一种碳纤维复合材料门槛加强梁及其制造方法与流程

1.本发明涉及复合材料和汽车零部件领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料门槛加强梁及其制造方法。


背景技术：

2.目前，汽车工业材料应用主要为钢铝等金属材料，钢铝等金属材料的优点是应用成熟，材料库丰富，但它们最大的缺点是比强度和比模量低，零件重量较重。随着全球汽车工业的零排放目标和不断提高的电气化程度的推动下，需要有替代钢铝等金属的轻质材料出现，以减轻车辆重量和提高性能。
3.由于碳纤维复合材料具有高的比强度和比模度、抗疲劳性能好、良好的破裂安全性能、减震性能好、成型工艺简便灵活及可设计性强等特点，碳纤维复合材料越来越多的应用于汽车行业；而且复合材料可设计性强、开放周期短以及减轻整车重量的优势，国内外都在大力研发汽车用碳纤维复合材料零部件。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提供一种强度高、重量轻、抗撞击的碳纤维复合材料门槛加强梁；本发明的另一目的是提供一种碳纤维复合材料门槛加强梁的制造方法。
5.技术方案：本发明的碳纤维复合材料门槛加强梁，所述的门槛加强梁包括基础层和缠绕在基础层外表面的加强层，所述基础层由沿加强梁长度方向的0
°
铺层的碳纤维复合材料构成，且基础层的横截面是“田”字形；所述的加强层的缠绕方向与门槛加强梁的长度方向所呈的夹角＞0
°
。
6.进一步地，所述的基础层的碳纤维复合材料铺贴方向与门槛加强梁的长度方向呈0
°
。
7.进一步地，所述碳纤维复合材料包括碳纤维和树脂基体，碳纤维为强度t300级以上的碳纤维。
8.进一步地，所述树脂基体为热固性树脂或热塑性树脂。
9.进一步地，基础层和/或加强层中碳纤维的体积含量≥50％。
10.一种根据上述的碳纤维复合材料门槛加强梁的制造方法，包括以下步骤：
11.(1)基础层：将碳纤维干纱在树脂基体中浸胶或使用碳纤维预浸纱，然后进入预成型模具预成型，经过固化和切割，制成截面为“田”字形的基础层。
12.(2)基础层预处理：将基础层表面进行喷砂处理，然后擦洗干净，晾干。
13.(3)缠绕外层：通过缠绕或卷管或自动铺贴在预处理后的基础层上，再经过固化或原位聚合，制得门槛加强梁。
14.进一步地，预成型方法为拉挤成型法，所述拉挤成型法为湿法拉挤或干法拉挤。
15.进一步地，步骤(3)中，缠绕方法为湿法缠绕，半干法缠绕或干法缠绕。
16.进一步地，步骤(3)中的树脂基体为热固性树脂基体，固化条件为温度120℃-250
℃，保温时间0.1-2小时。
17.进一步地，步骤(1)中的树脂基体为热塑性树脂基体，固化条件为温度120℃-250℃，保温时间0.1-2小时。
18.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)门槛加强梁的强度高，抗撞击能力强，通过基础层和加强层中碳纤维复合材料层的不同铺放和缠绕的角度，提高抗弯和周向性能；(2)门槛加强梁的轻量化程度高，相比原金属零件重量减轻40％以上，加强梁的空腔结构以及其材质显著减少了梁体重量。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图；
20.图2为本发明的截面示意图；
21.图3为本发明的成型模具示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
23.实施例1
24.如图1-2所示，碳纤维复合材料门槛加强梁包括基础层1和加强层2，基础层1中碳纤维复合材料沿加强梁长度方向的0
°
铺层，0
°
铺层的作用在于提高门槛加强梁的抗弯性能；其横截面为“田”字形，构成四个独立的长方体空腔，这样的空腔结构增大了门槛加强梁强度，同时减少重量。
25.加强层2由若干层碳纤维复合材料缠绕在基础层1外表面，其构成“口”字形层紧紧包裹在基础层1的外表面。碳纤维复合材料的缠绕方向为与梁长度方向呈一定角度的非0
°
铺层，非0
°
铺层用于提高门槛加强梁的周向性能。
26.基础层1和加强层2均由碳纤维复合材料制成，碳纤维复合材料包括碳纤维和树脂基体，其中碳纤维纤维体积含量大于等于50％，碳纤维为强度t300级以上的碳纤维，树脂基体可以是热固性树脂如环氧树脂、聚氨酯等，也可以是热塑性树脂如尼龙、聚碳酸酯等。
27.实施例2
28.本发明的碳纤维复合材料门槛加强梁的制造方法：先由碳纤维拉挤成型工艺制造出“田”字形0
°
铺贴的碳纤维型材作为基础层1，然后再通过缠绕或卷管或自动铺贴工艺在型材外部铺放非0
°“
口”字形层作为加强层2。
29.其中，拉挤工艺可以是湿法拉挤，也可以是干法拉挤成型工艺；缠绕工艺可以是湿法缠绕、半干法缠绕或干法缠绕工艺。
30.碳纤维复合材料门槛加强梁制造包含以下步骤：
31.(1)基础层拉挤成型：牵引，将碳纤维干纱从纱架中牵引或放出；预成型，碳纤维干纱经过环氧树脂浸胶进入预成型模具预成型；固化，预成型体进入到已经加热到一定温度的模具固化区固化，固化区温度为120℃,保温时间0.1小时；切割，固化好的碳纤维连续型材经过牵引至切割机上按程序设定长度进行切割。
32.(2)基础层预处理：对切割后的“田”字形0
°
碳纤维型材表面进行喷砂处理，然后用丙酮擦洗干净，晾干。
33.(3)外层缠绕成型：型材固定，将晾干后的型材固定在能够旋转的设备上，如车床等；缠绕成型，使用缠绕机进行非0
°“
口”字形层的铺层；固化，将铺贴完的毛坯件放置到成型模具3中，加热进行固化，固化温度为120℃，保温时间1小时；切割，将固化完成的毛坯件进行切割，制成成品件。
34.实施例3
35.碳纤维复合材料门槛加强梁制造包含以下步骤：
36.(1)基础层拉挤成型：牵引，将碳纤维预浸纱从纱架中牵引或放出；预成型，碳纤维环氧预浸纱进入预成型模具预成型；固化，预成型体进入到已经加热到一定温度的模具固化区固化，固化区温度为250℃,保温时间2小时；切割，固化好的碳纤维连续型材经过牵引至切割机上按程序设定长度进行切割。
37.(2)基础层预处理：对切割后的“田”字形0
°
碳纤维型材表面进行喷砂处理，然后用丙酮擦洗干净，晾干。
38.(3)外层缠绕成型：型材固定，将晾干后的型材固定在能够旋转的设备上，如车床等；卷管成型，卷管机进行非0
°“
口”字形层的铺层；固化，将铺贴完的毛坯件放置到成型模具3中，加热进行固化，固化温度为250℃，保温时间2小时；切割，将固化完成的毛坯件进行切割，制成成品件。
39.实施例4
40.碳纤维复合材料门槛加强梁制造包含以下步骤：
41.(1)基础层拉挤成型：牵引，将碳纤维干纱从纱架中牵引或放出；预成型，碳纤维干纱经过尼龙6树脂浸胶进入预成型模具预成型；固化，预成型体进入到已经加热到一定温度的模具固化区固化，固化区温度为180℃；切割，固化好的碳纤维连续型材经过牵引至切割机上按程序设定长度进行切割。
42.(2)基础层预处理：对切割后的“田”字形0
°
碳纤维型材表面进行喷砂处理，然后用无水酒精擦洗干净，晾干。
43.(3)外层缠绕成型：型材固定，将晾干后的型材固定在能够旋转的设备上，如车床等；自动铺贴成型，使用自动铺贴设备进行非0
°“
口”字形层的铺层；固化，铺贴完成的同时进行原位聚合；切割，将固化完成的毛坯件进行切割，制成成品件。