一种填充汽车吸能盒的缓冲吸能材料及其制备方法

1.本发明涉及环氧树脂基复合材料领域，具体涉及一种填充汽车吸能盒的缓冲吸能材料及其制备方法。


背景技术：

2.汽车前端吸能装置是车辆正面碰撞保护车体的主要承担者，通常包括防撞横梁与易压溃纵梁(即吸能盒)两个部分，并通过螺栓连接固定在汽车底盘上。当车辆发生正面碰撞时，防撞横梁作为冲击载荷传递过程中的第一接触者，将接触点的集中载荷通过刚性结构转为均布载荷，并将碰撞产生的能量向后方吸能盒传递。这时，吸能盒在此载荷的作用下，发生塑性变形尽可能多的吸收由防撞横梁传递来的能量，降低碰撞能量向底盘纵梁与车身a柱的传导值，从而起到保护车体与车内乘员的作用。
3.传统吸能盒主要以热轧成型的钢材与铝材为主，但因为金属材料本身碰撞吸能效果较差和密度较高，不符合当下车身轻量化的要求，且制造成本高，在车辆发生前端撞击时，因更换吸能盒导致维修费用高。
4.本发明旨在提供一种填充汽车吸能盒的缓冲吸能材料及其制备方法。


技术实现要素：

5.针对传统吸能盒的缺点，本发明提供了一种质量轻、缓冲吸能效果好、造价低、耐高低温、稳定性好的缓冲吸能材料及其制备方法，可以用做汽车前端吸能盒的填充材料，提高吸能盒的吸能效果，降低更换吸能盒的成本并使汽车更加轻量化。
6.本发明提供如下技术方案：
7.一种填充汽车吸能盒的缓冲吸能材料，其特征是按以下重量份数的原料制成：双酚a型环氧树脂100份、粉煤灰空心微珠5-25份、纸浆木质素纤维1-15份、硅烷偶联剂2-5份、固化剂10-50份、促进剂1-3份、稀释剂10-35份、消泡剂3-5份。
8.作为上述技术方案的优选，所述双酚a型环氧树脂的环氧当量值为186.2g/ep，无机氯含量48mg/kg。
9.双酚a型环氧树脂中含有异丙基，可减小分子间作用力并赋予树脂一定韧性，苯环则赋予了聚合物耐热性和刚性，是一种比较理想的吸能基体材料。
10.作为上述技术方案的优选,所述纸浆木质素纤维的长度为500-600μm，直径为15-20μm。
11.纸浆木质素纤维以回收废旧纸张为原料生产，成本较低，更具有环保价值，木质素纤维也属于可再生资源。虽然其灰分含量较高，需加入重钙处理，但加入重钙处理后的纸浆木质素纤维更易形成短而扁平的纤维结构，在环氧树脂基体中的比表面积更大，更易形成纤维网状结构。
12.作为上述技术方案的优选,所述粉煤灰空心微珠为60目，含水率≤1.0％，抗压强度20mpa。
13.粉煤灰空心微珠是煤粉进入高温炉膛后，在悬浮燃烧条件下经受热面吸热后冷却而形成的，属工业副产品且价格低廉。大量粉煤灰如果不加以处理，会造成大气污染，进入水体会淤塞河道，其中某些化学物质对生物和人体也会造成危害，因此采用粉煤灰空心微珠，不仅成本较低，而且对废物利用及环境保护也非常有利。
14.作为上述技术方案的优选,所述偶联剂为kh-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、kh-560(3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)、kh-570(甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)中的任一种或几种的组合。
15.作为上述技术方案的优选,所述固化剂是d230型聚醚胺，活泼氢当量为61g/ep，密度0.97g/ml，粘度为9.8mpa
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16.本发明还提供了所述一种木质素纤维增强环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
17.(1)粉煤灰空心微珠的堆积密度远小于水，而真密度大于水，因此使用浮选法去除掉下沉的破碎微珠，只保留上浮的完整微珠，并将粉煤灰空心微珠与无水乙醇按质量比1:10-15混合搅拌均匀，加入硅烷偶联剂，在500-800w的功率下超声处理3-4小时，过滤后置于80℃真空干燥箱中进行干燥处理，得到改性粉煤灰空心微珠；
18.(2)使用浓度为70％乙醇溶液清洗去纸浆木质素纤维表面杂质，纸浆木质素纤维和70％浓度的乙醇溶液按质量比1:20-25混合，然后加入硅烷偶联剂，在500-800w的功率下超声处理3-4小时，过滤后置于80℃真空干燥箱中进行干燥处理，得到改性纸浆木质素纤维；
19.(3)将双酚a型环氧树脂置于80℃恒温水浴锅中，加热30min适当降低树脂黏度后取出后置于烧杯中；
20.(4)按照配比向烧杯中依次加入稀释剂、改性后的空心微珠与木质素纤维、固化剂与固化促进剂；
21.(5)将烧杯置于磁力搅拌器上并加入少量消泡剂，搅拌温度设定为60℃，搅拌时间为5min；
22.(6)为防止微珠在模具中上浮，将烧杯置于低温环境中增加基体黏度，迅速冷却至室温后取出；
23.(7)向模具内部涂抹适宜厚度的脱模蜡或覆盖聚酯脱模薄膜，并将与填料混合均匀的环氧树脂注入模具中，常温预固化24-36h将试样脱模；
24.(8)对脱模后的试样放入真空恒温箱进行后固化，从室温逐渐升至热固化温度并保温24h或常温下放置500h以上，以保证内部固化完全。
25.与现有技术相比，本发明的有益成果是：
26.发明了一种填充汽车吸能盒的缓冲吸能材料及其制备方法，具有质量轻、缓冲吸能效果好、造价低、耐高低温、稳定性好的优点，可以填充汽车前端吸能盒，在实现更好吸能效果的同时，减轻质量，降低生产及后期维修成本，并且本发明的制备方法简单，原料价廉易得，环保可再生，是一种适于大规模工业生产的新型复合材料，具有广阔的应用前景，可广泛应用于车辆吸能部件。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例1一种填充汽车吸能盒的缓冲吸能材料，其特征是按以下重量份数的原料制成：双酚a型环氧树脂100份、粉煤灰空心微珠25份、纸浆木质素纤维5份、硅烷偶联剂5份、固化剂20份、促进剂2份、稀释剂10份、消泡剂3份。
29.其制备方法包括以下步骤：
30.(1)粉煤灰空心微珠的堆积密度远小于水，而真密度大于水，因此使用浮选法去除掉下沉的破碎微珠，只保留上浮的完整微珠，并将粉煤灰空心微珠与无水乙醇按质量比1:10-15混合搅拌均匀，加入硅烷偶联剂，在800w的功率下超声处理3小时，过滤后置于80℃真空干燥箱中进行干燥处理，得到改性粉煤灰空心微珠；
31.(2)使用浓度为70％乙醇溶液清洗去纸浆木质素纤维表面杂质，纸浆木质素纤维和70％浓度的乙醇溶液按质量比1:20-25混合，然后加入硅烷偶联剂，在500w的功率下超声处理4小时，过滤后置于80℃真空干燥箱中进行干燥处理，得到改性纸浆木质素纤维；
32.(3)将环氧树脂置于80℃恒温水浴锅中，加热30min适当降低树脂黏度后取出后置于烧杯中；
33.(4)按照配比向烧杯中依次加入稀释剂、清洗干燥后的空心微珠与木质素纤维、固化剂与固化促进剂；
34.(5)将烧杯置于磁力搅拌器上并加入少量消泡剂，搅拌温度设定为60℃，搅拌时间为5min；
35.(6)为防止微珠在模具中上浮，将烧杯置于低温环境中增加基体黏度，迅速冷却至室温后取出；
36.(7)向模具内部涂抹适宜厚度的脱模蜡或覆盖聚酯脱模薄膜，并将与填料混合均匀的环氧树脂注入模具中，常温预固化24 36h将试样脱模；
37.(8)对脱模后的试样放入真空恒温箱进行后固化，从室温逐渐升至热固化温度并保温24h或常温下放置500h以上，以保证内部固化完全。
38.实施例2一种填充汽车吸能盒的缓冲吸能材料，其特征是按以下重量份数的原料制成：双酚a型环氧树脂100份、粉煤灰空心微珠20份、纸浆木质素纤维10份、硅烷偶联剂3份、固化剂30份、促进剂1份、稀释剂25份、消泡剂4份。
39.其制备方法包括以下步骤：
40.(1)粉煤灰空心微珠的堆积密度远小于水，而真密度大于水，因此使用浮选法去除掉下沉的破碎微珠，只保留上浮的完整微珠，并将粉煤灰空心微珠与无水乙醇按质量比1:10-15混合搅拌均匀，加入硅烷偶联剂，在600w的功率下超声处理3.5小时，过滤后置于80℃真空干燥箱中进行干燥处理，得到改性粉煤灰空心微珠；
41.(2)使用浓度为70％乙醇溶液清洗去纸浆木质素纤维表面杂质，纸浆木质素纤维和70％浓度的乙醇溶液按质量比1:20-25混合，然后加入硅烷偶联剂，在500w的功率下超声处理4小时，过滤后置于80℃真空干燥箱中进行干燥处理，得到改性纸浆木质素纤维；
42.(3)将环氧树脂置于80℃恒温水浴锅中，加热30min适当降低树脂黏度后取出后置于烧杯中；
43.(4)按照配比向烧杯中依次加入稀释剂、清洗干燥后的空心微珠与木质素纤维、固化剂与固化促进剂；
44.(5)将烧杯置于磁力搅拌器上并加入少量消泡剂，搅拌温度设定为60℃，搅拌时间为5min；
45.(6)为防止微珠在模具中上浮，将烧杯置于低温环境中增加基体黏度，迅速冷却至室温后取出；
46.(7)向模具内部涂抹适宜厚度的脱模蜡或覆盖聚酯脱模薄膜，并将与填料混合均匀的环氧树脂注入模具中，常温预固化24 36h将试样脱模；
47.(8)对脱模后的试样放入真空恒温箱进行后固化，从室温逐渐升至热固化温度并保温24h或常温下放置500h以上，以保证内部固化完全。
48.实施例3一种填充汽车吸能盒的缓冲吸能材料，其特征是按以下重量份数的原料制成：双酚a型环氧树脂100份、粉煤灰空心微珠15份、纸浆木质素纤维15份、硅烷偶联剂2份、固化剂45份、促进剂3份、稀释剂30份、消泡剂5份。
49.其制备方法包括以下步骤：
50.(1)粉煤灰空心微珠的堆积密度远小于水，而真密度大于水，因此使用浮选法去除掉下沉的破碎微珠，只保留上浮的完整微珠，并将粉煤灰空心微珠与无水乙醇按质量比1:10-15混合搅拌均匀，加入硅烷偶联剂，在800w的功率下超声处理3小时，过滤后置于80℃真空干燥箱中进行干燥处理，得到改性粉煤灰空心微珠；
51.(2)使用浓度为70％乙醇溶液清洗去纸浆木质素纤维表面杂质，纸浆木质素纤维和70％浓度的乙醇溶液按质量比1:20-25混合，然后加入硅烷偶联剂，在800w的功率下超声处理3小时，过滤后置于80℃真空干燥箱中进行干燥处理，得到改性纸浆木质素纤维；
52.(3)将环氧树脂置于80℃恒温水浴锅中，加热30min适当降低树脂黏度后取出后置于烧杯中；
53.(4)按照配比向烧杯中依次加入稀释剂、清洗干燥后的空心微珠与木质素纤维、固化剂与固化促进剂；
54.(5)将烧杯置于磁力搅拌器上并加入少量消泡剂，搅拌温度设定为60℃，搅拌时间为5min；
55.(6)为防止微珠在模具中上浮，将烧杯置于低温环境中增加基体黏度，迅速冷却至室温后取出；
56.(7)向模具内部涂抹适宜厚度的脱模蜡或覆盖聚酯脱模薄膜，并将与填料混合均匀的环氧树脂注入模具中，常温预固化24 36h将试样脱模；
57.(8)对脱模后的试样放入真空恒温箱进行后固化，从室温逐渐升至热固化温度并保温24h或常温下放置500h以上，以保证内部固化完全。
58.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于所述示范性实施例的方面，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以另外的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是所述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有
变化包括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。