专利名称:全承载复合材料的汽车车身及其制造方法
本发明涉及一种高强度、轻质复合材料及其制造方法，特别是用于制造全承载复合材料的汽车车身，也就是通常所说的全塑汽车车身，以及其制造方法。
汽车车身一般是用钢板压制而成的。近年来，随着复合工程材料的迅速发展，汽车上应用复合材料来制造构件的越来越多，例如，用半硬质聚氨酯泡沫塑料及聚氯乙烯制方向盘、仪表盘、门柱、顶蓬等;采用改性硬质聚氨酯塑料制成保险杠;用改性ABS塑料制造护板;用SMC层状塑料制造车门;用碳纤维玻璃钢制造弹簧板及转动轴等等，也有用复合材料来制造整体车身的，但是由于材料成本高，加工复杂，所以，到目前为止，还没有全承载复合材料的车身投放市场，其主要原因有两条1，全承载复合材料的车身其强度及耐冲击性能一般不够理想;2，其成本高于钢铁生产的汽车。鉴于上述两个原因，尽管复合材料制成的整体车身具有重量轻、耗能低等优点，但还是不能代替钢铁而进行大规模的生产。
本发明的目的就是提供一种轻质高强度的复合材料，利用这种材料，可以生产全承载车身，这种整体车身不仅强度高、重量轻、而且经久耐用，造价大大低于钢铁，为大规模生产全承载复合材料车身提供了可能。本发明同时也解决了制造这种材料的方法。
本发明的主要内容就是用至少是一层浸透了环氧树酯的玻璃纤维布及至少两层浸透了聚酯的玻璃纤维布，分别全部搭接包裹住由复合泡沫材料制成的汽车内胎模型，由此而制成全承载的复合材料车身以及其制造方法。
本发明主要是利用了材料力学的“高惯性矩”原理，并进行了预应力处理，而使车身能具有上述优点。
我们知道，JZ＝ (bh3)/12 ;其中JZ为材料的惯性矩，b为材料的宽度;h为材料的厚度(可参见图1)，由公式中可看到，增加材料的厚度，JZ则以三次方的比例提高，所以希望材料能厚一些。若采用玻璃纤维，即俗称的玻璃钢中间夹泡沫塑料，显然能提高材料的惯性矩，同时，抗弯刚度D也可以大幅度提高，这从公式D＝E玻(b(H3-h3))/12 +E泡(b(H3-h3))/12中也可看出，其中E为材料的弹性模量;H为材料总厚度;h为泡沫夹层厚度。由于高惯性矩的作用，使带泡沫塑料夹层的玻璃纤维布具有很高的强度，但是这还没有充分发挥它的特点，因为玻璃钢的最佳特点是抗拉应力最好，(σ拉＝2500公斤/(厘米)2)，而且浸透环氧树酯或聚酯的玻璃钢在其固化过程中，会产生千分之八的收缩，巧妙地利用玻璃钢的这两大特点，就使它产生了预应张力，从而获得更高刚度的材料，同时使降低成本、延长使用寿命成为可能。
下面，参考附图对发明进行更详细的说明图1是复合材料的局部断面剖视示意图;
图2是用方法2制造的复合材料的局部断面剖视示意图;
图3是用复合材料制造的全承载汽车车身的剖视示意图;
图4是图3的A向剖视图。
所使用的玻璃纤维布，如图1中的2，3，4，一般是中性、脱蜡的，其厚度不易太厚，一般来讲，厚度在0.1至0.5毫米之间，最好是0.25毫米。
所使用的复合泡沫材料如图1和图2中的1(即加工成内胎模型的材料)不仅要重量轻，而且要易于加工，材料要有弹性，价格要低，一般可以选用聚苯乙烯泡沫板或者是硬质聚氨酯泡沫。其容重可以是大约25公斤/立方米。
复合泡沫材料的厚度可根据应用部位不同而变化，一般来讲，其厚度在10至500毫米之内，多数情况为大约50毫米厚就可以了。
全承载复合材料本身的制造方法如下首先，将复合泡沫材料按需要的形状加工成内胎模型(参见图3和图4)。在小批量生产中，可用加工木模型的方法，将泡沫板做成所需形状的各个部件，然后再用粘合剂将各板材拼粘成所需要的整体形状。在大批量生产中，可用注塑法，一次成型为所需要的形状。
然后就要用玻璃纤维布分层次地、全部地包裹这一内胎模型。
玻璃纤维布要剪裁合适，与相应的内胎模型相匹配。然后在环氧树酯溶液中浸透。其中环氧树酯要稀释，同时要在该溶液中加上固化剂，若采用乙二氨固化剂，则乙二氨与环氧树酯的比例应为大约1∶10，比较合适。
将浸透了环氧树酯的玻璃纤维布(如图1中的2)复盖在内胎模型上，用宽度为6厘米以上的硬毛刷将玻璃纤维布刷平。这是第一层玻璃纤维，必需全部、均匀地包裹住内胎模型，其中特别要注意玻璃布的搭接部分，为保证强度，其搭接部分的宽度不能少于50毫米。大约3小时以后，用橡胶滚筒均匀地滚压半固化的玻璃纤维布，使其表面平坦。这种浸透环氧树酯的玻璃纤维布至少要复盖一层。若复盖二层，则在第一层复盖后大约36小时，玻璃钢固化后，再复盖第二层。
再将浸透了聚酯、剪裁合适的玻璃纤维布(如图1中的3)按上述方法互相搭接而全部、均匀地复盖在第一层(或几层)玻璃纤维布上，其搭接宽度也不能小于50毫米。浸透聚酯的玻璃纤维布要至少复盖两层，如图1中的4即为第二层。在最后一层复盖后，大约再过48小时，聚酯树酯玻璃钢就固化了，然后在其表层抛光处理，再喷漆、上光。
上面是制造复合材料的第一种方法。第二种方法与第一种类似，其主要不同点在于首先将调制好的环氧树酯如图2中的5均匀地喷或刷在泡沫内胎模型(1)上，(其中环氧树酯内也要配上固化剂)。大约20分钟后，当环氧树酯还有相当的粘性时，将第一层玻璃纤维布(6)两端拉平，平稳地铺复在泡沫内胎模型(1)上，用干刷子刷平，并迅速地全部将模型用玻璃纤维布包住。其中每块布之间也要交错搭盖至少50毫米，然后在第一层玻璃纤维布(6)上再喷或刷上环氧树酯溶液如图2所示的7，使该溶液浸透玻璃纤维布层(6)，大约20分钟后，用上述方法再铺复第二层玻璃纤维布(8)。在喷刷环氧树酯(如图2所示的9)后再复盖玻璃纤维布的方法。其玻璃纤维布至少要二层。待所需要的层次铺复完后，需要大约36小时的固化，然后再将聚酯如图2所示的10喷或刷在上述玻璃钢上，大约20分钟后，铺复上玻璃纤维布层(11)，其方法和要点与喷刷环氧树酯的类似，但至少要铺二层玻璃纤维布，也就是在聚酯层(12)上面，还要铺复一层玻璃纤维布(13)，然后再喷刷一层聚酯(14)，待各层都铺复、包裹完毕后，要经过大约48小时的固化，然后再抛光、上漆、上光。
在上述操作中，玻璃纤维布之间的搭接宽度都在50毫米以上，且操作的环境温度要高于25℃，空气湿度要低于70%。
通过实验证明，用这种材料制造的全承载复合材料的汽车车身，具有强度高、重量轻、寿命长和造价低的优点。
而且用这种材料及方法使制造全承载的车身成为可能，实验表明，这种车身整体结构好，重量轻，是一般钢铁结构本身重的三分之一，所以，汽车的耗油量可减少，强度高，在发生碰撞时，一般金属汽车外壳将会产生永久性变形，但“全塑”汽车仅发生一些漆皮破损和局部的碰痕，造价低，从上述材料及其制造方法中可看到，所选用的基本原料价格都较低，制造方法简便，无需广阔的场地和复杂的设备，一般小厂均有能力承担，这种车身隔音、隔热好，无腐蚀，修补容易，具有较高的实用价值。
在不违背本发明精神的前提下，也可用这种复合材料来制造各类船、游艇、家具、货箱等等，用途比较广。
权利要求
1.一种高强度轻质复合材料，其特征在于这种材料是由至少一层浸透环氧树酯的玻璃纤维布以及至少是两层浸透了聚酯的玻璃纤维布，依次全部搭接包裹复合泡沫材料制成的内胎模型而构成的。
2.由权利要求
1所述的复合材料，其特征在于制造泡沫内胎模型的复合材料为聚苯乙烯。
3.由权利要求
1所述的复合材料，其特征在于制造泡沫内胎模型的复合材料为硬质聚氨酯。
4.由权利要求
1至3中任意一个所述的复合材料，其特征在于做为内胎模型的泡沫复合材料其容重为大约25公斤/立方米。
5.由权利要求
1至4中任意一个所述的复合材料，其特征在于做为内胎模型的泡沫复合材料其厚度为10至500毫米。
6.按照权利要求
5所述的复合材料，其特征在于做为内胎模型的泡沫复合材料其厚度为大约50毫米。
7.按照权利要求
1至6项中任意一项所述的复合材料，其特征在于每层玻璃纤维布的厚度为0.1至4毫米。
8.按照权利要求
7所述的复合材料，其特征在于每层玻璃纤维布的厚度为0.25毫米。
9.按照权利要求
1至8中任意一项所述的复合材料，其特征在于玻璃纤维布是中性、脱蜡的。
10.按照权利要求
1至9中任意一项所述的复合材料，其特征在于全部包裹内胎模型的玻璃纤维布是5层左右。
11.按照权利要求
1至9中任意一项所述的复合材料，其特征在于浸透了环氧树酯的玻璃纤维布是两层;浸透了聚酯的玻璃纤维布是四层。
12.一种制造高强度轻质复合材料的方法，其特征在于用泡沫复合材料按需要形状做成内胎模型，再将至少一层浸透了环氧树酯的玻璃纤维布全部搭接包裹住模型内胎，待固化后，再将至少两层浸透了聚酯的玻璃纤维布依次全部搭接包裹住该模型，待固化后再进行表面处理。
13.按照权利要求
12所述的方法，其特征在于每层玻璃纤维布之间的搭接宽度不能少于50毫米。
14.按照权利要求
12所述的方法，其特征在于环氧树酯经稀释后，还要加入一定量的固化剂。
15.一种制造高强度轻质复合材料的方法，其特征在于首先用泡沫复合材料按需要的形状做成内胎模型，然后将环氧树酯均匀地喷刷在内胎模型表面，大约20分钟后，将一层玻璃纤维布平展地全部搭接包裹在模型表面，再喷刷一层环氧树酯，使该层玻璃纤维全部浸透，然后再铺裹上第二层玻璃纤维布，按上述方法做一次以上后，待环氧树酯玻璃钢固化，再在其表面喷刷聚酯，大约20分钟后，将玻璃纤维布平展地全部搭接包裹模型，再喷刷聚酯，使玻璃纤维布全部浸透，如此重复一次以上。最后待表面固化后，进行表面处理。
16.按照权利要求
15所述的方法，其特征在于每层玻璃纤维布之间的搭接宽度不能少于50毫米。
17.按照权利要求
15所述的方法，其特征在于环氧树酯经稀释后，还要加入一定量的固化剂。
18.按照权利要求
12或15所述的方法，其特征在于聚酯内要加入一定量的催化剂。
专利摘要
一种轻质高强度的复合材料，该材料特别适用于制造全承载的汽车本身。将泡沫复合材料按需要的形状做成内胎模型，再先后用至少一层浸透了环氧树脂的玻璃纤维布，以及至少两层浸透了聚酯的玻璃纤维布全部搭接包裹住内胎模型，待固化后再进行表面处理，由此而制成所需要的材料。
文档编号B32B5/28GK85101504SQ85101504
公开日1986年8月6日 申请日期1985年4月1日
发明者唐锦生 申请人:唐锦生导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan