本公開涉及汽車
技術領域：
，具體地，涉及一種車用碳纖維復合加強板的制備方法和復合加強板。
背景技術：
：碳纖維自問世以來，就以其優異的性能獲得了業界的青睞。碳纖維比強度高、比模量高，且質輕、耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數小、摩擦系數低、耐高低溫，但其脆性高，軸向受力大，而徑向受力較差，彎曲易折斷。目前，碳纖維已被廣泛的應用于建筑、橋梁、醫療器械、汽車、船部件、電腦、手機、箱包、體育用品等行業。在汽車行業，碳纖維的應用范圍不斷加大，應用技術也不斷成熟，碳纖維被用于汽車的各個部分，包括結構件及外覆件。寶馬公司推出了碳纖維材料車身，并在車身結構強度要求最高的地方應用了碳纖維-鋼復合結構，在輕量化的同時，最大限度的結合了二者的優點。而目前碳纖維價格較高，一定程度上限制了其應用的范圍。玻璃纖維是一種性能優異的無機非金屬材料，玻璃纖維增強復合材料是纖維復合材料中研究的最早和最多的品種，玻璃纖維也具有較高的拉伸強度，并具有不燃、耐高溫、電絕緣、化學穩定性好等優良性能。玻璃纖維價格較低，已經大量應用于各行業。但玻璃纖維的模量較低，在一些情況下難以滿足實際使用的要求。技術實現要素：本公開的目的是提供一種車用碳纖維復合加強板的制備方法和復合加強板，采用本公開制備方法所制備的復合加強板高強高模，而且耐沖擊性能好。為了實現上述目的，本公開提供一種車用碳纖維復合加強板的制備方法，所述制備方法包括：將碳纖維編織層和玻璃纖維編織層進行疊加鋪設，得到內層纖維板；將包括氧化石墨烯和第一樹脂的混合樹脂覆蓋在所述碳纖維編織層和玻璃纖維編織層表面，并進行第一模壓成型，得到內層復合板；將由芳綸纖維和聚乙烯纖維二維混編而成的混合編織層覆蓋在所述內層復合板的外側，然后將第二樹脂和發泡劑覆蓋在所述混合編織層與所述內層復合板表面，并進行第二模壓成型，得到復合加強板。本公開還提供一種車用碳纖維復合加強板，所述復合加強板包括內層復合板以及覆蓋在所述內層復合板外側的混合編織層，所述內層復合板與混合編織層上模壓成型有第二樹脂，所述第二樹脂中形成有微孔；所述內層復合板包括碳纖維編織層、玻璃纖維編織層以及模壓成型在所述碳纖維編織層和玻璃纖維編織層上的混合樹脂，所述混合樹脂包括氧化石墨烯和第一樹脂；所述混合編織層由芳綸纖維和聚乙烯纖維二維混編而成。采用本公開制備方法所制備的復合加強板，既含有玻璃纖維，還含有碳纖維以及芳綸纖維和聚乙烯纖維，具有高強高模的特點和耐磨損耐腐蝕的優點。混合樹脂含有氧化石墨烯，能夠增加第一樹脂與碳纖維的結合力，增加復合加強板結合強度。另外，第二樹脂中含有微孔，能夠增加復合加強板的耐沖擊性能以及保溫性能。本公開的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。附圖說明附圖是用來提供對本公開的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本公開，但并不構成對本公開的限制。在附圖中：圖1是本公開復合加強板一種具體實施方式的結構示意圖。附圖標記說明1內層復合板2混合編織層3第二樹脂4微孔5玻璃纖維編織層6碳纖維編織層7混合樹脂具體實施方式以下結合附圖對本公開的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本公開，并不用于限制本公開。本公開提供一種車用碳纖維復合加強板的制備方法，所述制備方法包括：將碳纖維編織層和玻璃纖維編織層進行疊加鋪設，得到內層纖維板；將包括氧化石墨烯和第一樹脂的混合樹脂覆蓋在所述碳纖維編織層和玻璃纖維編織層表面，并進行第一模壓成型，得到內層復合板；將由芳綸纖維和聚乙烯纖維二維混編而成的混合編織層覆蓋在所述內層復合板的外側，然后將第二樹脂和發泡劑覆蓋在所述混合編織層與所述內層復合板表面，并進行第二模壓成型，得到復合加強板。根據本公開，第二樹脂與發泡劑一起進行模壓成型，所得復合加強板的第二樹脂中含有微孔，不僅能夠降低復合加強板密度，還可以進一步提高復合加強板的抗沖擊性能以及保溫性能。所述復合加強板中微孔體積優選占所述第二樹脂體積的比例為10-20％，所述微孔的孔徑為0.1-10微米。發泡劑是本領域技術人員所熟知的，例如可以是無機發泡劑、有機發泡劑和超臨界流體發泡劑等，本公開不再贅述，發泡劑的使用量以能夠形成足夠的微孔體積為準。根據本公開，纖維是指由連續或不連續的細絲組成的材料，碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和聚乙烯纖維均屬于纖維。碳纖維編織層和玻璃纖維編織層是指采用碳纖維和玻璃纖維以二維機織成型的織物層，其尺寸大小本申請并沒有具體限制，例如所述碳纖維編織層和玻璃纖維編織層的厚度可以各自獨立地為0.1-0.4毫米。碳纖維的拉伸彈性模量較高，但其延伸率較低，抗沖擊性能和斷裂韌性較差，將碳纖維與玻璃纖維混雜使用可使二者的優勢互補，得到綜合性能優異的復合材料。同時考慮到碳纖維高昂的價格，使用玻璃纖維與之共混，使復合加強板既兼具碳纖維與玻璃纖維的優點，高強高模，熱穩定性好，膨脹系數低，輕量化，還可以大幅降低碳纖維復合材料的原料成本。根據本公開，混合編織層由芳綸纖維和聚乙烯纖維采用機織二維混編而成，其尺寸大小本申請并沒有具體限制，例如混合編織層的厚度可以為0.1-0.4毫米。復合加強板外層由芳綸纖維和聚乙烯纖維混編而成的混合編織層覆蓋，具有極佳的抗動載及局部抗沖擊性能，很好的耐腐蝕、耐磨損、抗老化及抗紫外線性能，很好的高低溫抗性及較高的斷裂伸長，在保證了高模高強的各向同性的同時，有效彌補碳纖維脆性特點，大大提高了復合加強板的抗沖擊性能。根據需要，復合加強板的厚度可以設計為1-30毫米，考慮到樹脂對復合加強板的厚度增加不大，所述內層纖維板中碳纖維編織層和玻璃纖維編織層的總層數可以為2-200層，所述復合加強板中混合編織層的總層數可以為2-6層。根據本公開，為了增加復合加強板的彎曲模量，一種碳纖維編織層和玻璃纖維編織層的具體疊加鋪設方式，所述碳纖維編織層至少為兩層，所述內層纖維板中所述玻璃纖維編織層位于所述碳纖維編織層中間。根據本公開，為了加強碳纖維與第一樹脂的結合力，所述制備方法還可以包括：將所述碳纖維編織層進行表面粗糙處理后再進行所述疊加鋪設；其中，所述表面粗糙處理為選自酸處理、堿處理和等離子體處理中的至少一種。根據本公開，所述混合樹脂的制備步驟可以包括：將氧化石墨烯和第一樹脂混合后進行熱處理；其中，所述熱處理的溫度為70-120℃，時間為20-60分鐘。氧化石墨烯，為氧化法制備石墨烯的中間產物，表面具有許多羥基、環氧基、羰基、羧基等含氧基團，可以與樹脂進行反應，對樹脂進行功能化改性，而氧化石墨烯的碳基部分可以與碳纖維進行結合，降低碳纖維與樹脂的極性差異，并提高樹脂的強度、熱分解、熱變形溫度及耐磨性能；同時石墨烯具有高強，耐磨，自潤滑等特點，可以增強復合材料的層間剪切力，提高碳纖維復合加強板的層間結合強度，并增加復合加強板的耐磨性。總而言之，氧化石墨烯能夠作為相容劑，增強第一樹脂與碳纖維之間相容性，大幅提高復合加強板各種力學性能指標。根據本公開，樹脂是本領域技術人員所熟知的，例如可以為環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯酯樹脂、不飽和聚酯樹脂、雙馬來酰胺樹脂、雙馬來酰胺三嗪樹脂、氰酸酯樹脂、苯并噁嗪樹脂、丙烯酸系樹脂和聚氨酯樹脂等，所述第一樹脂和第二樹脂各自獨立地優選為環氧樹脂和/或聚氨酯樹脂。模壓成型是本領域技術人員所熟知的，本公開的具體操作步驟可以包括如下步驟：將疊加鋪設后的碳纖維編織層和玻璃纖維編織層放入模具型腔中，然后加入混合樹脂后進行第一模壓成型，得到內層復合板；將內層復合板進行冷卻降溫后放入另一個模具型腔中，并在內層復合板的上下放置混合編織層以及第二樹脂和發泡劑進行第二模壓成型，得到復合加強板。所述第一模壓成型的條件可以包括：溫度為150-230℃，壓力為10-60兆帕，時間為5-10分鐘；所述第二模壓成型的條件可以包括：溫度為120-160℃，壓力為10-60兆帕，時間為5-10分鐘。根據不同的需要，復合加強板的原材料組成可以不同，例如，所述玻璃纖維體積可以占纖維總體積的24-50體積％，所述碳纖維體積可以占纖維總體積的45-75體積％，所述混合編織層體積可以占纖維總體積的1-20體積％，所述混合編織層中芳綸纖維與聚乙烯纖維的體積比可以為1：(0.25-4)；所述纖維總體積可以占所述復合加強板體積的40-70體積％，所述混合樹脂和第二樹脂總體積可以占所述復合加強板體積的30-60體積％，所述第二樹脂與所述混合樹脂的體積比為1：(1-200)，所述氧化石墨烯重量可以為所述混合樹脂重量的0.1-5.0重量％。如圖1所示，本公開還提供一種車用碳纖維復合加強板，所述復合加強板包括內層復合板1以及覆蓋在所述內層復合板1外側的混合編織層2，所述內層復合板1與混合編織層2上模壓成型有第二樹脂3，所述第二樹脂3中形成有微孔4；所述內層復合板1包括碳纖維編織層6、玻璃纖維編織層5以及模壓成型在所述碳纖維編織層6和玻璃纖維編織層5上的混合樹脂7，所述混合樹脂7包括氧化石墨烯和第一樹脂；所述混合編織層2由芳綸纖維和聚乙烯纖維二維混編而成。本公開所提供的復合加強板具有高強高模、耐沖擊性能好，輕量化、耐磨、自潤滑和低成本等特點。根據本公開，第二樹脂可以與發泡劑一起進行模壓成型，復合加強板的第二樹脂中含有微孔，不僅能夠降低復合加強板密度，還可以進一步提高了復合加強板的抗沖擊性能以及保溫性能。所述復合加強板中所述微孔4的體積占所述第二樹脂3的體積的比例可以為10-20％，所述微孔4的孔徑可以為0.1-10微米。根據本公開，纖維是指由連續或不連續的細絲組成的材料，碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和聚乙烯纖維均屬于纖維。碳纖維編織層和玻璃纖維編織層是指采用碳纖維和玻璃纖維采用機織布的方式二維編織成型的織布層，其尺寸大小本申請并沒有具體限制，例如所述碳纖維編織層6和玻璃纖維編織層5的厚度可以各自獨立地為0.1-0.4毫米。碳纖維的拉伸彈性模量較高，但其延伸率較低，抗沖擊性能和斷裂韌性較差，將碳纖維與玻璃纖維混雜使用可使二者的優勢互補，得到綜合性能優異的復合材料。同時考慮到碳纖維高昂的價格，使用玻璃纖維與之共混，使復合加強板既兼具碳纖維與玻璃纖維的優點，高強高模，熱穩定性好，膨脹系數低，輕量化，還可以大幅降低碳纖維復合材料的原料成本。根據本公開，混合編織層由芳綸纖維和聚乙烯纖維采用機織布二維混編而成，其尺寸大小本申請并沒有具體限制，例如混合編織層2的厚度可以為0.1-0.4毫米。復合加強板外層由芳綸纖維和聚乙烯纖維混編而成的混合編織層覆蓋，具有極佳的抗動載及局部抗沖擊性能，很好的耐腐蝕、耐磨損、抗老化及抗紫外線性能，很好的高低溫抗性及較高的斷裂伸長；在保證了高模高強的各向同性的同時，有效彌補碳纖維脆性特點，大大提高了碳纖維復合材料的抗沖擊性能。根據需要，復合加強板的厚度可以設計為1-20毫米，考慮到樹脂對復合加強板的厚度增加不大，所述內層纖維板1中碳纖維編織層6和玻璃纖維編織層5的總層數可以為2-200層，所述復合加強板中混合編織層2的總層數可以為2-6層。根據本公開，為了增加復合加強板的彎曲模量，一種具體實施方式，所述碳纖維編織層6至少為兩層，所述內層纖維板1中所述玻璃纖維編織層5位于所述碳纖維編織層6中間。根據本公開，為了加強碳纖維與第一樹脂的結合力，所述碳纖維編織層6可以經過表面粗糙處理；其中，所述表面粗糙處理可以為選自酸處理、堿處理和等離子體處理中的至少一種。根據本公開，樹脂是本領域技術人員所熟知的，例如可以為環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯酯樹脂、不飽和聚酯樹脂、雙馬來酰胺樹脂、雙馬來酰胺三嗪樹脂、氰酸酯樹脂、苯并噁嗪樹脂、丙烯酸系樹脂和聚氨酯樹脂等，所述第一樹脂和第二樹脂各自獨立地優選為環氧樹脂和/或聚氨酯樹脂。根據不同的需要，復合加強板的原材料組成可以不同，例如，所述玻璃纖維編織層5體積占纖維總體積的24-50體積％，所述碳纖維編織層6體積占纖維總體積的45-75體積％，所述混合編織層2體積占纖維總體積的1-20體積％，所述混合編織層2中芳綸纖維與聚乙烯纖維的體積比為1：(0.25-4)；所述纖維總體積占所述復合加強板體積的40-70體積％，所述混合樹脂7和第二樹脂3總體積占所述復合加強板體積的30-60體積％，所述第二樹脂與所述混合樹脂的體積比為1：(1-200)，所述氧化石墨烯重量為所述混合樹脂7重量的0.1-5.0重量％。下面將通過實施例來進一步說明本公開，但是本公開并不因此而受到任何限制。本公開的復合加強板的拉伸強度和拉伸模量采用國家標準GB/T1447-2005進行測定。本公開的復合加強板的抗沖擊性能測試采用國家標準GB/T1451-2005進行測定。本公開的復合加強板的密度采用國家標準GB/T1463-2005進行測定。本公開的復合加強板的耐磨損采用國家標準GB/T3960-1983進行測定。本公開的復合加強板的微孔體積比例采用國家標準GB/T10799-2008進行測定。實施例1將氧化石墨烯(常州第六元素材料科技股份有限公司，3-10層氧化石墨烯)與環氧樹脂顆粒(亨斯邁公司)混合均勻后在100℃下進行熱處理40分鐘，得到混合樹脂。將碳纖維(日本東麗公司T700碳纖維)和玻璃纖維(浙江巨石集團有限公司)分別采用機織布編織成1000毫米×1000毫米×0.3毫米的碳纖維編織層和碳纖維編織層，然后剪切為200毫米×200毫米×0.3毫米的碳纖維編織層和碳纖維編織層。將芳綸纖維(煙臺泰和新材料股份有限公司)和聚乙烯纖維(北京同益中特種纖維技術開發有限公司)采用機織布混編成1000毫米×1000毫米×0.3毫米的混合編織層，然后剪切為200毫米×200毫米×0.3毫米的混合編織層。將剪切后的一層玻璃纖維編織層和兩層碳纖維編織層進行疊加鋪設，玻璃纖維編織層放置在兩層碳纖維層中間，得到內層纖維板。將內層纖維板放入模具型腔中，然后加入混合樹脂后進行在180℃、50兆帕下進行第一模壓成型6分鐘，得到內層復合板。將內層復合板進行冷卻降溫后放入另一個模具型腔中，并在內層復合板的上下放置剪切后的混合編織層以及環氧樹脂顆粒(亨斯曼公司)和發泡劑(杭州海虹精細化工有限公司AC發泡劑)在140℃、30兆帕下進行第二模壓成型6分鐘，冷卻后得到復合加強板，復合加強板的具體組成見表1和具體性質見表2。實施例2實施例2的制備步驟與實施例1基本相同，不同之處在于氧化石墨烯與環氧樹脂顆粒并未經熱處理，直接加入模具中進行模壓成型，所得復合加強板的具體組成見表1和具體性質見表2。實施例3實施例3的制備步驟與實施例1基本相同，不同之處在于將碳纖維編織層在35重％的硝酸溶液中進行酸處理20分鐘，然后加入模具中進行模壓成型，所得復合加強板的具體組成見表1和具體性質見表2。實施例4實施例4的制備步驟與實施例1基本相同，不同之處在于調節發泡劑的加入量，以控制復合加強板中微孔體積，并且所用樹脂均為聚氨酯樹脂(亨斯曼公司)，所得復合加強板的具體組成見表1和具體性質見表2。實施例5實施例5的制備步驟與實施例1基本相同，不同之處在于將一層碳纖維編織層放內層纖維板中間，另一層碳纖維編織層以及玻璃纖維編織層放在內層纖維板的兩側，所得復合加強板的具體組成見表1和具體性質見表2。對比例1對比例1的制備步驟與實施例4基本相同，不同之處在于不加入發泡劑，所用樹脂也均為聚氨酯樹脂(亨斯曼公司)，所得復合加強板的具體組成見表1和具體性質見表2。由表2可知，采用本發明方法制備的復合加強板高強高模，彎曲強度高，耐沖擊能力強，而且密度小。表1表2實施例實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5對比例1拉伸強度/MPa133414451485152113281514拉伸模量/GPa108.2101.3110.7114.5105.9112.5彎曲強度/MPa9321012103910749381063彎曲模量/GPa98.6104.7109.4106.564.3105.3沖擊強度/kJ/m2165.7172.1161.6169.8146.2163.1密度/g/cm31.8071.8311.8761.8031.8051.814滑動磨損量/mg32.131.733.532.833.234.6微孔體積比例/％13.214.814.719.513.40當前第1頁1 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