本發(fā)明涉及輕量化汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種層間混雜復(fù)合材料車(chē)身b柱加強(qiáng)件及其制備方法，適用于提升車(chē)身安全性能并降低制造成本。
背景技術(shù)：
1、車(chē)身b柱是汽車(chē)碰撞安全的關(guān)鍵部件，需具備高頂壓強(qiáng)度以保障乘員生存空間。傳統(tǒng)方案采用金屬加強(qiáng)件，但存在重量大、成本高的問(wèn)題。碳纖維復(fù)合材料雖輕質(zhì)高強(qiáng)，但全碳纖維加強(qiáng)件成本過(guò)高，且與金屬接觸界面易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，熱膨脹系數(shù)差異大。現(xiàn)有技術(shù)未能有效解決輕量化、耐腐蝕性、熱匹配性及低成本的多目標(biāo)需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種層間混雜復(fù)合材料車(chē)身b柱加強(qiáng)件及其制備方法，滿(mǎn)足車(chē)身b柱加強(qiáng)件的輕量化、低成本、耐電化學(xué)腐蝕、熱膨脹系數(shù)差異小的多目標(biāo)需求。
2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種層間混雜復(fù)合材料車(chē)身b柱加強(qiáng)件，所述加強(qiáng)件的鋪層順序?yàn)椋?/p>
3、[45g/0c/0c/-45g/0c/0c/-45g/0c/0c/90g/0c/0c/90g/0c/0c/45g/0c/0c/45g/0c/0c/-45g]s；其中，g代表玻璃纖維單層；c代表碳纖維單層；方括號(hào)下標(biāo)s代表對(duì)稱(chēng)鋪層，鋪放角度為單層中纖維方向與加強(qiáng)件中軸線(xiàn)的夾角；
4、所述加強(qiáng)件的總層數(shù)為44層，包括28層0°碳纖維單層、12層±45°玻璃纖維單層和4層90°玻璃纖維單層；
5、所述加強(qiáng)件安裝于車(chē)身b柱的空腔內(nèi)，且與b柱金屬內(nèi)板貼合并通過(guò)粘結(jié)劑粘接固定，其中部開(kāi)孔位置及尺寸與車(chē)身b柱內(nèi)板原有孔洞保持一致。
6、優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑的樹(shù)脂基體為同時(shí)適用于玻璃纖維和碳纖維的熱固性環(huán)氧樹(shù)脂或熱塑性樹(shù)脂，其熱膨脹系數(shù)大于車(chē)身b柱金屬材料的熱膨脹系數(shù)。
7、優(yōu)選地，所述車(chē)身b柱為鋼板材料時(shí)，所述加強(qiáng)件的最外層和最內(nèi)層45°玻璃纖維單層的纖維體積分?jǐn)?shù)為35%~65%。
8、優(yōu)選地，所述車(chē)身b柱為鋁合金材料時(shí)，所述加強(qiáng)件的最外層和最內(nèi)層45°玻璃纖維單層的纖維體積分?jǐn)?shù)為20%~30%。
9、優(yōu)選地，所有加強(qiáng)件的璃纖維單層和碳纖維單層厚度均為0.125mm；除最外層和最內(nèi)層的45°玻璃纖維單層外，其余玻璃纖維單層和碳纖維單層的纖維體積分?jǐn)?shù)均為60%。
10、優(yōu)選地，所述玻璃纖維單層的軸向彈性模量大于70?gpa，軸向拉伸強(qiáng)度大于1000mpa；所述碳纖維單層的軸向彈性模量大于120?gpa，軸向拉伸強(qiáng)度大于1800?mpa。
11、本發(fā)明公開(kāi)了一種加強(qiáng)件的制備方法，包括以下步驟：
12、步驟1：將0°層玻璃纖維預(yù)浸料單層鋪放于模具中，合模試壓；
13、步驟2：根據(jù)試壓后單層的褶皺和纖維偏轉(zhuǎn)情況，確定裁剪方案；
14、步驟3：撕除0°單層上下表面薄膜，按裁剪方案裁剪后拼接，重新鋪覆薄膜；
15、步驟4：重復(fù)步驟3直至所有0°單層預(yù)處理完畢；
16、步驟5：將45°和90°玻璃纖維預(yù)浸料單層鋪放于模具中定型，保留薄膜避免各層粘結(jié)；
17、步驟6：撕除各單層薄膜，按權(quán)利要求1所述鋪層順序堆疊放置于模具中；
18、步驟7：合模定型后，對(duì)加強(qiáng)件的邊緣及開(kāi)孔處邊緣進(jìn)行縫紉加固；
19、步驟8：將縫紉加固后的加強(qiáng)件置于模具中，按照設(shè)定的固化溫度和壓力進(jìn)行模壓固化后開(kāi)模，常溫冷卻并開(kāi)孔。
20、優(yōu)選地，步驟1、步驟5、步驟6和步驟8中使用的模具為同一模具或多個(gè)模具。
21、優(yōu)選地，所述縫紉加固采用凱夫拉纖維絲束或金屬護(hù)邊結(jié)構(gòu)。
22、本發(fā)明提供了一種層間混雜復(fù)合材料車(chē)身b柱加強(qiáng)件及其制備方法，通過(guò)碳纖維與玻璃纖維的層間混雜布置，結(jié)合特定鋪層順序和纖維體積分?jǐn)?shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)效果：
23、1、該加強(qiáng)件的頂壓強(qiáng)度與全碳纖維加強(qiáng)件相當(dāng)，0°層采用碳纖維以承受軸向載荷，±45°及90°層采用低成本玻璃纖維；
24、2、該加強(qiáng)件的最外層玻璃纖維單層減少電化學(xué)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)；
25、3、該加強(qiáng)件通過(guò)調(diào)整纖維體積分?jǐn)?shù)優(yōu)化熱膨脹系數(shù)，有效降低與金屬界面的應(yīng)力；
26、4、該加強(qiáng)件的材料成本降低40%以上。
1.一種層間混雜復(fù)合材料車(chē)身b柱加強(qiáng)件，其特征在于，所述加強(qiáng)件（1）的鋪層順序?yàn)椋?/p>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間混雜復(fù)合材料車(chē)身b柱加強(qiáng)件，其特征在于，所述粘結(jié)劑的樹(shù)脂基體為同時(shí)適用于玻璃纖維和碳纖維的熱固性環(huán)氧樹(shù)脂或熱塑性樹(shù)脂，其熱膨脹系數(shù)大于車(chē)身b柱金屬材料的熱膨脹系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間混雜復(fù)合材料車(chē)身b柱加強(qiáng)件，其特征在于，所述車(chē)身b柱為鋼板材料時(shí)，所述加強(qiáng)件（1）的最外層和最內(nèi)層45°玻璃纖維單層的纖維體積分?jǐn)?shù)為35%~65%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間混雜復(fù)合材料車(chē)身b柱加強(qiáng)件，其特征在于，所述車(chē)身b柱為鋁合金材料時(shí)，所述加強(qiáng)件（1）的最外層和最內(nèi)層45°玻璃纖維單層的纖維體積分?jǐn)?shù)為20%~30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的層間混雜復(fù)合材料車(chē)身b柱加強(qiáng)件，其特征在于，所有加強(qiáng)件（1）的璃纖維單層和碳纖維單層厚度均為0.125mm；除最外層和最內(nèi)層的45°玻璃纖維單層外，其余玻璃纖維單層和碳纖維單層的纖維體積分?jǐn)?shù)均為60%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間混雜復(fù)合材料車(chē)身b柱加強(qiáng)件，其特征在于，所述玻璃纖維單層的軸向彈性模量大于70?gpa，軸向拉伸強(qiáng)度大于1000?mpa；所述碳纖維單層的軸向彈性模量大于120?gpa，軸向拉伸強(qiáng)度大于1800?mpa。
7.一種如權(quán)利要求1所述的加強(qiáng)件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加強(qiáng)件的制備方法，其特征在于，步驟1、步驟5、步驟6和步驟8中使用的模具為同一模具或多個(gè)模具。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加強(qiáng)件的制備方法，其特征在于，所述縫紉加固采用凱夫拉纖維絲束或金屬護(hù)邊結(jié)構(gòu)。