一种轻量化高强韧结构的复合式裙摆及其制备方法与流程

本发明涉及汽车零部件制备领域，具体涉及一种轻量化高强韧结构的复合式裙摆及其制备方法。

背景技术：

1、汽车侧裙板（裙摆）作为车身外饰件的重要组成部分，既承担着降低风阻、保护车身的功用，也对整车轻量化水平具有直接影响。当前，汽车裙摆的主流技术路线主要分为两类：其一为金属材质方案，以铝合金侧裙板为代表，虽然具有一定的导流和结构强度，但重量较大，安装成本较高；其二为普通塑料方案，如采用工程塑料注塑成型的裙摆部件，虽可实现一定程度的减重，但力学强度有限，在受到石击、磕碰等外部冲击时容易发生开裂损坏，耐久性较差。

2、针对上述问题，近年来出现了采用碳纤维复合材料制备侧裙的技术方案，例如将侧裙主体由碳纤维复合材料围构而成，中间设置空腔结构，以期实现轻量化和强度提升。然而，此类方案仍存在以下不足：第一，碳纤维复合材料侧裙多为单一材料体系，缺乏多材料协同的结构设计，难以同时兼顾轻量化、高强度与高韧性；第二，现有复合材料裙摆多为分段拼接结构，不同材料之间的连接界面易成为力学薄弱环节，在服役过程中易发生界面脱粘或裂纹扩展；第三，缺乏针对裙摆不同区域受力特征的差异化结构设计，材料分布不够精准，导致局部承载能力不足或材料浪费。

3、基于此，如何提供一种兼具轻量化、高强度与高韧性的复合式裙摆结构，并实现其高效制备，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种轻量化高强韧结构的复合式裙摆及其制备方法，以解决现有技术中难以同时兼顾轻量化、高强度与高韧性，以及分段拼接结构易发生界面失效的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、一种轻量化高强韧结构的复合式裙摆，从内到外分别由蜂窝铝芯、热塑性树脂预浸料层以及改性聚氨酯外覆层组成；

4、所述蜂窝铝芯包括若干个蜂窝芯单元，若干个蜂窝芯单元相互连接在一起形成蜂窝板，所述蜂窝板上设置有仿生叶脉状加强筋；

5、所述仿生叶脉状加强筋与所述热塑性树脂预浸料层的材质相同，且所述仿生叶脉状加强筋与所述热塑性树脂预浸料层为一体共固化成型结构；

6、所述蜂窝芯单元的上下两面设置有咬合槽，所述咬合槽的开口直径小于底部直径；

7、所述仿生叶脉状加强筋嵌入至所述蜂窝芯单元的内部，且部分所述仿生叶脉状加强筋嵌入至所述咬合槽中，嵌入至所述咬合槽中的加强筋材料固化后形成楔形锁合结构，阻止所述仿生叶脉状加强筋沿垂直于所述蜂窝芯单元表面的方向脱出。

8、进一步地，所述蜂窝芯单元的壁厚、高度沿所述复合式裙摆的厚度方向呈连续梯度变化；

9、其中，所述蜂窝芯单元的壁厚为单向反梯度，所述单向反梯度为沿裙摆的固定位置从内到外方向由厚向薄单向递减；

10、所述蜂窝芯单元的蜂窝高度变化为单向反梯度，所述单向反梯度为沿裙摆的固定位置从内到外方向由长向短单向递减。

11、进一步地，所述仿生叶脉状加强筋的截面尺寸沿裙摆的固定位置从内到外方向呈单向递增，且与所述蜂窝芯单元的壁厚变化呈互补对应关系；

12、其中，所述互补对应关系为：所述仿生叶脉状加强筋的截面高度和/或截面宽度沿裙摆的固定位置从内到外方向单向递增，所述蜂窝芯单元的蜂窝壁厚沿同一方向单向递减，使所述仿生叶脉状加强筋与所述蜂窝芯单元形成刚度渐进匹配；

13、在受力初始阶段，所述蜂窝芯单元的薄壁区域优先发生弹性变形以吸收冲击能量，所述仿生叶脉状加强筋的粗壮区域同时提供初始承载；

14、在受力递增阶段，所述蜂窝芯单元的厚壁区域提供渐进式抗压支撑，所述仿生叶脉状加强筋的细弱区域将剩余载荷向周边蜂窝胞元分散传递，实现整体结构从吸能到抗载的协同过渡。

15、进一步地，所述蜂窝芯单元的蜂窝壁厚为0.03mm-0.08mm，高度为5mm-30mm。

16、进一步地，所述热塑性树脂预浸料层的厚度为0.15mm-0.50mm；

17、所述改性聚氨酯外覆层的厚度为0.05mm-0.30mm；

18、所述仿生叶脉状加强筋的截面高度为所述蜂窝芯单元厚度的1/10-1/6，且沿受力方向由粗向细渐变。

19、进一步地，所述仿生叶脉状加强筋包括一条主筋和由所述主筋两侧向外延伸的多条支脉筋，所述支脉筋与所述主筋之间的分叉夹角为20-70°；

20、所述支脉筋的分叉密度沿裙摆的固定位置从内到外方向呈单向递增，所述分叉密度为每平方厘米面积内支脉筋的分叉点数量。

21、进一步地，所述咬合槽在所述蜂窝芯单元上下两面的分布方式为阵列分布，相邻两个所述咬合槽之间的中心距为2mm-8mm。

22、进一步地，所述咬合槽的深度为所述蜂窝芯单元高度的1/20-1/10；

23、所述主筋的嵌入深度大于所述支脉筋的嵌入深度，沿所述主筋至所述支脉筋的方向，嵌入深度呈连续递减，形成三维阶梯式锚固结构。

24、进一步地，所述热塑性树脂预浸料层由增强纤维以及树脂基体组成，所述增强纤维为连续玻璃纤维或连续碳纤维中的任意一种或多种，所述树脂基体为聚丙烯、聚酰胺、聚醚醚酮或聚苯硫醚中的任意一种或多种；

25、所述改性聚氨酯外覆层的材料由双组分聚氨酯或聚脲改性聚氨酯的任意一种或多种组成；

26、所述蜂窝芯单元的材质为铝合金；

27、所述仿生叶脉状加强筋的材质与所述热塑性树脂预浸料层的材质相同，且所述仿生叶脉状加强筋与所述热塑性树脂预浸料层为一体共固化成型结构。

28、为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：

29、一种轻量化高强韧结构的复合式裙摆的制备方法，包括如下步骤：

30、s100、将若干个蜂窝芯单元按照从高到低的顺序，沿裙摆的固定位置从内到外方向相互叠合在一起，连接方式为焊接，形成蜂窝芯单元；

31、s200、将仿生叶脉状加强筋铺设在所述蜂窝芯单元的上下两侧，铺设方式为：仿生叶脉状加强筋的截面尺寸与蜂窝芯单元的高度反向对应，形成初级板；

32、s300、将热塑性树脂预浸料片铺设在所述初级板的上下两侧，形成次级板；

33、s400、将改性聚氨酯贴合在所述次级板的上下两侧，一体热压成型，在压合过程中，所述仿生叶脉状加强筋与热塑性树脂预浸料片相互融合固化，且能够向下嵌入至所述蜂窝芯单元的咬合槽中形成楔形锁合结构，进行外涂层原位固化，以制得成板。

34、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

35、本发明采用蜂窝铝芯、热塑性树脂预浸料层与改性聚氨酯外覆层三层一体化模压成型，并在蜂窝铝芯中引入仿生叶脉状加强筋，该加强筋与热塑性树脂预浸料层一体成型并嵌入蜂窝芯内部，形成三维力传导网络，该网络一方面能够将外部载荷沿加强筋脉络向周边蜂窝胞元高效传递与分散，避免应力集中于局部区域；同时加强筋扎入蜂窝芯形成楔形锁合结构，显著提高了蜂窝铝芯与热塑性树脂预浸料层的层间结合强度，使整体结构在受到冲击时能够有效减缓裂纹沿界面扩展的趋势；

36、本发明中仿生叶脉状加强筋的截面尺寸与蜂窝板中蜂窝芯单元的壁厚变化呈互补对应关系，二者形成刚度渐进匹配，在受力初始阶段，蜂窝芯薄壁区域优先发生弹性变形以吸收冲击能量；在受力递增阶段，蜂窝芯厚壁区域提供渐进式抗压支撑，使裙摆在不同载荷条件下均能保持良好的力学响应特性；

37、本发明采用涂层原位固化工艺，在热压成型过程中同步完成改性聚氨酯外覆层的固化，简化了工艺流程，提高了生产效率，整体制备方法工序合理、操作可控，适合工业化批量生产。