碳纖維復(fù)合材料汽車前地板成型工藝及性能研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料以其高強(qiáng)度、高模量、成型工藝靈活、輕量化效果十分明顯等優(yōu)點(diǎn)，在航天航空、風(fēng)機(jī)葉片、體育器材、汽車零部件中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在車身結(jié)構(gòu)件中，輕量化效果尤為明顯；但是由于碳纖維復(fù)合材料的各向異性不同于金屬材料的各向同性，使其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成型加工方法上比金屬材料復(fù)雜，因此還未得到廣泛的應(yīng)用，尤其是在民用方面，因此對(duì)碳纖維復(fù)合材料汽車零部件詳細(xì)系統(tǒng)的研究顯得尤為重要。
　　本課題以復(fù)合材料汽車前地板為研究對(duì)象

2、，對(duì)樹(shù)脂基體和碳纖維等原材料進(jìn)行了詳細(xì)的研究和篩選，并對(duì)成型工藝進(jìn)行了探索，確定了適用于前地板主板和梁 VARI成型工藝用雙酚 A型樹(shù)脂體系的最佳固化工藝為80℃/2h+110℃/2h+140℃/2h，按照此固化工藝制備的樹(shù)脂澆鑄體的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別為73.52MPa、128.12Mpa、17.17KJ/m2和138℃。對(duì)國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口T300級(jí)平紋碳纖維進(jìn)行力學(xué)性能研究，確定了適用于前地板主板和梁 VARI

3、成型工藝用增強(qiáng)材料為進(jìn)口 T300級(jí)平紋碳纖維，且鋪層方式為[0°/90°]4s。通過(guò)VARI工藝成型[0°/90°]4s、[0°/+45°/90°/-45°]2s、[+45°/-45°]4s三種不同鋪層方式增強(qiáng)雙酚A型樹(shù)脂體系復(fù)合材料的力學(xué)性能的研究表明，以[0°/90°]4s鋪層方式得到的復(fù)合材料力學(xué)性能最優(yōu)，其拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、層間剪切強(qiáng)度分別為896.46MPa和956.71MPa、49.82GPa和57.

4、31GPa、815.93MPa和904.76MPa、45.33GPa和52.54GPa、52.58MPa和53.71MPa；本課題還采用先進(jìn)復(fù)合材料熱壓罐成型工藝制備了汽車橫梁，對(duì)熱壓罐工藝成型T300級(jí)單向預(yù)浸料和不同鋪層間復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明以[0°/90°]4s為最優(yōu)的鋪層方式，得到的復(fù)合材料力學(xué)性能最優(yōu)，其拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、層間剪切強(qiáng)度分別為1236.58MPa、69.89GPa、1189

5、.60MPa、65.43GPa、84.26MPa。
　　在獲得了前地板主板和梁用樹(shù)脂體系和碳纖維基本性能參數(shù)后，對(duì)VARI工藝成型前地板主板和梁的工藝進(jìn)行了研究，并且成功制備了前地板主板和梁；采用金相顯微鏡測(cè)試了前地板主板的纖維體積含量為57.4％，并且在不同位置，纖維體積含量不同；在主板平板處，纖維體積含量為61%，在主板拐角處，纖維體積含量為53%。
　　通過(guò)對(duì)膠接試驗(yàn)的基礎(chǔ)性研究，確定了MAXLOKT6混合型結(jié)構(gòu)膠作為

6、前地板膠接用結(jié)構(gòu)膠；對(duì)膠接完成后的前地板稱重，發(fā)現(xiàn)梁用VARI工藝和用熱壓罐工藝成型組裝的前地板重量分別為13.6kg和14.8kg，相比于原金屬前地板，重量分別降低了49.63%和45.19%；對(duì)前地板進(jìn)行剛度測(cè)試，結(jié)果表明前地板梁用VARI工藝成型的前地板的剛度與原金屬前地板剛度相當(dāng)，而前地板梁用熱壓罐工藝成型的前地板的剛度約是其兩倍；最后對(duì)制備的前地板進(jìn)行裝車試驗(yàn)，并對(duì)裝車后的白車身進(jìn)行了模態(tài)測(cè)試，結(jié)果表明其與原金屬車身的模態(tài)頻率