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碳纤维复合材料在汽车前地板下纵梁加强板应用初探

2018-09-13 21:06:48·  来源:期刊—材料应用  作者:郭琳琳徐勇范伟江吴庆春 (一汽轿车股份有限公司)  
 
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  摘要:为了探究碳纤维复合材料在结构件上应用的可行性,选取前地板下纵梁加强板作为研究对象,分别选取了两套树脂体系(低温型碳纤维增强树脂基复合材料及高温型碳纤维增强树脂基复合材料)进行了对比试验。通过此项目掌握了车用碳纤维复合材料应用于前地板下纵梁加强板的主要性能评价方法。也对今后考虑碳纤维在线涂装
  摘要:为了探究碳纤维复合材料在结构件上应用的可行性,选取前地板下纵梁加强板作为研究对象,分别选取了两套树脂体系(低温型碳纤维增强树脂基复合材料及高温型碳纤维增强树脂基复合材料)进行了对比试验。通过此项目掌握了车用碳纤维复合材料应用于前地板下纵梁加强板的主要性能评价方法。也对今后考虑碳纤维在线涂装随车身过烘干炉以及实现与金属车身的粘接提供了一些借鉴思路。

关键词:碳纤维 前地板下纵梁加强板 可行性分析

1前言

在全球节能减排的大趋势下,碳纤维复合材料汽车已成为解决能源和环境问题的一种战略性产品。随着碳纤维制造成本的下降、复合材料制造工艺的成熟,目前国内外汽车及零部件厂商都在积极地进行研究应用。国内已经有很多主机厂对碳纤维复合材料在车身外覆盖件上应用的可行性进行一定研究,但关于其在汽车结构件上的应用研究却鲜有报道。



2材料选择及材料性能试验方法
2.1材料
为了选择前地板下纵梁加强板材料,并考虑其经过涂装烘干炉,选择低温型碳纤维增强树脂基(热塑)复合材料(以下简称为低温型复合材料)及高温型碳纤维增强树脂基(热固)复合材料(以下简称为高温型复合材料)分别开展试验。测试样条为预浸布迭层,迭层可采用编织(表层)/单向纤维(UD)(中间层)/编织(表层)。碳纤维采用T300级的3k编织纤维和T300级的12k单向纤维。树脂基体均为环氧树脂,纤维体积比为55%。胶黏剂为环氧树脂型结构胶。下纵梁为H1500钢板。

2.2试验方法及设备
拉伸试验参照ASTMD3039/D3039M-08《聚合物基复合材料拉伸性能试验方法》,弯曲试验参照GB/T1449—005《纤维增强塑料弯曲性能试验方法》,冲击试验参照GB/T1043.1—008《塑料简支梁冲击性能的测定第1部分:非仪器化冲击试验》,抗剪试验参照GB/T7124—008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定(刚性材料对刚性材料)》,低温脆化试验参照GB/T5470—008《塑料冲击法脆化温度的测定》,热变形温度测定参照GB/T1634.2—2004《塑料负荷变形温度的测定第2部分:塑料、硬塑料和长纤维增强复合材料》。采用Zwick拉伸试验机,摆锤冲击试验机,维卡热变形试验机,低温脆化仪,扫描电子显微镜,热重分析仪,红外光谱分析仪。烘烤条件为220℃,0.5h。

3试验结果
3.1拉伸试验
试验采用Zwick拉伸试验机。加载速度为2mm/min。拉伸试验结果见表1。拉伸试验结果显示,无论低温型复合材料还是高温型复合材料经过耐温试验后拉伸强度都略有下降,经过220℃烘烤后拉伸强度下降明显。

3.2弯曲试验
弯曲试验结果显示,无论低温型复合材料还是高温型复合材料经过耐温试验后弯曲性能变化不明显,但经过220℃烘烤后弯曲强度下降明显,见表2。