳纤维环氧树脂预浸料，固化温度150℃，在150℃下可保持20s不凝胶不固化，固化时间1min，固化后玻璃化温度140-150℃，采用平板自清洁不粘模具。所述自清洁不粘模具基材为金属材料制备而成，其型腔涂覆一层不粘涂层；可以再次涂覆脱模剂，使得产品脱模时无残留，减少后续模具清洁麻烦；同时上述不粘涂层为聚四氟乙烯；在室温到200℃的固化温度范围内，在3-20MPa的固化压力下，在10万模次以内，不发生起泡、开裂、脱落、变色等问题；而本发明涉及的具体工艺步骤如下：打开设备将自清洁不粘模具快速加热到固化温度150℃，同时用自动裁床裁剪单向碳纤维环氧树脂预浸料，然后将裁剪好的单向碳纤维环氧树脂预浸料进行铺叠，并转移到平板自清洁不粘模具型腔中；闭合模具，打开真空泵抽真空，并以0.4-0.6MPa的压力进行预压实5-10s；将压力增加到8-10MPa，并保温保压0.5-1min固化成型；固化结束后，停止抽真空，打开模具直接热取件，并将其放入到冷模具中冷却，模具无需清理，直接进入下一成型周期，整个成型循环周期用时2.5-4min，且产品无翘曲无变形。
本发明中车门内板整体铺覆14层，全部为碳纤维预浸料单向带，单层厚度为：0.145mm；在0°方向铺覆4层，也就是基准碳纤维层11铺覆4层，占总层：28.57％；45°方向铺覆4层，占总层：28.57％；-45°方向铺覆4层，占总层：28.57％；90°方向铺覆2层，占总层；14.29％；整体铺覆遵循对称原则；同时本发明中每一分块碳纤维层11以零件内表面为贴模面进行铺覆，以零件最外边界作为工程边界；每一分块碳纤维层11在零件表面建出坐标系原点，每一分块碳纤维层11选用零件轴向作为0°；同时本发明中模压成型时，采用预浸料模压成型工艺，采用自动下料机裁布，手工铺层；再使用双面金属模具对铺设的碳纤维组1成型，能保证产品的形状和尺寸的精度要求，且内外表面质量高；模具成型时对模具进行加热加压成型，使得产品结构致密，固化程度高。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碳纤维车门内板，其特征在于，所述碳纤维车门内板由多个碳纤维层依次叠加组成。
2.如权利要求1所述碳纤维车门内板的成型工艺，其特征在于，所述成型工艺包括如下步骤：
(1)准备制作碳纤维车门需要的原料碳纤维层；
(2)将多个碳纤维层在工作平台上依次叠加组成碳纤维组，具体碳纤维层叠加厚度根据需要进行设置；
(3)步骤(2)完成后，将堆叠好的碳纤维组经模压成型形成需要的碳纤维车门内板。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维车门内板成型工艺，其特征在于，所述步骤(2)中碳纤维层在工作平台上平铺，各个所述碳纤维层间错位分布。
4.根据权利要求3所述的一种碳纤维车门内板成型工艺，其特征在于，所述碳纤维组包括上碳纤维组和下碳纤维组，所述上碳纤维组和下碳纤维组对称设置。
5.根据权利要求4所述的一种碳纤维车门内板成型工艺，其特征在于，所述上碳纤维组中包括多个与工作平台平行的碳纤维层，选取上碳纤维组中的任意一个碳纤维层作为整体标定基准的基准碳纤维层，所述上碳纤维组还包括与基准碳纤维层在顺时针方向上夹角为30°—60°的碳纤维层以及与基准碳纤维层在逆时针方向上夹角为-30°—-60°的碳纤维层，所述上碳纤维组还包括与基准碳纤维层在顺时针方向上夹角为75°-105°的碳纤维层。
6.根据权利要求5所述的一种碳纤维车门内板成型工艺，其特征在于，所述上碳纤维层组中与基准碳纤维层夹角呈30°—60°的碳纤维层数量和上碳纤维层组中与基准碳纤维层夹角呈-30°—60°的碳纤维层数量相同。
7.根据权利要求5所述的一种碳纤维车门内板成型工艺，其特征在于，所述基准碳纤维层数量占总碳纤维层数量的10％-60％；所述与基准碳纤维层夹角呈30°—60°的碳纤维层数量占总碳纤维层数量的10％-60％；所述与基准碳纤维层夹角呈-30°—60°的碳纤维层数量占总碳纤维层数量的10％-60％；所述与基准碳纤维层夹角呈75°-105°的碳纤维层数量占总碳纤维层数量的10％-60％。
8.根据权利要求2所述的一种碳纤维车门内板成型工艺，其特征在于，所述步骤(1)中的碳纤维层由多块分块碳纤维层拼装组成。
9.根据权利要求8所述的一种碳纤维车门内板成型工艺，其特征在于，所述分块碳纤维层间沿分块碳纤维层的纤维方向对接。
10.根据权利要求2所述的一种碳纤维车门内板成型工艺，其特征在于，所述步骤(3)中模压成型包括如下具体步骤：
(1)准备对碳纤维层成型的冷模具，检测冷模具是否符合要求，检查完毕后，对模具预热以便后续使用；
(2)步骤(1)完成后，在模具内壁上涂覆脱模剂；
(3)步骤(2)完成后，进行嵌件的放置，也就是把平铺好的碳纤维组放置在模具中；
(4)步骤(3)完成后，进行模具加模压料，操作完成后进行合模操作；
(5)步骤(4)完成后，进行模具排气，排气完成后，进行保压固化操作，进而制成需要的碳纤维板；
(6)步骤(5)完成后，进行碳纤维板的脱模操作，对脱模后的碳纤维板进行后处理，进而制成需要的碳纤维车门内板；
(7)步骤(6)完成后，对脱模后的模具进行清理，至此一个模具成型结束，如果需要重复操作，重复以上步骤(2)-(7)即可。
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