一种热塑性复合材料新能源汽车壳体部件的制作工艺的制作方法

1.本发明涉及新能源汽车领域，具体涉及一种热塑性复合材料新能源汽车壳体部件的制作工艺。


背景技术：

2.新能源汽车的续驶里程始终是影响行业高速发展和用户购车选择的最重要的原因之一，而汽车续驶里程的提升，一方面要依靠电池能量密度的提升，另一方面则有赖于汽车行驶过程中能源利用率的提升及整车能耗的降低。汽车轻量化，是降低汽车能耗、提升新能源汽车续驶里程的有效手段。
3.复合材料由于其优异的质轻高强性能而广泛应用于电池盒、电池包护板等电池包壳体部件和引擎盖、尾门、保险杠、尾翼、翼子板、车门板、仪表板、顶棚等新能源汽车内外饰壳体部件中。然而，此类复合材料或为热固性材料，虽有较高的机械性能，但无法满足汽车行业越来越严苛的材料可再生性（循环利用）的环保要求；或虽为热塑性材料，但因是注塑成型之纯短纤增强材料，其机械性能天生存在不足，为安全起见又不得不增大产品设计壁厚，这就在一定程度上又抵消了产品的轻量化效果。
4.于是，如何在确保甚至继续提升新能源汽车壳体部件机械性能和轻量化效果的前提下，解决材料和产品的可再生性（循环利用）问题，成为摆在新能源汽车轻量化领域的一个重要课题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种热塑性复合材料新能源汽车壳体部件的制作工艺，该制作工艺有效地强化了新能源汽车壳体部件的高机械性能和轻量化效果，实现了材料和产品的可再生性（循环利用），并降低了产品生产成本，提高了生产效率。
6.本发明的技术方案在于：一种热塑性复合材料新能源汽车壳体部件的制作工艺，包括以下步骤：（1）制备热塑性预浸带复合材料板，所述热塑性预浸带复合材料含有纤维和热塑性树脂，其中纤维含量为5%~85%；（2）根据壳体部件产品的设计壁厚要求，将一层或数层热塑性预浸带复合材料板按要求叠层并固定好，而后进行裁切加工，或将裁切加工好的一层或数层热塑性预浸带复合材料板按要求叠层并固定好；（3）将叠层并裁切加工后的热塑性预浸带复合材料板加热至树脂软化或熔融；或，对于其树脂本就因受热处于软化或熔融状态的叠层并裁切加工后的热塑性预浸带复合材料板则继续维持这一热状态；（4）通过机械手或手工方式迅速将其树脂处于软化或熔融状态的热塑性预浸带复合材料板移送至模具中的指定位置，铺平，并在产品需要连接的部位做好材料的有效搭接；（5）合模，加压，通过循环冷却水将产品冷却至脱模温度，使模具内的产品得到塑
型；（6）开模，产品脱模、后加工，得到所需要的壳体部件产品。
7.进一步地，所述热塑性预浸带复合材料板的厚度为0.05mm~15mm。
8.进一步地，步骤（1）中，所述热塑性预浸带复合材料板的制备工艺包括淋膜法和浸渍法，或由纤维和热塑性树脂丝混合编织并直接应用或进一步热压而成，所述热塑性树脂丝由热塑性树脂经熔融拉丝而成；所述热塑性预浸带复合材料板中的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种；所述热塑性树脂包括聚丙烯pp、聚乙烯pe、聚苯乙烯ps、聚氯乙烯pvc、聚酰胺pa、聚碳酸酯pc、聚醚醚酮peek、聚苯醚ppo、聚苯硫醚pps、聚甲醛pom、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物abs及其改性材料中的一种或多种。
9.进一步地，步骤（1）中，所述纤维的形态包括连续纤维、纤维织物、纤维毡和短切纤维中的一种或多种。
10.进一步地，步骤（2）中，叠层并裁切后的热塑性预浸带复合材料板，其四周边缘长宽尺寸应比相应位置模具边缘尺寸小0.5mm~20mm；材料搭接处可适当削薄，避免搭接后材料厚度过大。
11.进一步地，根据需求在步骤（5）与步骤（6）之间，在将产品冷却至80~150℃时在线向模具内注塑短纤热塑性复合材料，所述短纤热塑性复合材料含短切纤维和热塑性树脂，其中短切纤维的含量为5%~60%。
12.进一步地，所述短纤热塑性复合材料中的短切纤维包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种；热塑性树脂包括聚丙烯pp、聚乙烯pe、聚苯乙烯ps、聚氯乙烯pvc、聚酰胺pa、聚碳酸酯pc、聚醚醚酮peek、聚苯醚ppo、聚苯硫醚pps、聚甲醛pom、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物abs及其改性材料中的一种或多种。
13.进一步地，步骤（5）中，脱模温度为28℃~75℃。
14.进一步地，所述壳体部件包括电池包壳体部件和新能源汽车内外饰壳体部件。
15.进一步地，所述电池包壳体部件包括电池盒和电池包护板，所述电池盒为封闭或不封闭的曲面结构，包括上盖和下盒体；所述新能源汽车内外饰壳体部件包括引擎盖、尾门、保险杠、尾翼、翼子板、车门板、仪表板和顶棚。
16.与现有技术相比较，本发明具有以下优点：1. 本发明采用热塑性预浸带模压工艺来进行新能源汽车壳体部件的制作，并根据需求在线注塑短纤热塑性复合材料，从而既可充分利用热塑性预浸带的超高机械性，来提升壳体部件主结构部位的机械性能，并进而强化其轻量化效果；同时也可利用短纤热塑性材料注塑工艺的易成型性和高效性，一方面使产品四周边缘等次结构部位和难于成型的加强筋等复杂结构部位得以顺利地成型，另一方面也进一步提高了产品的生产效率，可满足新能源汽车行业快节奏的供应要求。
17.2.本发明采用热塑性树脂作为预浸带和短纤复合材料的基体树脂，使该复合材料比重较之热固性复合材料更低（热固性复合材料比重通常为1.8~2.0，而热塑料性复合材料比重一般在1.5以下），从而更进一步强化了新能源汽车壳体部件的轻量化效果。
18.3.本发明采用热塑性树脂作为预浸带和短纤复合材料的基体树脂，使材料和产品
均具有可再生利用（循环利用）的性能，可满足汽车行业日益严苛的环保要求。
19.4.本发明采用热塑性树脂作为预浸带和短纤复合材料的基体树脂，使材料和产品均具有可再生利用（循环利用）的性能，也使得材料的利用率接近100%，从而既降低了产品成本，提升了产品的市场竞争力，同时也达到了有效节约社会资源的目的。
20.5.本发明制作工艺简便、生产效率高且适用范围广，可广泛适用于电池盒和电池包护板等电池包壳体部件和引擎盖、尾门、保险杠、尾翼、翼子板、车门板、仪表板和顶棚等新能源汽车内外饰壳体部件的生产。
附图说明
21.图1为淋膜法制备热塑性预浸带复合材料的示意图；图2为浸渍法制备热塑性预浸带复合材料的示意图；图3为热塑性预浸带复合材料板裁切后的电池盒产品毛坯料结构示意图；图4为电池盒产品结构图；图中：1-纤维
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2-树脂层
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3-淋膜模头
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4-热辊
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5-带材
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6-带材收卷
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7-浸渍模具
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8-树脂挤出模头
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9-成型对辊
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10-立面r角
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11-法兰面r角。
具体实施方式
22.为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
23.实施例一一种热塑性复合材料新能源汽车壳体部件的制作工艺，包括以下步骤：（1）制备热塑性预浸带复合材料板，所述热塑性预浸带复合材料板的厚度为0.2mm；所述热塑性预浸带复合材料板含有纤维和热塑性树脂，其中纤维含量为75%。
24.（2）根据壳体部件产品的设计壁厚要求，将一层或数层热塑性预浸带复合材料板按要求叠层并固定好，而后进行裁切加工，或将裁切加工好的一层或数层热塑性预浸带复合材料板按要求叠层并固定好。叠层并裁切后的热塑性预浸带复合材料板，其四周边缘长宽尺寸应比相应位置模具边缘尺寸小1mm；材料搭接处可适当削薄，避免搭接后材料厚度过大。
25.（3）将叠层并裁切加工后的热塑性预浸带复合材料板加热至树脂软化或熔融；或，对于其树脂本就因受热处于软化或熔融状态的叠层并裁切加工后的热塑性预浸带复合材料板则继续维持这一热状态。
26.（4）通过机械手或手工方式迅速将其树脂处于软化或熔融状态的热塑性预浸带复合材料板移送至模具中的指定位置，铺平，并在产品需要连接的部位做好材料的有效搭接。
27.（5）合模，加压，通过循环冷却水将产品冷却至32℃，从而使模具内的产品得到塑型。
28.（6）开模，产品脱模、后加工，得到所需要的壳体部件产品。
29.本实施例中，步骤（1）中，所述热塑性预浸带复合材料板的制备工艺可为淋膜法（参见图1）或浸渍法（参见图2），或由纤维和热塑性树脂丝混合编织并直接应用或进一步热压而成，所述热塑性树脂丝由热塑性树脂经熔融拉丝而成；所述纤维的形态包括连续纤维、
纤维织物、纤维毡和短切纤维中的一种或多种。
30.本实施例中，步骤（1）中，所述热塑性预浸带复合材料板中的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等无机纤维和芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等有机纤维中的一种或多种，热塑性树脂包括聚丙烯pp、聚乙烯pe、聚苯乙烯ps、聚氯乙烯pvc、聚酰胺pa、聚碳酸酯pc、聚醚醚酮peek、聚苯醚ppo、聚苯硫醚pps、聚甲醛pom、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、abs（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）及其改性材料中的一种或多种。其中，纤维可优选由碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维组成，热塑性树脂可优选聚乙烯pe。
31.本实施例中，根据需求在步骤（5）与步骤（6）之间，在将产品冷却至85℃时在线向模具内注塑短纤热塑性复合材料，所述短纤热塑性复合材料含短切纤维和热塑性树脂，其中短切纤维的含量为52%。
32.本实施例中，所述模具带有注塑浇口、流道和循环冷却水路，能同时满足产品的模压和注塑要求。所述注塑浇口设在模具分模面上，从而快速对产品法兰边缘、材料连接处、加强筋及其它设计部位进行有效的填充和粘接。
33.本实施例中，所述短纤热塑性复合材料中的短切纤维包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等无机纤维和芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等有机纤维中的一种或多种；热塑性树脂包括聚丙烯pp、聚乙烯pe、聚苯乙烯ps、聚氯乙烯pvc、聚酰胺pa、聚碳酸酯pc、聚醚醚酮peek、聚苯醚ppo、聚苯硫醚pps、聚甲醛pom、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、abs（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）及其改性材料中的一种或多种。其中，短切纤维可优选由超高分子量聚乙烯纤维和玻璃纤维组成，热塑性树脂可优选聚乙烯pe。
34.本实施例中，所述壳体部件包括电池包壳体部件和新能源汽车内外饰壳体部件。所述电池包壳体部件包括电池盒和电池包护板，所述电池盒为封闭或不封闭的曲面结构，包括上盖和下盒体。所述新能源汽车内外饰壳体部件包括引擎盖、尾门、保险杠、尾翼、翼子板、车门板、仪表板和顶棚。
35.实施例二一种热塑性复合材料新能源汽车壳体部件的制作工艺，包括以下步骤：（1）制备热塑性预浸带复合材料板，所述热塑性预浸带复合材料板的厚度为4mm；所述热塑性预浸带复合材料板含有纤维和热塑性树脂，其中纤维含量为30%。
36.（2）根据壳体部件产品的设计壁厚要求，将一层或数层热塑性预浸带复合材料板按要求叠层并固定好，而后进行裁切加工，或将裁切加工好的一层或数层热塑性预浸带复合材料板按要求叠层并固定好。叠层并裁切后的热塑性预浸带复合材料板，其四周边缘长宽尺寸应比相应位置模具边缘尺寸小5mm；材料搭接处可适当削薄，避免搭接后材料厚度过大。
37.（3）将叠层并裁切加工后的热塑性预浸带复合材料板加热至树脂软化或熔融；或，对于其树脂本就因受热处于软化或熔融状态的叠层并裁切加工后的热塑性预浸带复合材料板则继续维持这一热状态。
38.（4）通过机械手或手工方式迅速将其树脂处于软化或熔融状态的热塑性预浸带复合材料板移送至模具中的指定位置，铺平，并在产品需要连接的部位做好材料的有效搭接。
39.（5）合模，加压，通过循环冷却水将产品冷却至70℃，从而使模具内的产品得到塑型。
40.（6）开模，产品脱模、后加工，得到所需要的壳体部件产品。
41.本实施例中，步骤（1）中，所述热塑性预浸带复合材料板的制备工艺可为淋膜法（参见图1）或浸渍法（参见图2），或由纤维和热塑性树脂丝混合编织并直接应用或进一步热压而成，所述热塑性树脂丝由热塑性树脂经熔融拉丝而成；所述纤维的形态包括连续纤维、纤维织物、纤维毡和短切纤维中的一种或多种。
42.本实施例中，步骤（1）中，所述热塑性预浸带复合材料板中的纤维由玄武岩纤维、玻璃纤维组成。热塑性树脂为聚醚醚酮peek。
43.本实施例中，根据需求在步骤（5）与步骤（6）之间，在将产品冷却至140℃时在线向模具内注塑短纤热塑性复合材料，所述短纤热塑性复合材料含短切纤维和热塑性树脂，其中短切纤维的含量为25%。
44.本实施例中，所述模具带有注塑浇口、流道和循环冷却水路，能同时满足产品的模压和注塑要求。所述注塑浇口设在模具分模面和上模上，从而快速对产品法兰边缘、材料连接处、加强筋及其它设计部位进行有效的填充和粘接。
45.本实施例中，所述短纤热塑性复合材料中的短切纤维为芳纶；热塑性树脂为聚苯醚ppo。
46.本实施例中，所述壳体部件包括电池包壳体部件和新能源汽车内外饰壳体部件。所述电池包壳体部件包括电池盒和电池包护板，所述电池盒为封闭或不封闭的曲面结构，包括上盖和下盒体。所述新能源汽车内外饰壳体部件包括引擎盖、尾门、保险杠、尾翼、翼子板、车门板、仪表板和顶棚。
47.实施例三一种热塑性复合材料新能源汽车壳体部件的制作工艺，包括以下步骤：（1）制备热塑性预浸带复合材料板，所述热塑性预浸带复合材料板的厚度为8mm；所述热塑性预浸带复合材料板含有纤维和热塑性树脂，其中纤维含量为15%。
48.（2）根据壳体部件产品的设计壁厚要求，将一层或数层热塑性预浸带复合材料板按要求叠层并固定好，而后进行裁切加工，或将裁切加工好的一层或数层热塑性预浸带复合材料板按要求叠层并固定好。叠层并裁切后的热塑性预浸带复合材料板，其四周边缘长宽尺寸应比相应位置模具边缘尺寸小16.5mm；材料搭接处可适当削薄，避免搭接后材料厚度过大。
49.（3）将叠层并裁切加工后的热塑性预浸带复合材料板先加热至树脂软化或熔融后，转入保温输送带，最终送至成型送料操作工位。
50.（4）热塑性预浸带复合材料板到达成型送料操作工位后，迅速通过机械手或手工方式将其移送至液压机上模具中的指定位置，铺平，并在产品需要连接的部位做好材料的有效搭接。
51.（5）合模，加压，通过循环冷却水将产品冷却至40℃，从而使模具内的产品得到塑型。
52.（6）开模，产品脱模、修边、后加工，得到所需要的壳体部件产品。
53.本实施例中，步骤（1）中，所述热塑性预浸带复合材料板的制备工艺可为淋膜法（参见图1）或浸渍法（参见图2），或由纤维和热塑性树脂丝混合编织并直接应用或进一步热压而成，所述热塑性树脂丝由热塑性树脂经熔融拉丝而成；所述纤维的形态包括连续纤维、
纤维织物、纤维毡和短切纤维中的一种或多种本实施例中，步骤（1）中，所述热塑性预浸带复合材料板中的纤维由玻璃纤维与芳纶组成，热塑性树脂为聚酰胺pa66。
54.本实施例中，根据需求在步骤（5）与步骤（6）之间，在将产品冷却至95℃时在线向模具内注塑短纤热塑性复合材料，所述短纤热塑性复合材料含短切纤维和热塑性树脂，其中短切纤维的含量为15%。
55.本实施例中，所述模具带有注塑浇口、流道和循环冷却水路，能同时满足产品的模压和注塑要求。所述注塑浇口设在模具分模面和下模上，从而快速对产品法兰边缘、材料连接处、加强筋及其它设计部位进行有效的填充和粘接。
56.本实施例中，所述短纤热塑性复合材料中的短切纤维为芳纶；热塑性树脂为聚苯硫醚pps。
57.本实施例中，所述壳体部件包括电池包壳体部件和新能源汽车内外饰壳体部件。所述电池包壳体部件包括电池盒和电池包护板，所述电池盒为封闭或不封闭的曲面结构，包括上盖和下盒体。所述新能源汽车内外饰壳体部件包括引擎盖、尾门、保险杠、尾翼、翼子板、车门板、仪表板和顶棚。
58.实施例四一种热塑性复合材料电池盒的制作工艺，包括以下步骤：（1）制备热塑性预浸带复合材料板，所述热塑性预浸带复合材料板的厚度为1.5mm；所述热塑性预浸带复合材料板含有纤维和热塑性树脂，其中纤维含量为55%。
59.（2）根据壳体部件产品的设计壁厚要求，将一层或数层热塑性预浸带复合材料板按要求叠层并固定好，而后进行裁切加工，或将裁切加工好的一层或数层热塑性预浸带复合材料板按要求叠层并固定好，参见图3。叠层并裁切后的热塑性预浸带复合材料板，其四周边缘长宽尺寸应比相应位置模具边缘尺寸小10mm；材料搭接处可适当削薄，避免搭接后材料厚度过大。
60.（3）将叠层并裁切加工后的热塑性预浸带复合材料板加热至树脂软化或熔融后；或，对于其树脂本就因受热处于软化或熔融状态的叠层并裁切加工后的热塑性预浸带复合材料板则继续维持这一热状态；（4）通过机械手或手工方式迅速将其树脂处于软化或熔融状态的热塑性预浸带复合材料板移送至模具中的指定位置，铺平，并在产品立面r角处及法兰面r角处（参见图4）等需要连接的部位做好材料的有效搭接。
61.（5）合模，加压，通过循环冷却水将产品冷却至50℃，从而使模具内的产品得到塑型。
62.（6）开模，产品脱模、后加工，得到所需要的壳体部件产品，参见图4。
63.本实施例中，步骤（1）中，所述热塑性预浸带复合材料板的制备工艺可为淋膜法（参见图1）或浸渍法（参见图2），或由纤维和热塑性树脂丝混合编织并直接应用或进一步热压而成，所述热塑性树脂丝由热塑性树脂经熔融拉丝而成；所述纤维的形态包括连续纤维、纤维织物、纤维毡和短切纤维中的一种或多种；本实施例中，步骤（1）中，所述热塑性预浸带复合材料板中的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等无机纤维和芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等有机纤维中的一种或多
种，热塑性树脂包括聚丙烯pp、聚乙烯pe、聚苯乙烯ps、聚氯乙烯pvc、聚酰胺pa、聚碳酸酯pc、聚醚醚酮peek、聚苯醚ppo、聚苯硫醚pps、聚甲醛pom、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、abs（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）及其改性材料中的一种或多种。其中，纤维可优选碳纤维；热塑性树脂可优选聚丙烯pp。
64.本实施例中，根据需求在步骤（5）与步骤（6）之间，在将产品冷却至90℃时在线向模具内注塑短纤热塑性复合材料，所述短纤热塑性复合材料含短切纤维和热塑性树脂，其中短切纤维的含量为35%。
65.本实施例中，所述模具带有注塑浇口、流道和循环冷却水路，能同时满足产品的模压和注塑要求。所述注塑浇口设在模具分模面上，从而快速对产品法兰边缘、材料连接处、加强筋及其它设计部位进行有效的填充和粘接。
66.本实施例中，所述短纤热塑性复合材料中的短切纤维包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等无机纤维和芳纶、超高分子量聚乙烯等有机纤维中的一种或多种，热塑性树脂包括聚丙烯pp、聚乙烯pe、聚苯乙烯ps、聚氯乙烯pvc、聚酰胺pa、聚碳酸酯pc、聚醚醚酮peek、聚苯醚ppo、聚苯硫醚pps、聚甲醛pom、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、abs（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）及其改性材料中的一种或多种。其中，短切纤维可优选由玻璃纤维和碳纤维组成，热塑性树脂可优选聚丙烯pp。
67.本实施例中，所述电池盒为封闭或不封闭的曲面结构，包括上盖和下盒体。
68.以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的热塑性复合材料新能源汽车壳体部件的制作工艺并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。