本發(fā)明屬于本發(fā)明屬于汽車零件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒及其制造方法。

背景技術(shù)：

汽車輕量化作為汽車現(xiàn)在以及未來發(fā)展的一個(gè)重要方向，越來越受到設(shè)計(jì)者們的關(guān)注，其中汽車輕量化的一個(gè)重要途徑則是采用輕質(zhì)材料。碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、低密度等特點(diǎn)，逐漸取代鋼材被廣泛應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)。在汽車電池盒應(yīng)用方面，CN105014988公開了一種碳纖維汽車電池盒及碳纖維汽車電池盒的制造方法，利用碳纖維層合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料代替鋼制材料，在滿足剛度、強(qiáng)度要求的同時(shí)，降低了電池盒的質(zhì)量。CN104827680公開了一種電動(dòng)汽車車載電池的保護(hù)外殼及其制備方法，用碳纖維層合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料代替鋼制材料的同時(shí)，在鋪層上采用層合多向鋪層，起到了保護(hù)電池的作用，又不會(huì)影響汽車的輕量化。

但由于纖維層合結(jié)構(gòu)鋪層過程較繁瑣，若電池盒全部采用碳纖維層合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，制備時(shí)間將大大延長，降低生產(chǎn)效率，且纖維層合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的層間性能略有不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的碳纖維層合結(jié)構(gòu)鋪層過程繁瑣的缺陷，本發(fā)明提供一種多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒及其制造方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒，其材質(zhì)是以利用多軸向經(jīng)編工藝制備的多軸向碳纖維經(jīng)編織物為增強(qiáng)材料，以環(huán)氧樹脂為基材的復(fù)合材料；

所述多軸向碳纖維經(jīng)編織物包括依次排列的八層平行的鋪層，所述鋪層的鋪層角度為0°、45°、90°和-45°，每個(gè)鋪層角度具有兩個(gè)鋪層。

具體地，所述碳纖維為T300-3k碳纖維，拉伸模量230GPa，拉伸強(qiáng)度3.53Gpa，所述的環(huán)氧樹脂為NPEL-128環(huán)氧樹脂。

作為優(yōu)選，所述的增強(qiáng)材料與基材體積比為1：1。

上述的多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒的制造方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)模具預(yù)處理：在模具表面用脫模劑擦拭，便于脫模；

(2)織物鋪放：將多軸向碳纖維經(jīng)編織物按照鋪層角度平整的鋪放在模腔內(nèi)，不讓其褶皺，并修掉多余的邊角料；

(3)合模：將上模與下模合攏，周邊密封緊固；

(4)樹脂注射：將環(huán)氧樹脂和固化劑混合均勻，然后從模具進(jìn)膠口注入，充分浸潤多軸向碳纖維經(jīng)編織物；

(5)固化：將模具置于加熱爐進(jìn)行溫控固化；

(6)脫模：分離上下模，將電池盒從模具中脫離出來并檢查產(chǎn)品有無缺陷；

(7)后處理：用潔模劑清理模具和注膠設(shè)備。

進(jìn)一步地，步驟(1)在模具表面用脫模機(jī)擦拭3遍以上，每次間隔15-20min，且按照一個(gè)方向擦拭。

作為優(yōu)選，步驟(4)所述的環(huán)氧樹脂和固化劑質(zhì)量比為1：0.005～0.1，將環(huán)氧樹脂和固化劑混合均勻后，靜置20-30min。

進(jìn)一步地，其特征在于：步驟(4)中從模具進(jìn)膠口注入環(huán)氧樹脂和固化劑的注膠壓力為0.1～0.2MPa，注膠至出膠口沒有氣泡出現(xiàn)，停止注膠。

作為優(yōu)選，步驟(5)所述的溫控固化條件為，溫度40～50℃，固化時(shí)間為1.5～2h。

作為優(yōu)選，步驟(7)所述的潔模劑為丙酮。

有益效果：1、本發(fā)明提供的多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒，采用8層碳纖維多軸向經(jīng)編織物作為纖維增強(qiáng)材料，環(huán)氧樹脂作為基體，所制備的電池盒較于傳統(tǒng)鋼制或者高密度塑料電池盒，質(zhì)量減輕50％。

2、本發(fā)明提供的多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒，采用多軸向經(jīng)編織工藝，編織過程可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化整體成型，較于普通層合結(jié)構(gòu)較繁瑣的逐層鋪放工藝，生產(chǎn)效率更高；

3、本發(fā)明提供的多軸向經(jīng)編織物比層合板擁有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性能，較于普通層合結(jié)構(gòu)電池盒，在保證沿纖維增強(qiáng)方向優(yōu)異力學(xué)性能的同時(shí)，不容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象，層間性能更好。

4、本發(fā)明提供的多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒，可根據(jù)不同車型電池盒的結(jié)構(gòu)要求，對增強(qiáng)纖維的鋪設(shè)角度和鋪設(shè)厚度進(jìn)行任意調(diào)整，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為電池盒立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為電池盒反面結(jié)構(gòu)示意圖；圖1和圖2中1.1為底板，2.1為縱向加強(qiáng)筋，2.2為橫向加強(qiáng)筋。

圖3為多軸向碳纖維經(jīng)編織物結(jié)構(gòu)示意圖；圖3中3.1為90°襯緯紗，3.2為45°襯緯紗，3.3為-45°襯緯紗，3.4為捆綁紗，3.5為0°襯經(jīng)紗。

圖4為實(shí)施例1多軸向碳纖維經(jīng)編織物的鋪層結(jié)構(gòu)示意圖；圖4中4.1為0°方向鋪層，4.2為45°方向鋪層，4.3為-45°方向鋪層，4.4為90°方向鋪層，4.5為90°方向鋪層，4.6為-45°方向鋪層，4.7為45°方向鋪層，4.8為0°方向鋪層，4.9為捆綁紗線。

圖5為實(shí)施例2多軸向碳纖維經(jīng)編織物的鋪層結(jié)構(gòu)示意圖；圖5中5.1為0°方向鋪層，5.2為90°方向鋪層，5.3為-45°方向鋪層，5.4為45°方向鋪層，5.5為45°方向鋪層，5.6為-45°方向鋪層，5.7為90°方向鋪層，5.8為0°方向鋪層，5.9為捆綁紗線。

圖6為實(shí)施例3層合結(jié)構(gòu)織物結(jié)構(gòu)示意圖；圖6中6.1為0°方向鋪層，6.2為90°方向鋪層，6.3為-45°方向鋪層，6.4為45°方向鋪層，6.5為45°方向鋪層，6.6為-45°方向鋪層，6.7為90°方向鋪層，6.8為0°方向鋪層。

圖7為RTM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7中7.1為空壓機(jī)，7.2為注塑機(jī)，7.31為固定螺栓，7.32為注膠口，7.33為上模，7.34為出膠口，7.35為下模，7.4為多軸向混雜纖維經(jīng)編織物，7.5為樹脂接收桶。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合實(shí)例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

第一方面，本實(shí)例提供了一種多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒(結(jié)構(gòu)如圖1，圖2所示，包括底板1.1、設(shè)置在底板1.1底部的縱向加強(qiáng)筋2.1和橫向加強(qiáng)筋2.2)，利用多軸向經(jīng)編工藝，將碳纖維作為增強(qiáng)材料，制備成多軸向經(jīng)編織物，通過RTM注射成型技術(shù)，將樹脂浸潤多軸向經(jīng)編織物后成型，鋪層設(shè)有8層，基體使用環(huán)氧樹脂。

本發(fā)明實(shí)例提供的復(fù)合材料汽車電池盒，增強(qiáng)材料采用多軸向經(jīng)編結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。多軸向經(jīng)編結(jié)構(gòu)中包含90°襯緯紗3.1，45°襯緯紗3.2，-45°襯緯紗3.3，捆綁紗3.4，0°襯經(jīng)紗3.5。

相較于普通的單一纖維增強(qiáng)層合板而言，多軸向經(jīng)編織物結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、力學(xué)性能更優(yōu)異、可設(shè)計(jì)性更強(qiáng)。具體性能如下：

(1)多軸向經(jīng)編織物中的纖維呈平直分布，使織物纖維主方向上的性能得到充分發(fā)揮；

(2)多軸向經(jīng)編織物引入了捆綁紗線，相較于層合結(jié)構(gòu)，其層間性能更優(yōu)，結(jié)構(gòu)整體性能更好；

具體地，所述鋪層選擇標(biāo)準(zhǔn)鋪層角度：0°、45°、90°、-45°，鋪層順序?yàn)閇0,45,-45,90]_S，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示：自上而下第一層為0°方向鋪層4.1，第二層為45°方向鋪層4.2，第三層-45°方向鋪層4.3，第四層90°方向鋪層4.4，第五層90°方向鋪層4.5，第六層-45°方向鋪層4.6，第七層45°方向鋪層4.7，第八層0°方向鋪層4.8，捆綁紗線4.9。

本實(shí)例的第二方面，提供了一種多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒制造方法，過程原理如圖7所示，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟(1)準(zhǔn)備工作

1.1)多軸向碳纖維經(jīng)編織物；利用多軸向經(jīng)編工藝，將碳纖維增強(qiáng)材料按照設(shè)計(jì)角度、鋪層順序織成所需要的多軸向碳纖維經(jīng)編織物。

1.2)模具的準(zhǔn)備；仔細(xì)檢查模具有無破損，內(nèi)部是否含有雜物

1.3)RTM成型設(shè)備；檢查RTM注膠設(shè)備7.2，準(zhǔn)備固化劑、脫模劑、空壓機(jī)7.1等相關(guān)配件。

步驟(2)模具前處理

在模具的內(nèi)表面用脫模劑擦拭4遍，按照一個(gè)方向輕輕濕潤模具，不可來回擦拭，每一次擦拭間隔15分鐘。

步驟(3)織物鋪放

將按設(shè)計(jì)要求編織的多軸向碳纖維經(jīng)編織物7.4，平整的鋪放在模腔內(nèi)，不讓其褶皺，并修掉多余的邊角料。

步驟(4)合模

將上模7.33與下模7.35合攏，周邊利用固定螺栓7.31進(jìn)行密封緊固。

步驟(5)樹脂注射

5.1)將環(huán)氧樹脂與固化劑按照1：0.05的比例調(diào)配，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度25℃，保證樹脂在注膠過程中有良好的流動(dòng)性和浸潤性。

5.2)將環(huán)氧樹脂與固化劑攪拌均勻，靜置25分鐘，排除混合樹脂膠液中的空氣。

5.3)設(shè)置空壓機(jī)7.1保證注膠壓力為0.15MPa，將樹脂從注膠口7.32注入模具，注膠過程中在出膠口7.34可以觀察到樹脂和氣泡冒出；注膠直至出膠口沒有氣泡出現(xiàn)，膠液充分浸潤織物，停止注膠，由出膠口7.34出來的樹脂用樹脂接收桶收7.5收集。

步驟(6)固化

將模具置于加熱爐中進(jìn)行溫控固化，固化溫度控制在40℃，固化時(shí)間為2小時(shí)。

步驟(7)脫模

模具冷卻后分離上下模，將電池盒從模具中脫離出來，并檢查產(chǎn)品有無缺陷。

步驟(8)后處理

用丙酮清洗模具和RTM注膠設(shè)備。

實(shí)施例2

本實(shí)例提供的汽車電池盒的形狀、材質(zhì)以及制備方法基本與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于多軸向經(jīng)編織物的鋪層，鋪層角度為[0,90,-45,45]_S，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示：第一層0°方向鋪層5.1，第二層90°方向鋪層5.2，第三層-45°方向鋪層5.3，第四層45°方向鋪層5.4，第五層45°方向鋪層5.5，第六層-45°方向鋪層5.6，第七層90°方向鋪層5.7，第八層0°方向鋪層5.8。

實(shí)施例3

本實(shí)例用作對比，提供的汽車電池盒的形狀、制備方法基本與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于選用純碳纖維層合結(jié)構(gòu)織物，碳纖維層數(shù)為8層,按指定角度手動(dòng)一層一層的鋪上去，具體鋪層角度為[0,90,-45,45]_S，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示：第一層0°方向鋪層6.1，第二層90°方向鋪層6.2，第三層-45°方向鋪層6.3，第四層45°方向鋪層6.4，第五層45°方向鋪層6.5，第六層-45°方向鋪層6.6，第七層90°方向鋪層6.7，第八層0°方向鋪層6.8。

分別對實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3和純金屬提供的電池盒的重量以及剛度進(jìn)行了測試。在各個(gè)實(shí)例提供的電池盒的重心處施加電池質(zhì)量128kg，測量電池盒z向位移。

測試結(jié)果如表1所示：

通過表1對比發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明實(shí)施例所提供的多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒的兩個(gè)實(shí)施例具有較高的剛度，能保證汽車在正常行駛時(shí)電池的安全性。與金屬電池盒相比，多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒因?yàn)槔w維復(fù)合材料的低密度，總質(zhì)量下降了50％。與純碳纖維層合復(fù)合材料電池盒相比，采用多軸向經(jīng)編工藝，使得層間性能更好，并且多軸向經(jīng)編工藝鋪層簡單，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，生產(chǎn)效率更高。綜上本發(fā)明提出的多軸向碳纖維復(fù)合材料汽車電池盒兼具輕質(zhì)高強(qiáng)、高性能、高效率等特點(diǎn)。