權(quán)利要求

1.用于新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)的碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料包括碳纖維和樹(shù)脂材料制備得到的殼層，以及樹(shù)脂材料制備得到的內(nèi)芯，所述殼層形成對(duì)所述內(nèi)芯的包覆。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)的碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述殼層的厚度為0.5~2mm，所述內(nèi)芯的厚度為20~100mm。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)的碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，所述樹(shù)脂材料選自PET、PPO、PA、PEEK中的至少一種。 4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： （1）將碳纖維和第一樹(shù)脂材料制備得到熱塑性碳纖維單向帶； （2）將第二樹(shù)脂材料依次進(jìn)行改性、切粒、二氧化碳超臨界物理發(fā)泡和珠粒模壓成型，得到所述碳纖維復(fù)合材料的內(nèi)芯； （3）采用單向帶繞制工藝，將步驟（1）得到的所述碳纖維單向帶復(fù)合在步驟（2）得到的所述內(nèi)芯表面，得到預(yù)制品； （4）對(duì)所述預(yù)制品進(jìn)行激光熱固，實(shí)現(xiàn)一次成型。 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟（1）中，按重量份數(shù)計(jì)，所述碳纖維為50~65份，第一樹(shù)脂材料為35~50份。 6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟（1）中，所述第一樹(shù)脂材料為PET或PPO，所述第一樹(shù)脂材料與下面的內(nèi)芯材料為同一材料，這一步驟采用連續(xù)復(fù)合壓機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行。 7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟（2）中，所述第二樹(shù)脂材料為PET或PPO。 8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟（2）中，所述改性為向所述第二樹(shù)脂材料中加入擴(kuò)鏈劑和/或增韌劑，所述擴(kuò)鏈劑和/或增韌劑的加入量為所述第二樹(shù)脂材料的3~10質(zhì)量%； 經(jīng)過(guò)二氧化碳超臨界物理發(fā)泡后，所述第二樹(shù)脂材料成為珠粒； 向所述第二樹(shù)脂材料加工的珠粒中加入EPET和/或EPPO珠粒，通過(guò)全自動(dòng)模壓機(jī)成型任意型狀的結(jié)構(gòu)件，得到所述碳纖維復(fù)合材料的內(nèi)芯； 所述第二樹(shù)脂材料與所述EPET和/或EPPO珠粒的質(zhì)量比為(3~5):(3~5)。 9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟（3）中，所述單向帶繞制工藝為3D編織繞線工藝。 10.權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的碳纖維復(fù)合材料在制造新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)中的應(yīng)用。

說(shuō)明書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳纖維材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)的碳纖維復(fù)合材料。

背景技術(shù)

目前全球新能源汽車(chē)底盤(pán)都采用以下幾種結(jié)構(gòu)類型：鋼結(jié)構(gòu)、鋁合金結(jié)構(gòu)或者鋁鎂合金結(jié)構(gòu)。在強(qiáng)度保證的前提下，對(duì)整車(chē)重量的輕量化的要求不斷提高，無(wú)法滿足市場(chǎng)的需求。以鋁合金結(jié)構(gòu)的電池包托盤(pán)為例，所有新能源電池包采用鋁合金托盤(pán)CNC加工和工程塑料注塑成型電池蓋結(jié)合，電池包蓋板不僅重而且不具備保溫隔熱功能。

因此需要對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)既有高強(qiáng)度輕量化，又具有保溫隔熱功能。

鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的在于提供一種用于新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)的碳纖維復(fù)合材料，其采用碳纖維復(fù)合發(fā)泡高阻燃(UL94V-0)EPET/EPPO成型，具有三明治結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電池包的整體保溫隔熱和減重的多重效果。

本發(fā)明的第二目的在于提供所述碳纖維復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的第三目的是提供上述碳纖維復(fù)合材料在新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)中的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明涉及一種用于新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)的碳纖維復(fù)合材料，其包括碳纖維和樹(shù)脂材料制備得到的殼層，以及樹(shù)脂材料制備得到的內(nèi)芯，所述殼層形成對(duì)所述內(nèi)芯的包覆。

優(yōu)選地，所述殼層的厚度為0.5~2mm，所述內(nèi)芯的厚度為20~100mm。

優(yōu)選地，所述樹(shù)脂材料選自PET、PPO、PA、PEEK中的至少一種。

本發(fā)明還涉及所述碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將碳纖維和第一樹(shù)脂材料制備得到熱塑性碳纖維單向帶；

優(yōu)選地，按重量份數(shù)計(jì)，所述碳纖維為50~65份，第一樹(shù)脂材料為35~50份。

優(yōu)選地，所述第一樹(shù)脂材料為PET或PPO。上述樹(shù)脂材料與下面的內(nèi)芯材料優(yōu)選為同一材料，這一步驟采用連續(xù)復(fù)合壓機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行。

（2）將第二樹(shù)脂材料依次進(jìn)行改性、切粒、二氧化碳超臨界物理發(fā)泡和珠粒模壓成型，得到所述碳纖維復(fù)合材料的內(nèi)芯。

優(yōu)選地，所述第二樹(shù)脂材料為PET或PPO。

優(yōu)選地，所述改性為向所述第二樹(shù)脂材料中加入擴(kuò)鏈劑和/或增韌劑，所述擴(kuò)鏈劑和/或增韌劑的加入量為所述第二樹(shù)脂材料的3~10質(zhì)量%。

優(yōu)選地，經(jīng)過(guò)二氧化碳超臨界物理發(fā)泡后，所述第二樹(shù)脂材料成為珠粒。

優(yōu)選地，向所述第二樹(shù)脂材料加工的珠粒中加入EPET和/或EPPO珠粒，通過(guò)全自動(dòng)模壓機(jī)成型任意型狀的結(jié)構(gòu)件，得到所述碳纖維復(fù)合材料的內(nèi)芯。

優(yōu)選地，所述第二樹(shù)脂材料與所述EPET和/或EPPO珠粒的質(zhì)量比為(3~5):(3~5)。

（3）采用單向帶繞制工藝，將步驟（1）得到的所述碳纖維單向帶復(fù)合在步驟（2）得到的所述內(nèi)芯表面，得到預(yù)制品；

優(yōu)選地，所述單向帶繞制工藝為3D編織繞線工藝。

（4）對(duì)所述預(yù)制品進(jìn)行激光熱固，實(shí)現(xiàn)一次成型。

本發(fā)明還涉及所述碳纖維復(fù)合材料在制造新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)中的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供了一種用于新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)的碳纖維復(fù)合材料，其采用碳纖維復(fù)合發(fā)泡高阻燃(UL94V-0)EPET/EPPO成型，具有三明治結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電池包的整體保溫隔熱和減重的多重效果。具體的，該復(fù)合材料能夠替代金屬車(chē)身結(jié)構(gòu)底盤(pán)實(shí)現(xiàn)輕量化高強(qiáng)度的功能，并且對(duì)電池包具有整體保溫隔熱功能，又同時(shí)對(duì)電池包蓋板減重，可以大幅度減少生產(chǎn)工藝制程。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的碳纖維復(fù)合材料截面圖。

其中，1-熱塑性碳纖維單向帶；2-內(nèi)芯。

圖2為制備熱塑性碳纖維單向帶的連續(xù)復(fù)合壓機(jī)生產(chǎn)線的示意圖。

其中，2-1放紗架；2-2-擠出機(jī)；2-3展紗裝置；2-4浸漬模頭；2-5冷卻定型輥；2-6牽引輥；2-7收卷裝置。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所得到的所有其它實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。

本發(fā)明涉及一種用于新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)的碳纖維復(fù)合材料，如圖1所示，其包括碳纖維和樹(shù)脂材料制備得到的殼層，即熱塑性碳纖維單向帶1，以及樹(shù)脂材料制備得到的內(nèi)芯2，所述殼層形成對(duì)所述內(nèi)芯2的包覆。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述殼層的厚度為0.5~2mm，所述內(nèi)芯的厚度為20~100mm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述樹(shù)脂材料選自PET、PPO、PA、PEEK中的至少一種。

本發(fā)明還涉及所述碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將碳纖維和第一樹(shù)脂材料制備得到熱塑性碳纖維單向帶；

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，按重量份數(shù)計(jì)，所述碳纖維為50~65份，第一樹(shù)脂材料為35~50份。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一樹(shù)脂材料為PET或PPO。上述樹(shù)脂材料與下面的內(nèi)芯材料優(yōu)選為同一材料，這樣有利于后續(xù)的熱成型。這一步驟采用連續(xù)復(fù)合壓機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行。

如圖2所示，這一過(guò)程通過(guò)本領(lǐng)域公知的連續(xù)復(fù)合壓機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行，該生產(chǎn)線包括依次設(shè)置的放紗架2-1、擠出機(jī)2-2、展紗裝置2-3、浸漬模頭2-4、冷卻定型輥2-5、牽引輥2-6和收卷裝置2-7。具體工藝步驟如下：

1、將碳纖維置于放紗架2-1上，由放紗架2-1傳輸?shù)秸辜喲b置2-3，將多條碳纖維平鋪成平面。

2、第一樹(shù)脂材料置于擠出機(jī)2-2中，在加熱條件下樹(shù)脂融化（加熱溫度為樹(shù)脂熔點(diǎn)，通常在150-250℃之間）。浸漬模頭2-4中有多個(gè)凹槽，所述凹槽寬度略大于碳纖維寬度，融化后的樹(shù)脂進(jìn)入浸漬模頭2-4中的凹槽內(nèi)。

3、由展紗裝置2-3將碳纖維送入浸漬模頭2-4，處于同一平面的多條碳纖維進(jìn)入浸漬模頭2-4的凹槽內(nèi)，液態(tài)的樹(shù)脂對(duì)碳纖維進(jìn)行浸漬。

4、將浸漬樹(shù)脂的碳纖維從浸漬模頭2-4輸出，進(jìn)入冷卻定型輥2-5。碳纖維表面的樹(shù)脂冷卻，對(duì)碳纖維形成包覆層。多條碳纖維經(jīng)冷卻定型形成片材。

5、上述片材從冷卻定型輥2-5輸出后，由牽引輥2-6導(dǎo)出，裁剪后由收卷裝置2-7進(jìn)行收卷。

（2）將第二樹(shù)脂材料依次進(jìn)行改性、切粒、二氧化碳超臨界物理發(fā)泡和珠粒模壓成型，得到所述碳纖維復(fù)合材料的內(nèi)芯。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二樹(shù)脂材料為PET或PPO。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述改性為向所述第二樹(shù)脂材料中加入擴(kuò)鏈劑和/或增韌劑，所述擴(kuò)鏈劑和/或增韌劑的加入量為所述第二樹(shù)脂材料的3~10質(zhì)量%。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)二氧化碳超臨界物理發(fā)泡后，所述第二樹(shù)脂材料成為珠粒。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，向所述第二樹(shù)脂材料加工的珠粒中加入EPET和/或EPPO珠粒，通過(guò)全自動(dòng)模壓機(jī)成型任意型狀的結(jié)構(gòu)件，得到所述碳纖維復(fù)合材料的內(nèi)芯。模壓成型可以得到各種需要的結(jié)構(gòu)形狀，比如車(chē)底或電池托盤(pán)蓋，以實(shí)現(xiàn)部件輕量化。成型過(guò)程中同時(shí)嵌入件高強(qiáng)度鋁合金連接法蘭。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二樹(shù)脂材料與所述EPET和/或EPPO珠粒的質(zhì)量比為(3~5):(3~5)。

（3）采用單向帶繞制工藝，將步驟（1）得到的所述碳纖維單向帶復(fù)合在步驟（2）得到的所述內(nèi)芯表面，得到預(yù)制品；

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述單向帶繞制工藝為3D編織繞線工藝。

（4）對(duì)所述預(yù)制品進(jìn)行激光熱固，實(shí)現(xiàn)一次成型。

本發(fā)明實(shí)施例還涉及所述碳纖維復(fù)合材料在制造新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)中的應(yīng)用。

實(shí)施例1

一種用于新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)的碳纖維復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

（1）采用連續(xù)復(fù)合壓機(jī)生產(chǎn)線，將碳纖維和第一樹(shù)脂材料PET制備得到熱塑性碳纖維單向帶，其中碳纖維為65份，第一樹(shù)脂材料為35份。

（2）向第二樹(shù)脂材料PET中加入擴(kuò)鏈劑進(jìn)行改性，所述擴(kuò)鏈劑為1,4-丁二醇(BDO)，加入量為所述第二樹(shù)脂材料的5質(zhì)量%。然后進(jìn)行切粒和二氧化碳超臨界物理發(fā)泡得到珠粒。向珠粒中加入EPET珠粒，所述第二樹(shù)脂材料與所述EPET珠粒的質(zhì)量比為5:3，通過(guò)全自動(dòng)模壓機(jī)成型任意型狀的結(jié)構(gòu)件，得到所述碳纖維復(fù)合材料的內(nèi)芯。模壓成型可以得到各種需要的結(jié)構(gòu)形狀，比如車(chē)底或電池托盤(pán)蓋，以實(shí)現(xiàn)部件輕量化。成型過(guò)程中同時(shí)嵌入件高強(qiáng)度鋁合金連接法蘭。

（3）采用3D編織繞線工藝，將步驟（1）得到的所述碳纖維單向帶復(fù)合在步驟（2）得到的所述內(nèi)芯表面，得到預(yù)制品；

（4）對(duì)所述預(yù)制品進(jìn)行激光熱固，實(shí)現(xiàn)一次成型。

對(duì)實(shí)施例1制備得到的碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如表1所示：

表1

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。

用于新能源汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和電池包托盤(pán)的碳纖維復(fù)合材料.pdf