本發明屬于汽車零件技術領域，尤其涉及一種多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒及其制造方法。

背景技術：

汽車輕量化作為汽車現在以及未來發展的一個重要方向，越來越受到設計者們的關注，其中汽車輕量化的一個重要途徑則是采用輕質材料。碳纖維復合材料具有優異的力學性能、低密度等特點，逐漸取代鋼材被廣泛應用于汽車產業。在汽車電池盒應用方面，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，利用碳纖維層合結構復合材料代替鋼制材料，在滿足剛度、強度要求的同時，降低了電池盒的質量。但由于碳纖維較為昂貴，若電池盒全部用碳纖維復合材料制備，成本將大大提高，同時層合結構纖維鋪層過程較繁瑣，制備時間較長，生產效率較低。

技術實現要素：

為解決現有技術存在層合結構纖維鋪層過程繁瑣的缺陷，本發明提供一種多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒及其制造方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：一種多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒，其材質為，以碳纖維和玻璃纖維經多軸向經編工藝制備成的多軸向混雜經編織物為增強材料，以環氧樹脂為基材的復合材料；

所述多軸向混雜經編織物包括依次排列的八層平行的紗線鋪層，所述鋪層的鋪層角度為0°、45°、90°和-45°，每個鋪層角度具有兩個鋪層，其中0°和90°鋪層為碳纖維材料，其中45°和-45°為玻璃纖維材料。其中0°和90°鋪層為主要受力方向，45°和-45°鋪層為非受力方向。

作為優選，所述的碳纖維為T300-3k，拉伸模量為230Gpa，拉伸強度3.53Gpa，所述玻璃纖維為E玻璃纖維，拉伸模量74GPa，拉伸強度3.5Gpa，所述的環氧樹脂為NPEL-128環氧樹脂。

進一步地，所述的增強材料與基材體積比為1：1。

上述的多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒的制造方法，包括如下步驟：

(1)模具預處理：在模具表面用脫模劑擦拭，便于脫模；

(2)織物鋪放：將多軸向混雜經編織物按照鋪層角度平整的鋪放在模腔內，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：將環氧樹脂和固化劑混合均勻，然后從模具進膠口注入，充分浸潤多軸向混雜經編織物；

(5)固化：將模具置于加熱爐進行溫控固化；

(6)脫模：分離上下模，將電池盒從模具中脫離出來并檢查產品有無缺陷；

(7)后處理：用潔模劑清理模具和注膠設備。

具體地，步驟(1)在模具表面用脫模劑擦拭3遍以上，每次間隔15-20min，且按照一個方向擦拭。

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

進一步地，步驟(4)中從模具進膠口注入環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，停止注膠。

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

作為優選，步驟(7)所述的潔模劑為丙酮。

有益效果：1、本發明提供的多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒，采用8層碳纖/玻纖混雜的多軸向經編織物作為纖維增強材料，環氧樹脂作為基體，所制備的電池盒較于傳統鋼制或者高密度塑料電池盒，質量減輕30％。

2、本發明提供的多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒，增強材料采用碳纖維和玻璃纖維兩種材料，較于純碳纖維電池盒，成本可降低40％。

3、本發明提供的多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒，采用多軸向經編織工藝，編織過程可實現機械化整體成型，較于普通層合結構較繁瑣的逐層鋪放工藝，生產效率更高；多軸向經編織物比層合板擁有更穩定的結構性能，較于普通層合結構電池盒，在保證沿纖維增強方向優異力學性能的同時，不容易出現分層現象，層間性能更好。

4、本發明提供的多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒，可根據不同車型電池盒的結構要求，對兩種增強纖維的鋪設位置、鋪設順序、鋪設角度和鋪設厚度進行任意調整，可設計性強。

附圖說明

圖1為電池盒立體結構示意圖；

圖2為電池盒反面結構示意圖；圖1和圖2中1.1為底板，2.1為縱向加強筋，2.2為橫向加強筋。

圖3為多軸向混雜經編織物結構示意圖；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為襯經紗。

圖4為實施例1多軸向混雜經編織物的鋪層結構示意圖；圖4中4.1為碳纖維0°方向鋪層，4.2為玻璃纖維45°方向鋪層，4.3為玻璃纖維-45°方向鋪層，4.4為碳纖維90°方向鋪層，4.5為碳纖維90°方向鋪層，4.6為玻璃纖維-45°方向鋪層，4.7為玻璃纖維45°方向鋪層，4.8為碳纖維0°方向鋪層，4.9是捆綁紗。

圖5為實施例2多軸向混雜經編織物的鋪層結構示意圖；圖5中5.1碳纖維0°鋪層，5.2碳纖維90°方向鋪層，5.3玻璃纖維-45°方向鋪層，5.4玻璃纖維45°方向鋪層，5.5玻璃纖維45°方向鋪層，5.6玻璃纖維-45°方向鋪層，5.7碳纖維90°方向鋪層，5.8碳纖維0°方向鋪層，5.9為捆綁紗線。

圖6為實施例3層合結構織物結構示意圖；圖6中6.1碳纖維0°方向鋪層，6.2碳纖維90°方向鋪層，6.3碳纖維-45°方向鋪層，6.4碳纖維45°方向鋪層，6.5碳纖維45°方向鋪層，6.6碳纖維-45°方向鋪層，6.7碳纖維90°方向鋪層，6.8碳纖維0°方向鋪層。

圖7為RTM系統結構示意圖；圖7中7.1為空壓機，7.2為注塑機，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編織物，7.5為樹脂接收桶。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合實例作進一步的詳細描述。

實施例1

第一方面，本實例提供了一種多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒，結構如圖1、圖2所示包括底板1.1、設置在底板1.1底部的縱向加強筋2.1和橫向加強筋2.2。利用多軸向經編工藝，將碳纖維和玻璃纖維作為增強材料，制備成多軸向混雜經編織物，通過RTM成型工藝將環氧樹脂注入模具，浸潤織物并固化成型為復合材料汽車電池盒。

本發明實例提供的復合材料汽車電池盒，混雜增強材料采用多軸向經編結構，結構形式如圖3所示。多軸向混雜經編結構中包含3.1，90°襯緯紗，3.2，45°襯緯紗，3.3，-45°襯緯紗，3.4，捆綁紗，3.5，0°襯經紗。

相較于普通的單一纖維增強層合板而言，多軸向混雜經編織物結構更加穩定、力學性能更優異、可設計性更強。具體性能如下：

(1)多軸向混雜經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揮；

(2)多軸向混雜經編織物引入了捆綁紗線，相較于層合結構，其層間性能更優，結構整體性能更好；

(3)多軸向混雜經編織物在碳纖維中混雜了玻璃纖維，相較于單一纖維織物，產生的混雜效應使其斷裂韌性、抗沖擊性能、彎曲疲勞性能等大幅提高。

具體地，所述鋪層選擇標準鋪層角度，鋪層材料及順序為[0_C,45_G,-45_G,90_C]_S其中C表示碳纖維，G表示玻璃纖維(下同)，具體結構如圖4所示：自上而下分別為為第一層碳纖維0°方向鋪層4.1，第二層玻璃纖維45°方向鋪層4.2，第三層玻璃纖維-45°方向鋪層4.3，第四層碳纖維90°方向鋪層4.4，第五層碳纖維90°方向鋪層4.5，第六層玻璃纖維-45°方向鋪層4.6，第七層玻璃纖維45°方向鋪層4.7，第八層碳纖維0°方向鋪層4.8，4.9為捆綁紗線。

本實例的第二方面，提供了一種多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒制造方法，過程原理如圖7所示，包括以下幾個步驟：

步驟(1)準備工作

1.1)多軸向混雜經編織物；利用多軸向經編工藝，將碳纖維和玻璃纖維兩種增強材料按照設計角度、鋪層順序織成所需要的多軸向混雜經編織物。

1.2)模具的準備；仔細檢查模具有無破損，內部是否含有雜物

1.3)RTM成型設備；檢查RTM注膠設備7.2，準備固化劑、脫模劑、空壓機7.1等相關配件。

步驟(2)模具前處理

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

步驟(3)織物鋪放

將按設計要求編織的多軸向混雜經編織物7.4，平整的鋪放在模腔內，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進行密封緊固。

步驟(5)樹脂注射

5.1)將環氧樹脂與固化劑按照1：0.05的比例調配，實驗環境溫度25℃，保證樹脂在注膠過程中有良好的流動性和浸潤性。

5.2)將環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)設置空壓機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，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行溫控固化，固化溫度控制在40℃，固化時間為2小時。

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，并檢查產品有無缺陷。

步驟(8)后處理

用丙酮清洗模具和RTM注膠設備。

實施例2

本實例提供的汽車電池盒的形狀、材質以及制備方法基本與實施例1相同，區別在于多軸向混雜經編織物的鋪層，鋪層角度與材料為[0_C,90_C,-45_G,45_G]_S，具體如圖5所示：第一層碳纖維0°鋪層5.1，第二層碳纖維90°方向鋪層5.2，第三層玻璃纖維-45°方向鋪層5.3，第四層玻璃纖維45°方向鋪層5.4，第五層玻璃纖維45°方向鋪層5.5，第六層玻璃纖維-45°方向鋪層5.6，第七層碳纖維90°方向鋪層5.7，第八層碳纖維0°方向鋪層5.8，5.9為捆綁紗線。

實施例3

本實例用作對比，提供的汽車電池盒的形狀、制備方法基本與實施例1相同，區別在于選用純碳纖維層合結構織物，碳纖維層數為8層,按指定角度手動一層一層的鋪上去，鋪層角度為[0_C,90_C,-45_C,45_C]_S，具體如圖6所示：第一層碳纖維0°方向鋪層6.1，第二層碳纖維90°方向鋪層6.2，第三層碳纖維-45°方向鋪層6.3，第四層碳纖維45°方向鋪層6.4，第五層碳纖維45°方向鋪層6.5，第六層碳纖維-45°方向鋪層6.6，第七層碳纖維90°方向鋪層6.7，第八層碳纖維0°方向鋪層6.8。

分別對實施例1、實施例2和實施例3和純金屬提供的電池盒的重量以及剛度進行了測試。在各個實例提供的電池盒的重心處施加電池質量128kg，測量電池盒z向位移。

測試結果如表1所示：

表1各實例測試結果

通過表1對比發現，本發明實施例所提供的多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒的兩個實施例具有較高的剛度，能保證汽車在正常行駛時電池的安全性。與金屬電池盒相比，多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒因為纖維復合材料的低密度，總質量下降了30％。與純碳纖維層合復合材料電池盒相比，摻入了較低價格的玻纖，成本下降了40％；并且采用的多軸向經編工藝，鋪層簡單，便于實現機械化，生產效率更高。綜上本發明提出的多軸向混雜纖維復合材料汽車電池盒兼具輕質高強、低成本、高效率等特點。