一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，包括以下步骤：1)利用聚丙烯腈原丝制备碳纤维，采用阳极氧化法处理碳纤维，将碳纤维制备成碳纤维束，再制备碳纤维织物；2)采用以单壁CNTs、PPEK、改性体系和上浆剂制成的改性上浆剂对碳纤维织物进行表面改性；3)采用经改性的碳纤维增强复合材料与钢板复叠制备Steel/CFRP复层；4)采用真空树脂传递模塑成型技术，利用RTM模具成型；5)脱模，得到碳纤维复合材料汽车零部件制品；本发明专利技术制备成本低，性能优越，经济环保，且能满足批量化自动化生产，稳定性好，操作简便，制备难度低，为碳纤维增强复合材料在汽车制造领域的批量化应用提供了可靠的技术支持，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法
本专利技术涉及汽车零部件制造
，具体是一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法。
技术介绍
碳纤维是含碳量高于90％的纤维的总称，其发展于20世纪60年代，是一种高科技新材料，是纤维状的碳材料；碳纤维具有高比强度，高比热模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、震动衰减性高、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，具有其他常见纤维无法比拟的力学性能，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，是唯一能保持强度不下降的材料；碳纤维增强复合材料，即CFRP，是一种以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥或橡胶等为基体所形成的复合材料，它既可作为承载负荷用的结构材料又可作为功能材料满足一些功能性的要求；因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，从最初在航空航天及军事工业等尖端领域的应用，到目前在民用领域的普及，碳纤维意境成为一种军民两用的高科技纤维材料。将碳纤维增强复合材料应用于汽车领域，一个最明显的作用就是使汽车轻量化，通过减重降低汽车百公里油耗，进而达到节能减排，绿色环保的目的，对于车辆基数庞大的中国而言，将会明显改善我国的恶劣空气状况；碳纤维增强复合材料应用于汽车领域还具有其他意义，除了可以降低油耗，减少环境污染外，还有助于改善汽车的加速性和控制稳定性，并对汽车噪音、振动、碰撞时惯性和制动距离的减少都有着积极的作用；用碳纤维复合材料制造的发动机部件和传动轴，具有高阻尼特性并降低振动、降低噪音而提高乘坐舒适性；碳纤维复合材料因具有良好的抗冲击性能，在汽车保险杠部位得到广泛应用；大大提高了安全性，然而碳纤维复合材料由于其高昂的原料成本在很长时间内制约了其在汽车行业的应用，而为了降低成本，目前碳纤维生产厂家将目光投向了大丝束碳纤维的研发，且碳纤维制品的生产制造技术具有局限性，缺乏大批量连接技术，生产周期长，且难以实现大规模生产，目前，我国碳纤维复合材料在汽车工业中年用量比例还很小，因此，开发碳纤维复合材料在汽车上的应用研究具有很大的发展和应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可实现批量化自动化生产、显著降低生产成本，能大规模应用于汽车工业中的碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，包括以下步骤：1)制备碳纤维织物：1.1)将聚丙烯腈原丝在惰性气体保护下进行高温碳化处理，使得极性基团全部裂解逸出，碳纤维表面含碳量≥92％；1.2)采用阳极氧化法，将步骤1.1)中经碳化处理的碳纤维置于电解质溶液中电解10-20min，在碳纤维表面引入亲水基团；1.3)将步骤1.2)中经阳极氧化处理后的碳纤维用5wt％(NH4)2HPO4溶液煮沸15-30min，用去离子水冲洗三次，并在120℃烘箱中干燥3h；1.4)将步骤1.3)处理后的碳纤维以600-800根/束的规格制备成碳纤维束，以碳纤维束制备碳纤维织物；2)对碳纤维织物进行表面改性：用单壁CNTs、PPEK、改性体系和上浆剂超声混合后制备成改性上浆剂，将步骤1.4)制备得到的碳纤维织物在改性上浆剂中浸渍10-30min，120℃温度条件下烘干热压得到改性碳纤维增强复合材料，改性上浆剂用量为碳纤维织物的1-3wt％；3)制备Steel/CFRP复层：将步骤2)制备的改性碳纤维增强复合材料与钢板复叠，先将钢板放置在RTM模具内，接着在钢板上面铺设3-5层改性碳纤维增强复合材料形成Steel/CFRP复层；4)成型：4.1)成型工艺：采用真空树脂传递模塑成型技术成型，树脂体系选用环氧树脂体系EpoTech167A/167B；4.2)制作纤维预成型体：采用增粘剂将步骤3)制备的Steel/CFRP复层固结成与所需制品相同形状的半成品；4.3)选择RTM模具：采用多点浇口的三板式注射模具，采用100t合模液压机作为启模、闭模机构，模具采用铝合金材料；4.5)注胶：胶液温度为50℃，RTM模具温度为55℃，注胶流量为10-20mL/s，固化温度为90℃，保温时间为20min，注胶压力≤1MPa；5)脱模，得到制品。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤1.2)中，以石墨板或金属板作为阴极，以碳纤维作为阳极，以有机酸、无机酸、盐或碱类作为电解质溶液。作为本专利技术再进一步的方案：所述步骤1.4)中，碳纤维束在25℃条件下，悬垂值/单丝弯曲刚度为1.4×103-4.0×103cm/Pa·cm4，碳纤维织物面密度分别为480g/m2和200g/m2，单轴向布为200g/m2。作为本专利技术再进一步的方案：所述步骤2)中上浆剂以由聚乙二醇双酚醚、环氧烷烃、顺式丁烯二酐和酞酐合成的多元酯为主体聚合物制备而成。作为本专利技术再进一步的方案：所述改性上浆剂中，CNTs的浓度为0.3-0.7wt％,PPEK的浓度为0.4-0.6wt％，改性体系5-10wt％；改性体系按照重量份的组成成分为：丁腈橡胶8-10份、乙酸乙酯29-36份、环己酮43-54份、增塑剂DOA0.8-1份、硫化活性剂0.4-0.6份、硫化剂DCP0.04-0.06份、TMTD0.04-0.06份、硬脂酸0.08-0.12份。作为本专利技术再进一步的方案：所述改性上浆剂中，CNTs的浓度为0.5wt％,PPEK的浓度为0.5wt％，改性体系7wt％；改性体系按照重量份的组成成分为：丁腈橡胶9份、乙酸乙酯33份、环己酮48份、增塑剂DOA0.9份、硫化活性剂05份、硫化剂DCP0.05份、TMTD0.05份、硬脂酸0.1份。作为本专利技术再进一步的方案：所述钢板采用DC03冲压冷轧钢板，厚度1.0mm，钢板中各化学成分的质量百分比限定如下：C≤0.1％、Mn≤0.45％、P≤0.035％、S≤0.035％、Al≤0.020％。作为本专利技术再进一步的方案：所述步骤4.2)中，增粘剂采用Airtac2增粘剂，喷涂量为改性碳纤维增强复合材料的3-5wt％、定型加热温度为90-100℃、定型时间20-25min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用本专利技术方法制备的碳纤维织物在成型为碳纤维增强复合材料时具有更高的流动性和高机械特性，且机械特性的偏差更小，碳纤维对精细部位的追随性也更优异；采用阳极氧化法对碳纤维进行预处理，能有利于碳纤维后续与上浆剂结合，也能保持碳纤维复合材料制件的层间剪切性能，可实现批量化纤维连续处理，稳定性好，操作简便，处理速度快且经济环保；经过改性的上浆剂具有更高的耐热性、表面能和表面粗糙度，且提高了与树脂体系的浸润性，有助于成型；本专利技术采用真空树脂传递模塑成型技术成型，工艺特点为采用闭模成型技术，对环境无污染，可以成型双面光滑且形状复杂的汽车零部件构件，成本低，性能高，后处理工作量小，预成型体尺寸易于控制，可设计性强，生产周期始终，可实现半自动或自动化生产，效率高，纤维含量高，能够应用计算机辅助设计进行模具和产品设计，可实现充模过程的模拟；本专利技术制备的改性碳纤维增强复合材料与钢板复叠制成的steel/CFRP作为汽车零部件材料，采用真空RTM成型工艺，采用多点注射的快速RTM模具，制备得到的碳纤维增强复合材料汽车零部件，与现有金属汽车零部件相比，重量显著减轻，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备碳纤维织物：1.1)将聚丙烯腈原丝在惰性气体保护下进行高温碳化处理，使得极性基团全部裂解逸出，碳纤维表面含碳量≥92％；1.2)采用阳极氧化法，将步骤1.1)中经碳化处理的碳纤维置于电解质溶液中电解10‑20min，在碳纤维表面引入亲水基团；1.3)将步骤1.2)中经阳极氧化处理后的碳纤维用5wt％(NH

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备碳纤维织物：1.1)将聚丙烯腈原丝在惰性气体保护下进行高温碳化处理，使得极性基团全部裂解逸出，碳纤维表面含碳量≥92％；1.2)采用阳极氧化法，将步骤1.1)中经碳化处理的碳纤维置于电解质溶液中电解10-20min，在碳纤维表面引入亲水基团；1.3)将步骤1.2)中经阳极氧化处理后的碳纤维用5wt％(NH4)2HPO4溶液煮沸15-30min，用去离子水冲洗三次，并在120℃烘箱中干燥3h；1.4)将步骤1.3)处理后的碳纤维以600-800根/束的规格制备成碳纤维束，以碳纤维束制备碳纤维织物；2)对碳纤维织物进行表面改性：用单壁CNTs、PPEK、改性体系和上浆剂超声混合后制备成改性上浆剂，将步骤1.4)制备得到的碳纤维织物在改性上浆剂中浸渍10-30min，120℃温度条件下烘干热压得到改性碳纤维增强复合材料，改性上浆剂用量为碳纤维织物的1-3wt％；3)制备Steel/CFRP复层：将步骤2)制备的改性碳纤维增强复合材料与钢板复叠，先将钢板放置在RTM模具内，接着在钢板上面铺设3-5层改性碳纤维增强复合材料形成Steel/CFRP复层；4)成型：4.1)成型工艺：采用真空树脂传递模塑成型技术成型，树脂体系选用环氧树脂体系EpoTech167A/167B；4.2)制作纤维预成型体：采用增粘剂将步骤3)制备的Steel/CFRP复层固结成与所需制品相同形状的半成品；4.3)选择RTM模具：采用多点浇口的三板式注射模具，采用100t合模液压机作为启模、闭模机构，模具采用铝合金材料；4.5)注胶：胶液温度为50℃，RTM模具温度为55℃，注胶流量为10-20mL/s，固化温度为90℃，保温时间为20min，注胶压力≤1MPa；5)脱模，得到制品。2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法，其特征在于，所述步骤1.2)中，以石墨板或金属板作为阴极，以碳纤维作为阳极，以有机酸、无机酸、盐或...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙从贵，杭霖生，陆继忠，
申请(专利权)人：盐城赛福汽车零部件有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32