车顶盖的制作方法

本公开涉及汽车领域，具体地，涉及一种车顶盖。

背景技术：

随着汽车工业的发展，乘用车油耗限值强制法规越来越严，第三阶段油耗限值标准将目标定于2015年实现6.9升/100公里，第四阶段油耗限值标准将于2020年实现5.0升/100公里，油耗的降低与汽车的重量密切相关。

常见的钢质车顶盖是车身部件中重量较大的部件，普通A级车(不带天窗)的重量一般在10千克左右，较重的重量也为其制造、装配带来诸多不便。此外，采用手糊工艺制备玻璃钢车顶盖，其重量与钢质车顶盖相当，一般亦在10千克左右，无法起到轻量化减重效果，而且手糊工艺的生产环境恶劣，生产效率低，不适合大批量生产。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种车顶盖。

为了实现上述目的，本公开提供一种车顶盖，包括车顶盖本体以及与所述车顶盖本体固定连接的加强件，所述车顶盖本体包括多层叠加铺设模压成型的第一结构碳纤维-片状模塑料成型片材，所述加强件包括一层或多层叠加铺设模压成型的第二结构碳纤维-片状模塑料成型片材。

本公开提供的包括碳纤维-片状模塑料成型片材的车顶盖，重量轻，强度好。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为本公开所提供的车顶盖的一种具体实施方式的结构示意图。

图2为本公开提供的碳纤维-片状模塑料预压片材的制备流程示意图。

附图标记说明

1车顶盖 2加强件 3安装孔

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

现有技术的车顶盖一般采用连续碳纤维复合材料编织布制备，在前风挡区域及侧边梁区域，由于曲面几何尺寸限制，裁切时会产生很多边角料，从而造成原材料的浪费，实际材料利用率偏低，导致综合成本偏高；传统的连续碳纤维复合材料编织布为预浸料模压工艺，或热压罐工艺，部件制造周期偏长，无法满足汽车工艺大规模生产要求。

常见的连续碳纤维布部件制造的预浸料热压罐工艺，预浸布铺层费时，热压罐成型设备昂贵且成型周期长，适合宇航等小规模产品生产，很难满足汽车工业大批量生产要求等。

本公开提供一种碳纤维-片状模塑料预压片材的制备方法，所述制备方法包括：将纤维材料分散于位于承载膜上的树脂糊中，然后用涂覆有树脂糊的薄膜覆盖，得到树脂糊-纤维材料-树脂糊层；其中，所述纤维材料包括碳 纤维，且包括或不包括玻璃纤维；所述碳纤维的长度为12-50毫米，所述玻璃纤维的长度为12-50毫米，所述纤维材料与所述树脂糊的重量比为1：(1-2)；将所述树脂糊-纤维材料-树脂糊层依次进行碾压排空气处理和静置处理，使树脂糊稠化到可成型的粘度，得到碳纤维-片状模塑料预压片材。

本公开的制备方法所使用的模压成型工艺设备要求低且价格低廉，单件制造周期可控制在5-10分钟内，具备向汽车大规模量产的技术条件。另外，本公开可以将后续生产所产生的小尺寸边角料回用到碳纤维-片状模塑料预压片材制备过程中，极大提高了碳纤维材料的综合利用率，使碳纤维原材料利用率从80-90％提高到98％以上。

片状模塑料(Sheet Molding Compounds，简称为SMC)是一种干法制造玻璃钢产品的模压中间材料，由不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、引发剂、内脱模剂、矿物填料等预先混合成糊状的树脂糊，再加入增稠剂等混合均匀后，对短切玻璃纤维(Glass Fiber，简称玻璃纤维)进行充分浸渍，形成片状的“夹芯”结构。片状模塑料预压片材的幅宽一般为0.4-2米，厚度一般为1.3-6.4毫米。片状模塑料预压片材可在压机中进行模压成型为片状膜塑料成型片材，一般大型部件的成型周期为3-5分钟，模压工艺可满足部件大生产节拍要求。单条片状模塑料成型片材的模压生产线可满足年产20万套以上部件生产的节拍要求。而手糊玻璃钢部件成型周期为4小时，单条生产线仅能满足年产上千套样件规模；而一般钢质部件冲压成型周期仅为10-20秒，单条生产线可满足年产30-60万套部件规模。总体而言，片状模塑料成型片材产品具有成本低，可一次成型，生产效率高，产品尺寸精度高，产品表面可达A级等优点。

碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称CFRP)具有低密度、高强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳等优势，目前已广泛应用在航空航天、体育休闲用品、工业领域及交通领域等。在汽车领域，赛车及高 端汽车制品，如单体乘员舱、发动机引擎盖、传动轴等采用越来越多碳纤维材料。碳纤维与片状模塑料片材中的玻璃纤维相比，拉伸强度及杨氏模量均为玻璃纤维的3倍以上，但密度约为其60％。因此，在同等力学性能要求下，较少份数的碳纤维即可达到玻璃纤维相同的力学性能要求，起到轻量化减重效果。碳纤维与玻璃纤维物理属性相似，在与树脂基材等基础材料配方中两者可按比例替代，碳纤维复合材料也可采用玻璃纤维复合材料的成型工艺，采用快速SMC模压成型工艺，为后续碳纤维复合材料汽车零部件大规模制造提供了便利。

下面结合附图提供一种碳纤维-片状模塑料预压片材制备方法的具体实施方式。如图2所示，将连续碳纤维短切成12-50mm长的短切碳纤维，沉降于承载膜上0.05mm厚的树脂糊内，用涂敷有树脂糊的薄膜覆盖，形成树脂糊-短切碳纤维-树脂糊层；然后通过各类压辊的揉捏作用，去除树脂糊-短切碳纤维-树脂糊层内的空气，并实现短切碳纤维在树脂糊内的浸渍；接着静置碳纤维-片状模塑料预压片材，待树脂糊稠化到可成型粘度，然后将所得碳纤维-片状模塑料预压片材收卷和贮存。本公开使树脂稠化到可成型的粘度所述的可成型的粘度是本领域技术人员所熟知的，例如可以为1×10⁷-1.5×10⁷帕·秒。

碳纤维与玻璃纤维共同使用可降低碳纤维的使用量，从而降低成本，同时能够保采用证碳纤维-片状模塑料预压片材所制备的车顶盖的力学性能，例如，所述碳纤维与所述玻璃纤维的重量比为(10-90)：(90-10)。

本公开中承载膜和薄膜是本领域技术人员所熟知的，承载膜广泛用于片状模塑料成型过程，主要起到对生产线树脂糊的隔离保护作用，薄膜是一种薄而软的透明薄片，用塑料、胶粘剂、橡胶或其他材料制成，例如聚乙烯薄膜，薄膜和承载膜一起用于定型碳纤维-片状模塑料预压片材。

本公开还提供一种碳纤维-片状模塑料预压片材，所述碳纤维-片状模塑 料预压片材包括薄膜、承载膜、以及位于所述薄膜和承载膜之间的树脂糊和纤维材料；其中，所述纤维材料包括碳纤维，包括或不包括玻璃纤维；所述碳纤维的长度为12-50毫米，所述玻璃纤维的长度为12-50毫米，所述碳纤维与所述树脂糊层的重量比为1：(1-2)。优选地，所述碳纤维与所述玻璃纤维的重量比为(10-90)：(90-10)。

本公开还提供一种车顶盖的成型方法，如图1所示，所述车顶盖包括车顶盖本体1以及与所述车顶盖本体1固定连接的加强件2，所述车顶盖本体1包括多层叠加铺设模压成型的第一结构碳纤维-片状模塑料成型片材，所述加强件2包括一层或多层叠加铺设模压成型的第二结构碳纤维-片状模塑料成型片材；所述成型方法包括：将本公开所提供的碳纤维-片状模塑料预压片材裁剪为第一结构碳纤维-片状模塑料成型片材的形状和第二结构碳纤维-片状模塑料成型片材的形状，得到第一结构碳纤维-片状模塑料预压片材和第二结构碳纤维-片状模塑料预压片材；将所述第一结构碳纤维-片状模塑料预压片材和第二结构碳纤维-片状模塑料预压片材上的薄膜和承载膜去除后叠加铺设为所述车顶盖的形状，得到未模压车顶盖；将所述未模压车顶盖进行模压成型和脱模。

前已述及，可以讲后续生产所产生的小尺寸边角料回用到碳纤维-片状模塑料预压片材制备过程中，从而提升碳纤维材料利用率；具体回用方法可以包括：对第一结构碳纤维-片状模塑料预压片材和第二结构碳纤维-片状模塑料预压片材进行裁剪以产生边角料，并对边角料中碳纤维和树脂进行分离；然后将分离后的碳纤维/玻璃纤维原材料，按一定比例添加到第二结构的碳纤维-片状模塑料预压片材制造工序中，并得到满足技术要求的第二结构的碳纤维-片状模塑料预压片材。

车顶盖是车厢顶部的盖板，为了使车顶盖具有良好的力学性能，还设置有加强件，加强件可以在车顶盖横梁的位置，加强件的力学性能优于所述车 顶盖本体的强度，因此，所述第二结构碳纤维-片状模塑料预压片材的碳纤维含量优选高于所述第一结构碳纤维-片状模塑料预压片材的碳纤维含量。

模压成型和脱模是本领域技术人员所熟知的，本公开不再赘述，模压成型的温度和压力本领域技术人员可以自行设置，例如，所述模压成型的条件可以为：温度为70-90℃，压力为30-50MPa，保压时间为1-4分钟。

如图1所示，本公开提供一种车顶盖，包括车顶盖本体1以及与所述车顶盖本体1固定连接的加强件2，所述车顶盖本体1包括多层叠加铺设模压成型的第一结构碳纤维-片状模塑料成型片材，所述加强件2包括一层或多层叠加铺设模压成型的第二结构碳纤维-片状模塑料成型片材。

车顶盖是车厢顶部的盖板，为了使车顶盖具有良好的力学性能，还设置有加强件，加强件在车顶盖横梁的位置，例如，加强件2可以包括平行设置的两条，分别位于车顶盖前后两端。

如图1所示，为了便于车顶盖的安装，所述顶盖本体1的相对两端可以设置有多个安装孔3，所述安装孔3内可以预埋有金属螺母，可以通过安装孔进行尺寸公差的控制。

车顶盖本体1及加强件的形状是本领域技术人员所熟知的，其连接关系前已述及，一种具体实施方式，如图1所示，所述第二结构碳纤维-片状模塑料成型片材的形状为多边形平面状，所述第一结构碳纤维-片状模塑料成型片材的形状为长方形平面状。

本公开发明人通过对不同的厚度碳纤维-片状模塑料成型片材和不同层数的碳纤维-片状模塑料成型片材叠加后进行测试，获得分别符合车顶盖本体1和加强件2的碳纤维-片状模塑料成型片材的层数和厚度，例如，所述车顶盖本体1包括2-8层所述第一结构碳纤维-片状模塑料成型片材，所述加强件2包括1-5层所述第二结构碳纤维-片状模塑料成型片材，所述第一结构碳纤维-片状模塑料成型片材的厚度为0.8-2毫米，所述第二结构碳纤维-片状 模塑料成型片材的厚度为0.8-2毫米。

本公开提供的车顶盖，满足了车顶盖X向、Y向、Z向强度和刚度要求，并相比钢质车顶盖与手糊玻璃钢车顶盖，能够减重40％以上，实现了40％的轻量化减重目标，满足汽车轻量化要求，实现单件重量降低、原材料成本降低并可降低整车油耗。本公开的车顶盖材质为碳纤维-片状模塑料成型片材，在SMC车顶盖结构基础上，结合CAE强度刚度分析，车顶盖前后在X向可以各增加一条200mm的加强层，加强层可以与车顶盖横梁位置相匹配，车顶盖与车顶盖横梁、白车身可以通过胶粘方式连接，其余部位仅通过碳纤维-片状模塑料成型片材进行整体结构适度减薄、局部进行结构变更与加强，可在充分体现碳纤维高强度高刚性的同时，满足车顶盖性能要求。

下面将通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。

本公开实施例和对比例所采用的树脂糊的组成(以纤维材料和树脂糊的总重量为基准)如下所示：

30％的不饱和聚酯树脂(牌号为191)、3％的增稠剂(Mg(OH)₂)、0.5％的引发剂(过氧二异丙苯)、0.5％的交联剂(甲基丙烯酸甲酯)、5％的低收缩添加剂(PE类低收缩添加剂)、24％的填料(空心玻璃微珠类填料，3M公司的iM30K)、1％的内脱模剂(硬脂酸锌类)和1％的着色剂(无机颜料)。

实施例1-3用于制备碳纤维-片状模塑料预压片材。

实施例1

将连续碳纤维经过切割器短切成12-50毫米长度的短纤维，沉降于0.05毫米厚的承载膜上的树脂糊内，树脂糊粘度为10-50帕·秒，然后用涂敷有树脂糊的薄膜覆盖，形成树脂糊-纤维材料-树脂糊层，树脂糊-纤维材料-树 脂糊层中碳纤维的含量为35重量％，然后通过压辊的揉捏作用，去除树脂糊-纤维材料-树脂糊层之内的空气，并实现碳纤维的充分浸渍。然后，通过工艺控制(一般车间及加工温度可控制在20-25℃间，空气湿度70-80％，时间为10分钟)，使树脂糊-纤维材料-树脂糊层内树脂糊在室温下稠化到可成型粘度(1.5×10⁷帕·秒)，得到的碳纤维-片状模塑料预压片材进行收卷，20℃以下进行贮存，制得35重量％碳纤维含量的碳纤维-片状模塑料预压片材1，单层碳纤维-片状模塑料预压片材1的厚度为2毫米，幅宽为1.5米。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，将部分碳纤维替换为玻璃纤维，玻璃纤维与碳纤维的重量比为30：70，得到10.5重量％玻璃纤维和24.5重量％的碳纤维含量的碳纤维-片状模塑料预压片材卷材2。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，将大部分碳纤维替换为玻璃纤维，玻璃纤维与碳纤维的重量比为70：30，得到24.5重量％玻璃纤维和10.5重量％的碳纤维含量的碳纤维-片状模塑料预压片材卷材3。

实施例4-6用于制备车顶盖。

实施例4

按照图1的形状，将碳纤维-片状模塑料预压片材1和碳纤维-片状模塑料预压片材3分别剪裁成第一结构碳纤维-片状模塑料预压片材(X*Y方向为1650*1150)和第二结构碳纤维-片状模塑料预压片材(X*Y方向为300*1150)，揭去预压片材的承载膜和薄膜，按照Abaqus软件强度刚度分析 的结果，将两片一层第二结构碳纤维-片状模塑料预压片材分别铺设在三层重叠铺设的第二结构碳纤维-片状模塑料预压片材的两端，得到未模压车顶盖。

将未模压车顶盖放置在模压模具的设计位置上，按工艺参数要求，升温至78-82℃、加压至40MPa、保压2min进行模压成型，然后进行脱模，得到车顶盖，其中，车顶盖本体的的厚度为3mm，加强件所在区域(加强区域)的厚度为4mm。

接着对车顶盖进行裁剪，再进行打磨、喷漆等后处理，最终制得合格产品，合格产品的尺寸为X向1600mm，Y向1100mm，车顶盖本体的厚度为3mm，加强件所在区域的厚度为4mm，最终制成的合格产品，经测试后的强度刚度达到钢质车顶盖性能要求，且单件重量仅5.5kg，减重45％，达到轻量化减重40％的目标要求。

实施例5

实施例5与实施例4的区别在于第二结构碳纤维-片状模塑料预压片材的材料为碳纤维-片状模塑料预压片材1，第一结构碳纤维-片状模塑料预压片材的材料为碳纤维-片状模塑料预压片材2，最终制成的合格产品，经测试后的强度刚度达到钢质车顶盖性能要求，且单件重量仅5.7kg，减重43％，达到轻量化减重40％的目标要求。

实施例6

实施例6与实施例4的区别在于第二结构碳纤维-片状模塑料预压片材的材料为碳纤维-片状模塑料预压片材3，第一结构碳纤维-片状模塑料预压片材的材料为碳纤维-片状模塑料预压片材2，最终制成的合格产品，经测试后的强度刚度达到钢质车顶盖性能要求，且单件重量仅5.8kg，减重42％， 达到轻量化减重40％的目标要求。

从前面实施例数据可以看出，本公开进行了以下几点改进：1、采用本公开的碳纤维-片状模塑料预压片材制备方法，使用碳纤维部分或全部替代强度较低的玻璃纤维，制成碳纤维-片状模塑料预压片材；2、采用壁厚减薄等轻量化结构优化的同时，实现车顶盖功能要求；3、通过模压成型工艺控制生产周期，实现了车顶盖大批量制造。通过以上改进，本公开碳纤维-片状模塑料成型片材的车顶盖在满足车顶盖刚度和强度要求的情况下，可以实现比普通车顶盖重量降低40％以上的轻量化目标。