CN109591336A - 一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法，包括步骤，制备热塑性碳纤维复合毡材：将碳纤维、热塑性纤维和界面结合材料混合均匀形成一混合物，将混合物放置于开松机中并利用开松机进行开松，利用梳理机对开松后的混合物进行梳理成网生成单层网，通过铺网机将多个单层网层叠铺设，生成多层网，然后通过针刺设备对多层网进行针刺加工，生成热塑性碳纤维复合毡材，对热塑性碳纤维复合毡材进行预压和加热处理，接着进行模压成型作业，脱模取出模压成型后汽车外饰件的半成品，最后对汽车外饰件的半成品进行后处理。采用本发明中的制备方法，可以提高汽车外饰件的制备质量和生产效率，保证相邻汽车外饰件之间的连接强度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车外饰件领域，尤其涉及一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，轻量化已经成为汽车发展的潮流，汽车轻量化就是在保证汽车的强度和安全性能前提下，尽可能的降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。
目前，热塑碳纤维复合材料是实现汽车轻量化的一种选择。随着国家对于汽车节能减排指标的日益提高，热塑碳纤维复合材料在汽车的应用也己成为目前汽车企业研究的重要方向。许多汽车零部件的结构较为复杂，其与周围零部件的连接较为困难，特别是汽车外饰件，现有汽车外饰件常采用热塑性碳纤维复合材料制备而成，而现有热塑性碳纤维复合材料的制备方法又存在以下缺点：(1)采用热塑碳纤维复合材料制备汽车外饰件时，由于热塑性纤维与碳纤维之间并没有界面结合材料，热塑性纤维与碳纤维之间结合力较低，无法保证制备后汽车外饰件的结构强度；(2)汽车外饰件之间的连接件常采用在汽车外饰件表面注塑的方式成型，而采用上述成型方式，无法保证连接件和汽车外饰件本体之间的连接强度，相邻外饰件之间组装过程中连接件容易发生断裂；(3)汽车外饰件制备效率低、生产成本高，同时产品质量无法保证。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供了一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法，保证制备后的汽车外饰件具有较好的结构强度。
为实现上述目的，本发明公开了一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法，包括以下步骤：
制备热塑性碳纤维复合毡材：将碳纤维、热塑性纤维和界面结合材料混合均匀形成一混合物，将所述混合物放置于开松机中并利用开松机进行开松，利用梳理机对开松后的混合物进行梳理成网，生成密度均匀的单层网，通过铺网机将多个所述单层网层叠铺设，生成多层网，通过针刺设备对所述多层网进行针刺加工，生成厚度均匀且相互交织的热塑性碳纤维复合毡材；
对所述热塑性碳纤维复合毡材进行预压处理，使得预压后热塑性碳纤维复合毡材的厚度压缩为原有厚度的1/2至3/4，然后对所述热塑性碳纤维复合毡材进行加热，使得所述热塑性碳纤维复合毡材软化，加热温度为180℃-260℃，加热时间为20s-60s；
进行模压成型作业：提供模压成型设备和注塑件，将所述注塑件放置于所述模压成型设备中的定模上，对所述注塑件进行烘烤，使得所述注塑件的粘合面烘烤至熔融状态，然后将软化后的热塑性碳纤维复合毡材铺设于所述定模上，使得所述热塑性碳纤维复合毡材的下表面贴合于所述粘合面，驱动所述模压成型设备对所述热塑性碳纤维复合毡材和所述注塑件进行模压，制备生成汽车外饰件半成品；
脱模，取出模压成型后汽车外饰件的半成品；
对所述汽车外饰件半成品进行后处理，得到汽车外饰件成品；
其中，对所述多层网依次进行针刺加工步骤中，包括预针刺和二次针刺，预针刺密度为60-65针/cm3，针刺深度在50-80mm，二次针刺密度为50-55针/cm3，二次针刺深度在20-50mm。
本发明的有益效果在于：
(1)热塑性碳纤维复合毡材中碳纤维、热塑性纤维和界面结合材料混合均匀，同时通过添加界面结合材料可以提高模压成型后碳纤维和热塑性纤维之间的粘合度，以保证汽车外饰件整体的结构强度。
(2)通过将注塑件粘合面烘烤至熔融状态，然后利用模压成型设备实现注塑件和热塑性碳纤维复合毡材之间的粘合，模压形成所需的汽车外饰件，与现有技术中于汽车外饰件主体表面注塑生成注塑件(连接件)相比，简化了制备工序，提高了生产效率，同时保证注塑件和热塑性碳纤维复合毡材之间具有较高的连接强度。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法的进一步改进在于，还包括接触式加热压力装置，所述接触式加热压力装置包括上加热板、下加热板以及用于驱动所述上加热板和所述下加热板相对运动的液压缸，于对所述热塑性碳纤维复合毡材进行进行预压处理步骤中，将热塑性碳纤维复合毡材放置于所述下加热板上，通过所述接触式加热压力装置对所述热塑性碳纤维复合毡材进行预压和加热处理。将热塑性碳纤维复合毡材内预留的空气排出，避免模压成型时预留空气受压排出而造成汽车外饰件表面出现凹坑，导致废品。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法的更进一步改进在于，于将软化后的热塑性碳纤维复合毡材铺设于所述定模上，使得所述热塑性碳纤维复合毡材的下表面贴合于所述粘合面步骤中还包括步骤：于所述热塑性碳纤维复合毡材的上表面铺设面饰层，然后驱动所述模压成型设备对铺设有所述面饰层的热塑性碳纤维复合毡材进行模压，制备生成汽车外饰件半成品。通过在热塑性碳纤维复合毡材的上表面铺设面饰层，用以提高汽车外饰件表面的美观度。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法的进一步改进在于，所述模压成型设备中的动模包括压紧机构，所述压紧机构包括对准于所述定模侧面的压板以及用于驱动所述压板压抵于所述定模侧面的气缸，所述气缸安装于所述模压成型设备的机体上，于驱动所述模压成型设备对所述热塑性碳纤维复合毡材和所述注塑件进行模压步骤中，通过所述气缸驱动所述压板压抵铺设在所述定模板上的热塑性碳纤维复合毡材的侧面。利用压板实现对热塑性碳纤维复合毡材的侧面进行模压，保证汽车外饰件侧面的成型质量。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法的进一步改进在于，于进行模压成型作业步骤中，模压压力为1MPa-1.8MPa，保压时间为30s-60s。保证模压后汽车外饰件的成型质量。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法的进一步改进在于，于驱动所述模压成型设备对所述热塑性碳纤维复合毡材和所述注塑件进行模压步骤前还包括步骤，于所述模压成型设备中的动模上涂抹脱模剂。便于脱模，提高汽车外饰件的制备效率。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法的进一步改进在于，所述混合物包括20-50份的碳纤维、40-70份的热塑性纤维以及10-15份的界面结合材料。
附图说明
图1是本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法的流程图。
具体实施方式
为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。
参阅图1可知，本发明公开了一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法，包括以下步骤：
步骤101：制备热塑性碳纤维复合毡材：将碳纤维、热塑性纤维和界面结合材料混合均匀形成一混合物，将混合物放置于开松机中并利用开松机进行开松，利用梳理机对开松后的混合物进行梳理成网，生成密度均匀的单层网，通过铺网机将多个单层网层叠铺设，生成多层网，通过针刺设备对多层网进行针刺加工，生成厚度均匀且相互交织的热塑性碳纤维复合毡材；
步骤102：对热塑性碳纤维复合毡材进行预压处理，使得预压后热塑性碳纤维复合毡材的厚度压缩为原有厚度的1/2至3/4，然后对热塑性碳纤维复合毡材进行加热，使得热塑性碳纤维复合毡材软化，加热温度为180℃-260℃，加热时间为20s-60s；
步骤103：进行模压成型作业：提供模压成型设备和注塑件，将注塑件放置于模压成型设备中的定模上，对注塑件进行烘烤，使得注塑件的粘合面烘烤至熔融状态，然后将软化后的热塑性碳纤维复合毡材铺设于定模上，使得热塑性碳纤维复合毡材的下表面贴合于粘合面，驱动模压成型设备对热塑性碳纤维复合毡材和注塑件进行模压，制备生成汽车外饰件半成品；
步骤104：脱模，取出模压成型后汽车外饰件的半成品；
步骤105：对汽车外饰件半成品进行后处理，得到汽车外饰件成品；
其中，对多层网依次进行针刺加工步骤中，包括预针刺和二次针刺，预针刺密度为60-65针/cm3，针刺深度在50-80mm，二次针刺密度为50-55针/cm3，二次针刺深度在20-50mm。
本实施例中，(1)通过开松机使得碳纤维、热塑性纤维和界面结合材料之间分离并进一步充分混合，将开松后的混合物料经梳理机梳理，形成碳纤维、热塑性纤维和界面结合材料密度均匀分布的单层网，针刺设备对多层网进行针刺加工，使得不同层单层网中的碳纤维和热塑性纤维相互交织缠结，由于摩擦力的作用以及碳纤维和热塑性纤维上下位移时产生一定挤压，使得多层网受到压缩，形成具有一定厚度和一定强力的热塑性碳纤维复合毡材，同时具有较好的稳定性和弹性；(2)混合物经开松、梳理和铺网后喂入针刺设备中，经针刺缠结加固后打卷，然后经预针刺的纤网退卷，再次喂入针刺设备中，进行二次针刺；(3)对热塑性碳纤维复合毡材进行预压的目的在于，将热塑性碳纤维复合毡材中残留的空气排出，避免加热过程中，空气受热膨胀冲出损坏热塑性碳纤维复合毡材表面的形貌，影响后期汽车外饰件表面的成型质量，对热塑性碳纤维复合毡材加热的处理的目的在于，软化热塑性碳纤维复合毡材，便于后续的模压成型工序；(4)在进行模压前，对注塑件进行烘烤及对热塑性碳纤维复合毡材进行软化的目的在于，保证模压时热塑性碳纤维复合毡材和注塑件之间粘结牢固，提高两者之间的连接强度，继而避免相邻汽车外饰件之间组装过程中注塑件和汽车外饰件本体的连接部位发生断裂，并且与现有技术中在外饰件表面注塑生成注塑件相比，制备工序简单、热塑性碳纤维复合毡材(外饰件)和注塑件之间的连接强度更高；(5)无需对热塑性碳纤维复合毡材进行预浸渍作业，简化了制备工序，提高了汽车外饰件的制备效率；(6)单层网的重量为20g-50g，多层网的重量为300g/m2-500g/m2，注塑件具体为压合于热塑性碳纤维复合毡材表面的连接构件，实际使用中便于相邻汽车外饰件之间的连接；(7)梳理机选用双锡林梳理机或双锡林双道夫梳理机，利用电热器对注塑件进行烘烤作业。
进一步的，还包括接触式加热压力装置，接触式加热压力装置包括上加热板、下加热板以及用于驱动上加热板和下加热板相对运动的液压缸，于对热塑性碳纤维复合毡材进行进行预压处理步骤中，将热塑性碳纤维复合毡材放置于下加热板上，通过接触式加热压力装置对热塑性碳纤维复合毡材进行预压和加热处理。本实施例中，通过接触式加热压力装置中的上加热板和下加热板分别对热塑性碳纤维复合毡材上表面和下表面进行预压和加热处理，用于将热塑性碳纤维复合毡材中残留的空气排出，并且保证热塑性碳纤维复合毡材各处受力和受热均匀。
进一步的，于将软化后的热塑性碳纤维复合毡材铺设于定模上，使得热塑性碳纤维复合毡材的下表面贴合于粘合面步骤中还包括步骤：于热塑性碳纤维复合毡材的上表面铺设面饰层，然后驱动模压成型设备对铺设有面饰层的热塑性碳纤维复合毡材进行模压，制备生成汽车外饰件半成品。本实施例中，将面饰层铺设在软化后的热塑性碳纤维复合毡材表面，利用热塑性碳纤维复合毡材表面的温度使得面饰层呈高弹性高弹态，便于模压成型过程中，面饰层与热塑性碳纤维复合毡材表面完全贴合，保证模压成型的质量，继而通过铺设面饰层，提高模压成型后汽车外饰件整体的装饰效果。
进一步的，模压成型设备中的动模包括压紧机构，压紧机构包括对准于定模侧面的压板以及用于驱动压板压抵于定模侧面的气缸，气缸安装于模压成型设备的机体上，于驱动模压成型设备对热塑性碳纤维复合毡材和注塑件进行模压步骤中，通过气缸驱动压板压抵铺设在定模板上的热塑性碳纤维复合毡材的侧面。本实施例中，通过压板实现对模压过程中热塑性碳纤维复合毡材的侧面进行压合，进而保证模压成型后汽车外饰件侧面的成型质量，避免汽车外饰件侧面起翘。
进一步的，于进行模压成型作业步骤中，模压压力为1MPa-1.8MPa，保压时间为30s-60s。本实施例中，采用上述模压参数，可以保证模压成型后的汽车外饰件具有较好的结构强度和成型质量。
进一步的，于驱动模压成型设备对热塑性碳纤维复合毡材和注塑件进行模压步骤前还包括步骤，于模压成型设备中的动模上涂抹脱模剂。本实施例中，通过在动模上涂抹脱模剂，便于脱模，避免模压成型后的汽车外饰件粘合于动模上。更进一步的，定模上也涂抹有脱模剂。
进一步的，于对热塑性碳纤维复合毡材进行预压处理步骤前还包括步骤：将热塑性碳纤维复合毡材浸渍于浸渍溶液10min-30min，使得所述浸渍溶液均匀渗透于热塑性碳纤维复合毡材，浸渍溶液包括聚氨酯树脂、二甲基甲酰胺、聚酯多元醇、聚醚多元醇、大分子有机硅氧烷以及聚乙烯吡咯烷酮碘；通过将热塑性碳纤维复合毡材浸渍于浸渍溶液中，(1)进一步提高将碳纤维和热塑性纤维之间的连接强度；(2)保证成型后的外饰件具有较好的耐磨性和防污性。具体的，包括80-90份的聚氨酯树脂、15-20份二甲基甲酰胺、20-30份的聚酯多元醇、10-20份的聚醚多元醇、5-10份的大分子有机硅氧烷和3-5份的聚乙烯吡咯烷酮碘。
本发明中，混合物包括20-50份的碳纤维、40-70份的热塑性纤维以及10-15份的界面结合材料。本实施例中，通过采用上述份额配比，可以保证模压成型后汽车外饰件具有较高的结构强度。
本发明中，界面结合材料可选用粘结纤维，具体的为低熔点的丙纶、复合纤维或树脂；热塑性纤维选用聚丙烯纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维中的一种或多种。
本发明中，与传统碳纤维复合毡材相比，热塑性碳纤维复合毡材的均匀度提升了10％、强度提高了15％，纵横向比拉力减少了15％，有效提高了热塑性碳纤维复合毡材的质量和性能，继而保证汽车外饰件的成型质量。与传统采用热固性树脂为基质的碳纤维复合材料的制备方法相比，本发明中基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法中的模压压力和模压温度较低，降低了生产成本。
本发明中，注塑件的作用在于实际使用中实现相邻汽车外饰件之间的连接，起连接件的作用，常见的注塑件为卡扣构件。
本发明中所指的汽车外饰件本体对应于热塑碳纤维复合毡材模压后的结构。
本发明一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法的有益效果包括：
1.通过增加界面结合材料，可以提高热塑性纤维与碳纤维之间结合力，继而保证模压成型后汽车外饰件整体的结构强度。
2.热塑性碳纤维复合毡材和注塑件之间采用模压成型工艺，有效保证注塑件和汽车外饰件本体之间的连接强度，避免相邻汽车外饰件组装时注塑件和汽车外饰件本体连接部位发生断裂，延长汽车外饰件的使用寿命。
3.保证了汽车外饰件模压成型的质量，简化了制备工序，降低了生产成本。
以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容的能涵盖的范围内。
Claims (7)
1.一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备热塑性碳纤维复合毡材：将碳纤维、热塑性纤维和界面结合材料混合均匀形成一混合物，将所述混合物放置于开松机中并利用开松机进行开松，利用梳理机对开松后的混合物进行梳理成网，生成密度均匀的单层网，通过铺网机将多个所述单层网层叠铺设，生成多层网，通过针刺设备对所述多层网进行针刺加工，生成厚度均匀且相互交织的热塑性碳纤维复合毡材；
对所述热塑性碳纤维复合毡材进行预压处理，使得预压后热塑性碳纤维复合毡材的厚度压缩为原有厚度的1/2至3/4，然后对所述热塑性碳纤维复合毡材进行加热，使得所述热塑性碳纤维复合毡材软化，加热温度为180℃-260℃，加热时间为20s-60s；
进行模压成型作业：提供模压成型设备和注塑件，将所述注塑件放置于所述模压成型设备中的定模上，对所述注塑件进行烘烤，使得所述注塑件的粘合面烘烤至熔融状态，然后将软化后的热塑性碳纤维复合毡材铺设于所述定模上，使得所述热塑性碳纤维复合毡材的下表面贴合于所述粘合面，驱动所述模压成型设备对所述热塑性碳纤维复合毡材和所述注塑件进行模压，制备生成汽车外饰件半成品；
脱模，取出模压成型后汽车外饰件的半成品；
对所述汽车外饰件半成品进行后处理，得到汽车外饰件成品；
其中，对所述多层网依次进行针刺加工步骤中，包括预针刺和二次针刺，预针刺密度为60-65针/cm3，针刺深度在50-80mm，二次针刺密度为50-55针/cm3，二次针刺深度在20-50mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法，其特征在于，还包括接触式加热压力装置，所述接触式加热压力装置包括上加热板、下加热板以及用于驱动所述上加热板和所述下加热板相对运动的液压缸，于对所述热塑性碳纤维复合毡材进行进行预压处理步骤中，将热塑性碳纤维复合毡材放置于所述下加热板上，通过所述接触式加热压力装置对所述热塑性碳纤维复合毡材进行预压和加热处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法，其特征在于，于将软化后的热塑性碳纤维复合毡材铺设于所述定模上，使得所述热塑性碳纤维复合毡材的下表面贴合于所述粘合面步骤中还包括步骤：于所述热塑性碳纤维复合毡材的上表面铺设面饰层，然后驱动所述模压成型设备对铺设有所述面饰层的热塑性碳纤维复合毡材进行模压，制备生成汽车外饰件半成品。
4.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法，其特征在于：所述模压成型设备中的动模包括压紧机构，所述压紧机构包括对准于所述定模侧面的压板以及用于驱动所述压板压抵于所述定模侧面的气缸，所述气缸安装于所述模压成型设备的机体上，于驱动所述模压成型设备对所述热塑性碳纤维复合毡材和所述注塑件进行模压步骤中，通过所述气缸驱动所述压板压抵铺设在所述定模板上的热塑性碳纤维复合毡材的侧面。
5.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法，其特征在于：于进行模压成型作业步骤中，模压压力为1MPa-1.8MPa，保压时间为30s-60s。
6.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法，其特征在于：于驱动所述模压成型设备对所述热塑性碳纤维复合毡材和所述注塑件进行模压步骤前还包括步骤，于所述模压成型设备中的动模上涂抹脱模剂。
7.根据权利要求1所述的一种基于热塑性碳纤维复合材料汽车外饰件的制备方法，其特征在于：所述混合物包括20-50份的碳纤维、40-70份的热塑性纤维以及10-15份的界面结合材料。
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