一种用于防撞杠的碳纤维复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种用于防撞杠的碳纤维复合材料，包括依次交替排布的碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层，碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层的层数分别为4‑6层；碳纤维浸渍层按照如下方法制得：碳纤维织物在聚苯硫醚树脂中浸渍、加压成型；中空纤维浸渍层按照如下方法制得：中空纤维织物在第二树脂胶中浸渍、加压成型；碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层依次排布完成后，加热加压成型制得碳纤维复合材料。采用以上方法制得的用于防撞杠的碳纤维复合材料具有强度高、减震效果好、质量较轻的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于防撞杠的碳纤维复合材料
本专利技术涉及防撞减震复合材料领域，具体涉及一种用于防撞杠的碳纤维复合材料。
技术介绍
车辆防撞梁安装在车辆四周，当车辆受到碰撞时，防撞梁可以吸收部分碰撞产生的震动。通常车辆防撞梁采用钢材等高硬度材质，但采用这些材料制得的车辆防撞梁通常比较重，不能满足汽车轻量化要求。为了减轻车辆防撞梁的重量，申请日为2011年12月5日、申请号为201110398165.5的中国专利公开了一种汽车防撞梁的碳纤维增强聚苯硫醚复合材料及汽车防撞梁的制作方法，其中汽车防撞梁由原材料碳纤维和聚苯硫醚树脂按照多层结构上下交替排布制得主体结构，并且在主体结构的两侧分别固定聚酰亚胺薄膜制备预浸料，预浸料通过热压成型制得碳纤维增强聚苯硫醚复合材料。采用以上方法制得的汽车防撞梁，其主要以碳纤维和基体树脂作为基础原料，替代部分钢材，以减轻防撞梁的重量。由于碳纤维与基体树脂之间存在界面，碳纤维表面比较光滑，界面之间的作用力较弱。当受到外力时，基体树脂与碳纤维之间容易发生相对滑移，影响防撞梁的强度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于防撞杠的碳纤维复合材料，其具有强度高、减震效果好、质量较轻的特点。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于防撞杠的碳纤维复合材料，包括依次交替排布的碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层，碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层的层数均为4-6层；碳纤维浸渍层按照如下方法制得：碳纤维织物在聚苯硫醚树脂中浸渍、加压成型；碳纤维织物进行表面上浆处理，具体上浆处理过程包括：S1、碳纤维织物预先在丙酮溶液中浸泡24-48h，之后采用去离子水清洗干净碳纤维织物表面的溶剂；S2、将S1处理后的碳纤维织物在上浆剂中浸润36-48h进行上浆处理，上浆剂包括以质量份数表示的：聚苯醚酮树脂25-40份、NMP溶剂45-50份、辛基酚聚氧乙烯醚0.5-0.8份、去离子水56-63份；S3、经过S2处理的碳纤维织物在惰性气氛下，于110-120℃之间固化处理3-5h，制得经过上浆剂处理的碳纤维织物；中空纤维浸渍层按照如下方法制得：以质量分数计的100份环氧树脂中加入7-10份固化剂搅拌制得中空纤维浸渍胶；中空纤维织物在中空纤维浸渍胶中浸渍、加压成型；碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层依次排布完成后，加热加压成型制得碳纤维复合材料。采用以上技术方案，碳纤维织物与中空纤维织物交替排布，提供一定的强度和柔性。碳纤维织物具有一定的强度和柔性，便于热压定型。中空纤维织物具有弹性，其与碳纤维织物配合，进一步提高制得的碳纤维复合材料的柔韧性。遇到碰撞时，其能够吸收部分震动能，减少碳纤维复合材料收到的冲击，提高碳纤维复合材料的抗震强度。此外，碳纤维织物和聚苯硫醚树脂结合，提高碳纤维织物的界面结合作用力。此外，对碳纤维织物预先采用聚苯醚酮树脂上浆处理，进一步提高碳纤维织物与聚苯硫醚树脂的界面结合强度，还可以使碳纤维保持一定的柔性，提高碳纤维复合材料的抗拉强度。进一步地，碳纤维织物和中空纤维织物均选择平纹织物、斜纹织物、缎纹织物或者单向织物中的一种。采用以上技术方案，碳纤维织物和中空纤维织物采用以上编织方式，进一步提高碳纤维复合材料的强度和耐磨性能。进一步地，碳纤维织物选择聚丙烯腈碳纤维织物或者沥青碳纤维织物中的一种。采用以上技术方案，这两种碳纤维织物表面方便上浆，而且碳纤维织物本身具有一定的强度。进一步地，中空纤维织物所用的中空纤维选择聚丙烯腈中空碳纤维或者沥青基中空碳纤维。以上中空纤维织物所用的中空纤维兼具较好的柔性和强度，碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层交替排布后，使得碳纤维复合材料的抗拉强度大幅提升。优选地，聚苯硫醚树脂的平均分子量为4000-5000。采用以上技术方案，聚苯硫醚树脂在该平均分子量范围内，容易浸润碳纤维织物。进一步地，碳纤维浸渍层按照如下方法制得：碳纤维织物与聚苯硫醚树脂以体积比为1:2-3的比例浸渍混合，在室温下干燥24-48h之后，在180-250℃、0.3-0.5MPa的条件下热压15-20min制得碳纤维浸渍层。采用以上技术方案，碳纤维织物在聚苯硫醚树脂中浸渍，干燥后聚苯硫醚树脂包覆在碳纤维织物表面，并且经过热压之后，碳纤维浸渍层能够保持较好的抗拉强度。进一步地，中空纤维浸渍层按照如下方法制得：经过上浆剂处理的中空纤维织物与环氧树脂以体积比为1:2-3的比例浸渍混合，在室温下干燥24-48h之后，在160-200℃、0.1-0.3MPa的条件下热压10-15min制得中空纤维浸渍层。采用以上技术方案，中空纤维织物在环氧树脂浸渍下能够保持一定较好的柔性，中空纤维浸渍层与碳纤维浸渍层结合，提高用于防撞杠的碳纤维复合材料的抗拉强度。进一步地，碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层依次排布完成后，在150-160℃、1-5MPa的条件下热压10-12min制得碳纤维复合材料。采用以上技术方案，碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层在以上条件下进行热压，提高碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层的界面结合强度。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：1、选择碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层交替排布，作为用于防撞杠的碳纤维复合材料的主要结构层，可以吸收部分瞬时震动，提高用于防撞杠的碳纤维复合材料的抗拉强度；2、碳纤维织物预先采用聚苯醚酮树脂进行上浆处理，并且在聚苯硫醚树脂中浸渍热压；中空纤维织物在环氧树脂中浸渍热压，提高碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层的界面粘合强度，进一步增强用于防撞杠的碳纤维复合材料的整体层间剪切强度。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例一：一种用于防撞杠的碳纤维复合材料，包括5层碳纤维浸渍层和5层中空纤维浸渍层，碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层交替排布；其中碳纤维浸渍层按照如下方法制得：S1、聚丙烯腈碳纤维织物(本实施例选择平纹织物)预先在丙酮溶液中浸泡24h，之后采用去离子水清洗干净碳纤维织物表面的溶剂；S2、配置上浆剂，取25kg聚苯醚酮树脂、45kgNMP溶剂、0.5kg辛基酚聚氧乙烯醚和56kg去离子水搅拌混合制得上浆剂，S1处理后的聚丙烯腈碳纤维织物在上浆剂中浸润36h进行上浆处理；S3、经过S2处理的聚丙烯腈碳纤维织物在氮气气氛下，于110℃固化处理3h，制得经过上浆剂处理的聚丙烯腈碳纤维织物。S4、经过上浆剂处理的聚丙烯腈碳纤维织物与聚苯硫醚树脂(本实施例中聚苯硫醚树脂的平均分子量为4000)以体积比为1:2的比例浸渍混合，并且在室温下干燥24h后，在180℃、0.3MPa下热压20min制得碳纤维浸渍层。中空纤维浸渍层按照如下方法制得：100kg环氧树脂和7kg固化剂(本实施例中采用2-乙基-4-甲基咪唑)搅拌混合制得中空纤维浸渍胶；中空纤维织物(本实施例采用可乐丽公司制备的聚偏氟乙烯中空纤维的斜纹织物)和中空纤维浸渍胶以体积为1:2的比例浸渍混合，在室温下干燥24h之后，在160℃、0.1MPa下热压15min制得中空纤维浸渍层。碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层依次排布完成后，在150℃、1MPa下热压12min制得用于防撞杠的碳纤维复合材料。其余实施例与实施例一的区别在于，组分的配比和工艺条件不同，具体如表1所示。表1各实施例制得的用于防撞杠的碳纤维复合材料的配比和工艺条件以上各实施例采用的原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于防撞杠的碳纤维复合材料，其特征在于：包括依次交替排布的碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层，碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层的层数均为4‑6层；碳纤维浸渍层按照如下方法制得：碳纤维织物在聚苯硫醚树脂中浸渍、加压成型；碳纤维织物进行表面上浆处理，具体上浆处理过程包括：S1、碳纤维织物预先在丙酮溶液中浸泡24‑48h，之后采用去离子水清洗干净碳纤维织物表面的溶剂；S2、将S1处理后的碳纤维织物在上浆剂中浸润36‑48h进行上浆处理，上浆剂包括以质量份数表示的：聚苯醚酮树脂25‑40份、NMP溶剂45‑50份、辛基酚聚氧乙烯醚0.5‑0.8份、去离子水56‑63份；S3、经过S2处理的碳纤维织物在惰性气氛下，于110‑120℃之间固化处理3‑5h，制得经过上浆剂处理的碳纤维织物；中空纤维浸渍层按照如下方法制得：以质量分数计的100份环氧树脂中加入7‑10份固化剂搅拌制得中空纤维浸渍胶；中空纤维织物在中空纤维浸渍胶中浸渍、加压成型；碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层依次排布完成后，加热加压成型制得碳纤维复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于防撞杠的碳纤维复合材料，其特征在于：包括依次交替排布的碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层，碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层的层数均为4-6层；碳纤维浸渍层按照如下方法制得：碳纤维织物在聚苯硫醚树脂中浸渍、加压成型；碳纤维织物进行表面上浆处理，具体上浆处理过程包括：S1、碳纤维织物预先在丙酮溶液中浸泡24-48h，之后采用去离子水清洗干净碳纤维织物表面的溶剂；S2、将S1处理后的碳纤维织物在上浆剂中浸润36-48h进行上浆处理，上浆剂包括以质量份数表示的：聚苯醚酮树脂25-40份、NMP溶剂45-50份、辛基酚聚氧乙烯醚0.5-0.8份、去离子水56-63份；S3、经过S2处理的碳纤维织物在惰性气氛下，于110-120℃之间固化处理3-5h，制得经过上浆剂处理的碳纤维织物；中空纤维浸渍层按照如下方法制得：以质量分数计的100份环氧树脂中加入7-10份固化剂搅拌制得中空纤维浸渍胶；中空纤维织物在中空纤维浸渍胶中浸渍、加压成型；碳纤维浸渍层和中空纤维浸渍层依次排布完成后，加热加压成型制得碳纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的用于防撞杠的碳纤维复合材料，其特征在于：碳纤维织物和中空纤维织物均选择平纹织物、斜纹织物、缎纹织物或者单向织物中的一种。3.根据权利要求2所述的用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建立，王向卫，李海洋，
申请(专利权)人：福星东联北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11