详情

原文传递碳纤维复合材料汽车前地板成型工艺及性能研究

论文题名：	碳纤维复合材料汽车前地板成型工艺及性能研究
关键词：	汽车前地板;碳纤维复合材料;成型工艺;力学性能;铺层方式
摘要：	碳纤维增强树脂基复合材料以其高强度、高模量、成型工艺灵活、轻量化效果十分明显等优点，在航天航空、风机叶片、体育器材、汽车零部件中得到了广泛的应用，特别是在车身结构件中，轻量化效果尤为明显；但是由于碳纤维复合材料的各向异性不同于金属材料的各向同性，使其在结构设计和成型加工方法上比金属材料复杂，因此还未得到广泛的应用，尤其是在民用方面，因此对碳纤维复合材料汽车零部件详细系统的研究显得尤为重要。　　本课题以复合材料汽车前地板为研究对象，对树脂基体和碳纤维等原材料进行了详细的研究和筛选，并对成型工艺进行了探索，确定了适用于前地板主板和梁 VARI成型工艺用双酚 A型树脂体系的最佳固化工艺为80℃/2h+110℃/2h+140℃/2h，按照此固化工艺制备的树脂浇铸体的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和玻璃化转变温度分别为73.52MPa、128.12Mpa、17.17KJ/m2和138℃。对国产和进口T300级平纹碳纤维进行力学性能研究，确定了适用于前地板主板和梁 VARI成型工艺用增强材料为进口 T300级平纹碳纤维，且铺层方式为[0°/90°]4s。通过VARI工艺成型[0°/90°]4s、[0°/+45°/90°/-45°]2s、[+45°/-45°]4s三种不同铺层方式增强双酚A型树脂体系复合材料的力学性能的研究表明，以[0°/90°]4s铺层方式得到的复合材料力学性能最优，其拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、层间剪切强度分别为896.46MPa和956.71MPa、49.82GPa和57.31GPa、815.93MPa和904.76MPa、45.33GPa和52.54GPa、52.58MPa和53.71MPa；本课题还采用先进复合材料热压罐成型工艺制备了汽车横梁，对热压罐工艺成型T300级单向预浸料和不同铺层间复合材料的力学性能进行了研究，结果表明以[0°/90°]4s为最优的铺层方式，得到的复合材料力学性能最优，其拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、层间剪切强度分别为1236.58MPa、69.89GPa、1189.60MPa、65.43GPa、84.26MPa。　　在获得了前地板主板和梁用树脂体系和碳纤维基本性能参数后，对VARI工艺成型前地板主板和梁的工艺进行了研究，并且成功制备了前地板主板和梁；采用金相显微镜测试了前地板主板的纤维体积含量为57.4％，并且在不同位置，纤维体积含量不同；在主板平板处，纤维体积含量为61%，在主板拐角处，纤维体积含量为53%。　　通过对胶接试验的基础性研究，确定了MAXLOKT6混合型结构胶作为前地板胶接用结构胶；对胶接完成后的前地板称重，发现梁用VARI工艺和用热压罐工艺成型组装的前地板重量分别为13.6kg和14.8kg，相比于原金属前地板，重量分别降低了49.63%和45.19%；对前地板进行刚度测试，结果表明前地板梁用VARI工艺成型的前地板的刚度与原金属前地板刚度相当，而前地板梁用热压罐工艺成型的前地板的刚度约是其两倍；最后对制备的前地板进行装车试验，并对装车后的白车身进行了模态测试，结果表明其与原金属车身的模态频率相当，满足汽车前地板的性能要求。
作者：	丁小马
专业：	材料加工
导师：	韩克清
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东华大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文