本公開涉及汽車制造領域，具體地，涉及一種車用碳纖維復合加強板及其制備方法。
背景技術：
：碳纖維具有比強度高、比模量高、質輕、耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數小、摩擦系數低、耐高低溫等優(yōu)良性能，以及脆性高，軸向受力大，而徑向受力較差，彎曲易折斷等特點，目前已被廣泛的應用。在汽車行業(yè)，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。但目前碳纖維價格較高，一定程度上限制了其應用的范圍。技術實現(xiàn)要素：本公開的目的是提供一種簡單實用的車用碳纖維復合加強板及其制備方法。為了實現(xiàn)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，該制備方法包括：將填充有氣凝膠的蜂窩布浸漬在第一模壓材料中，然后取出進行第一模壓成型，得到蜂窩層；將所得蜂窩層的兩側覆蓋碳纖維層，然后采用第二模壓材料進行第二模壓成型，得到內復合層；將微發(fā)泡樹脂材料通過濕法微發(fā)泡成型的方式覆蓋在所述內復合層的外側，得到包括內復合層和外復合層的復合加強板。可選的，所述第一模壓成型的條件包括：溫度為100-150℃，壓力為5-30兆帕，時間為10-30分鐘；所述第一模壓材料為環(huán)氧樹脂和/或酚醛樹脂；所述蜂窩布的厚度為0.5-10毫米；蜂窩布的蜂窩芯為正六邊形，其斜邊的長度為5-50毫米，厚度為0.2-0.8毫米；所述蜂窩布、氣凝膠和第一模壓材料的重量比為1：(0.01-0.2)：(0.1-5)?？蛇x的，所述第二模壓成型的條件包括：溫度為120-230℃，壓力為10-60兆帕，時間為10-60分鐘；所述第二模壓材料包括第二模壓樹脂和改性石墨烯，所述改性石墨烯占第二模壓樹脂重量的0.01-2.0重量％；所述第二模壓樹脂為環(huán)氧樹脂和/或聚氨酯樹脂，所述改性石墨烯為氧化石墨烯經過(3-環(huán)氧丙基)三甲氧基硅烷和/或(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷改性而得；以內復合層的重量為基準，所述內復合層中碳纖維的含量為30-60重量％，第二模壓材料的含量為20-65重量％；單層碳纖維層的厚度為0.2-5毫米，所述內復合層中碳纖維層的層數為5-20層?？蛇x的，所述濕法微發(fā)泡成型的條件包括：溫度為100-160℃，壓力為10-60mpa，時間為10-60分鐘；所述微發(fā)泡樹脂材料包括發(fā)泡劑以及選自環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂和酚醛樹脂中的至少一種樹脂，所述發(fā)泡劑占所述微發(fā)泡樹脂材料的重量比例為0.3-10重量％，微發(fā)泡樹脂材料中的樹脂與碳纖維層的重量比為1：(3-30)；所述外復合層的厚度為0.5-5毫米?？蛇x的，所述復合加強板的厚度為2毫米-3厘米。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復合層和外復合層，所述內復合層包括蜂窩層和碳纖維層，所述蜂窩層包括填充有氣凝膠的蜂窩布和模壓成型在所述蜂窩布外側的第一模壓材料；所述碳纖維層通過第二模壓材料模壓成型在所述蜂窩層的外側；所述外復合層為濕法微發(fā)泡成型在所述內復合層外側的微發(fā)泡樹脂層?？蛇x的，所述第一模壓材料為環(huán)氧樹脂和/或酚醛樹脂；所述蜂窩布的厚度為0.5-10毫米，蜂窩芯為正六邊形，其斜邊的長度為5-50毫米，厚度為0.2-0.8毫米；所述蜂窩布、氣凝膠和第一模壓材料的重量比為1：(0.01-0.2)：(0.1-5)?？蛇x的，所述第二模壓材料包括第二模壓樹脂和改性石墨烯，所述改性石墨烯占第二模壓樹脂重量的0.01-2.0重量％；所述第二模壓樹脂為環(huán)氧樹脂和/或聚氨酯樹脂，所述改性石墨烯為氧化石墨烯經過(3-環(huán)氧丙基)三甲氧基硅烷和/或(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷改性而得；以內復合層的重量為基準，所述內復合層中碳纖維的含量為30-60重量％，第二模壓材料的含量為20-65重量％；單層碳纖維層的厚度為0.2-5毫米，所述內復合層中碳纖維層的層數為5-20層?？蛇x的，所述微發(fā)泡樹脂層的材料為選自環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂和酚醛樹脂中的至少一種，所述微發(fā)泡樹脂層中微孔體積占復合加強板總體積的比例為5-30體％，微發(fā)泡樹脂層與碳纖維層的重量比為1：(0.3-30)；所述外復合層的厚度為0.5-5毫米。可選的，所述復合加強板的厚度為2毫米-3厘米。本公開將蜂窩布與碳纖維共同使用，既能提高復合加強板的整體剛性，還能夠降低復合加強板的重量和成本。另外，在蜂窩布中加入氣凝膠，從而進一步降低復合加強板的重量和提高抗沖擊性能。本公開的其他特征和優(yōu)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是本公開提供的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蜂窩層2碳纖維層3微發(fā)泡樹脂層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，該制備方法包括：將填充有氣凝膠的蜂窩布浸漬在第一模壓材料中，然后取出進行第一模壓成型，得到蜂窩層；將所得蜂窩層的兩側覆蓋碳纖維層，然后采用第二模壓材料進行第二模壓成型，得到內復合層；將微發(fā)泡樹脂材料通過濕法微發(fā)泡成型的方式覆蓋在所述內復合層的外側，得到包括內復合層和外復合層的復合加強板。根據本公開，碳纖維復合材料的拉伸強度較高，相比鋼而言其拉伸模量略顯不足，因此當拉伸強度滿足要求的時候，拉伸模量卻稍顯不足，在使用中往往需要增加復合材料的厚度，來提升整體剛性，從而進一步增大了碳纖維的使用量，增加了材料成本，也降低了減重效果。蜂窩材料是一種優(yōu)質輕型材料，它質輕、強度大、剛度高，具有緩沖、隔熱和隔音等功能，被廣泛應用于建筑業(yè)、家具制造、包裝和運輸業(yè)，具有較高的經濟價值，并可回收利用。同時可節(jié)約大量的資源，保護和改善生態(tài)環(huán)境，是一種符合世紀發(fā)展主題的環(huán)保新型材料。將碳纖維與蜂窩材料復合使用可使二者的優(yōu)勢互補，增加復合加強板的剛性，并進一步降低復合加強板的重量，得到綜合性能優(yōu)異的復合加強板。同時二者復合使用，可以降低碳纖維復合材料較高的材料成本和使用價格，在保證材料高強高模的情況下，又具備了耐沖擊性能、隔熱、隔音等功能，并擴大碳纖維應用范圍。根據本公開，模壓成型是本領域技術人員所熟知的，一般指將待成型材料放置于模具型腔中在一定成型溫度和壓力下進行保壓一段時間，得到成型材料的方法，所述第一模壓成型和第二模壓成型可以采用常規(guī)的成型方法和條件進行成型。一種具體實施方式，所述第一模壓成型的條件包括：溫度為100-150℃，壓力為5-30兆帕，時間為10-30分鐘；所述第一模壓材料可以為環(huán)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，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂和/或酚醛樹脂；蜂窩布是一種由蜂窩芯相互連接構成的蜂窩材料，其結構為本領域技術人員所熟知的，例如所述蜂窩布的厚度可以為0.5-10毫米；蜂窩布的蜂窩芯可以為正六邊形，其斜邊的長度可以為5-50毫米，厚度可以為0.2-0.8毫米；蜂窩布中可以填充有氣凝膠，然后通過浸漬第一模壓材料的方式將氣凝膠包圍在蜂窩芯中以方便進行模壓成型，氣凝膠可以進一步降低復合材料的整體質量，并獲得優(yōu)異的隔熱性能，且熱穩(wěn)定性好，膨脹系數低，所述蜂窩布、氣凝膠和第一模壓材料的重量比優(yōu)選為1：(0.01-0.2)：(0.1-5)。另一種具體實施方式，所述第二模壓成型的條件包括：溫度為120-230℃，壓力為10-60兆帕，時間為10-60分鐘；所述第二模壓材料包括第二模壓樹脂和改性石墨烯，改性石墨烯作為相容劑使用，所述改性石墨烯占第二模壓樹脂重量的0.01-2.0重量％；所述第二模壓樹脂可以為環(huán)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，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂和/或聚氨酯樹脂，所述改性石墨烯可以為氧化石墨烯經過(3-環(huán)氧丙基)三甲氧基硅烷(簡稱為gpts，結構式為)和/或(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(簡稱為apts，結構式為)改性而得，氧化石墨烯為氧化法制備石墨烯的中間產物，氧化石墨烯表面具有許多羥基、環(huán)氧基、羰基、羧基等含氧基團，可以進行功能化改性，與樹脂反應結合，而石墨烯的碳基部分可以與碳纖維相似相容，降低碳纖維與樹脂的極性差異，來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；同時石墨烯具有高強，耐磨，自潤滑等特點，從而增加加強板的耐磨性；所述碳纖維層為碳纖維機織布，通過鋪層的形式將填充有氣凝膠的蜂窩布置于碳纖維層中間，然后采用第二模壓成型材料進行模壓成型，得到內復合層。以內復合層的重量為基準，所述內復合層中碳纖維的含量可以為30-60重量％，第二模壓材料的含量可以為20-65重量％；單層碳纖維層的厚度可以為0.2-5毫米，所述內復合層中碳纖維層的層數可以為5-20層。根據本公開，濕法微發(fā)泡成型是指將樹脂和發(fā)泡劑放入模具內將內復合層作為嵌入層進行加熱，并使發(fā)泡劑在樹脂中產生氣泡，從而形成有微孔的樹脂材料，其條件是本領域技術人員所熟知的，例如，所述濕法微發(fā)泡成型的條件可以包括：溫度為100-160℃，壓力為10-60mpa，時間為10-60分鐘；所述微發(fā)泡樹脂材料可以包括發(fā)泡劑以及選自環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂和酚醛樹脂中的至少一種樹脂，所述發(fā)泡劑占所述微發(fā)泡樹脂材料的重量比例為0.3-10重量％，微發(fā)泡樹脂材料中的樹脂與碳纖維層的重量比為1：(3-30)。發(fā)泡劑是本領域技術人員所熟知的，例如可以是無機發(fā)泡劑、有機發(fā)泡劑和超臨界流體發(fā)泡劑等，本公開不再贅述。根據本公開，外復合層采用濕法微發(fā)泡成型，具有吸收沖擊載荷的能力、優(yōu)良的緩沖減震性能、隔音吸音性能和優(yōu)良的電絕緣性能，且熱導率低，隔熱性能好；在保證了高模高強的同時，降低復合加強板的密度，有效提高了碳纖維抗沖擊性能，進而減少車內噪音、振動、提高車內舒適度，并具有很好的隔熱性能。所述外復合層的厚度優(yōu)選為0.5-5毫米。根據本公開，復合加強板的具體尺寸可以根據需要進行成型，一般來說，所述復合加強板的厚度可以為2毫米-3厘米。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復合層和外復合層，所述內復合層包括蜂窩層1和碳纖維層2，所述蜂窩層1包括填充有氣凝膠的蜂窩布和模壓成型在所述蜂窩布外側的第一模壓材料；所述碳纖維層2通過第二模壓材料模壓成型在所述蜂窩層1的外側；所述外復合層為濕法微發(fā)泡成型在所述內復合層外側的微發(fā)泡樹脂層3。根據本公開，碳纖維復合材料的拉伸強度較高，相比鋼而言其拉伸模量略顯不足，因此當拉伸強度滿足要求的時候，拉伸模量卻稍顯不足，在使用中往往需要增加復合材料的厚度，來提升整體剛性，從而進一步增大了碳纖維的使用量，增加了材料成本，也降低了減重效果。蜂窩材料是一種優(yōu)質輕型材料，它質輕、強度大、剛度高，具有緩沖、隔熱和隔音等功能，被廣泛應用于建筑業(yè)、家具制造、包裝和運輸業(yè)，具有較高的經濟價值，并可回收利用。同時可節(jié)約大量的資源，保護和改善生態(tài)環(huán)境，是一種符合世紀發(fā)展主題的環(huán)保新型材料。本公開的制備方法將碳纖維與蜂窩材料復合使用可使二者的優(yōu)勢互補，增加復合加強板的剛性，并進一步降低復合加強板的重量，得到綜合性能優(yōu)異的復合加強板。同時二者復合使用，可以降低碳纖維復合材料較高的材料成本和使用價格，在保證材料高強高模的情況下，又具備了耐沖擊性能、隔熱、隔音等功能，并擴大碳纖維應用范圍。根據本公開，所述第一模壓材料可以為環(huán)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，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂和/或酚醛樹脂；蜂窩布是一種由蜂窩芯相互連接構成的蜂窩材料，其結構為本領域技術人員所熟知的，例如所述蜂窩布的厚度可以為0.5-10毫米；蜂窩布的蜂窩芯為正六邊形，其斜邊的長度為10-50毫米，厚度為0.2-0.8毫米；蜂窩布中可以填充有氣凝膠，然后通過浸漬第一模壓材料的方式將氣凝膠包圍在蜂窩芯中以方便進行模壓成型，氣凝膠可以進一步降低復合材料的整體質量，并獲得優(yōu)異的隔熱性能，且熱穩(wěn)定性好，膨脹系數低，所述蜂窩布、氣凝膠和第一模壓材料的重量比優(yōu)選為1：(0.01-0.2)：(0.1-5)。根據本公開，所述第二模壓材料包括第二模壓樹脂和改性石墨烯，改性石墨烯作為相容劑使用，所述改性石墨烯占第二模壓樹脂重量的0.01-2.0重量％；所述第二模壓樹脂可以為環(huán)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，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂和/或聚氨酯樹脂，所述改性石墨烯可以為氧化石墨烯經過(3-環(huán)氧丙基)三甲氧基硅烷(簡稱為gpts，結構式為)和/或(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(簡稱為apts，結構式為)改性而得，氧化石墨烯為氧化法制備石墨烯的中間產物，氧化石墨烯表面具有許多羥基、環(huán)氧基、羰基、羧基等含氧基團，可以進行功能化改性，與樹脂反應結合，而石墨烯的碳基部分可以與碳纖維相似相容，降低碳纖維與樹脂的極性差異，來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；同時石墨烯具有高強，耐磨，自潤滑等特點，從而增加加強板的耐磨性；所述碳纖維層為碳纖維機織布，通過鋪層的形式將填充有氣凝膠的蜂窩布置于碳纖維層中間，然后采用第二模壓成型材料進行模壓成型，得到內復合層。以內復合層的重量為基準，所述內復合層中碳纖維的含量可以為30-60重量％，第二模壓材料的含量可以為20-65重量％；單層碳纖維層的厚度可以為0.2-5毫米，所述內復合層中碳纖維層的層數可以為5-20層。根據本公開，所述微發(fā)泡樹脂材料可以包括發(fā)泡劑以及選自環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂和酚醛樹脂中的至少一種樹脂，所述微發(fā)泡樹脂層中微孔體積占復合加強板總體積的比例為5-30體％，微發(fā)泡樹脂層與碳纖維層的重量比為1：(0.3-30)。根據本公開，外復合層采用濕法微發(fā)泡成型，具有吸收沖擊載荷的能力、優(yōu)良的緩沖減震性能、隔音吸音性能和優(yōu)良的電絕緣性能，且熱導率低，隔熱性能好；在保證了高模高強的同時，降低復合加強板的密度，有效提高了碳纖維抗沖擊性能，進而減少車內噪音、振動、提高車內舒適度，并具有很好的隔熱性能。所述外復合層的厚度優(yōu)選為0.5-5毫米。根據本公開，復合加強板的具體尺寸可以根據需要進行成型，一般來說，所述復合加強板的厚度可以為2毫米-3厘米。下面通過實施例來進一步說明本公開，但是并不因此而限制本公開。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微孔體積比例采用國家標準gb/t10799-2008進行測定。本公開的復合加強板的層間剪切強度采用纖維增強塑料層間剪切強度試驗方法gb/t1450.1-2005進行測定。本公開的復合加強板的彎曲強度和彎曲模量采用纖維增強塑料彎曲性能試驗方法gb/t1449-2005進行測定。制備實施例將1g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)加入1l溶液中(水：乙醇＝1:3(體積比))，充分攪拌，之后加入0.1mol的(3-環(huán)氧丙基)三甲氧基硅烷(gpts)，攪拌并超聲震蕩1h，之后在70℃下回流2-6h，黑色固態(tài)產物在10000rpm離心30min，收集離心物，并用800ml溶液(水：乙醇＝1:3(體積比))洗滌3次，得到改性石墨烯收集并放入丙酮中保存待用，避免改性氧化石墨烯團聚。實施例1將氣凝膠(深圳中凝科技有限公司)填充入厚度為3毫米、六邊形蜂窩芯的斜邊長度為10毫米和厚度為0.4毫米的蜂窩布(蘇州貝芯蜂窩科技公司)中，然后采用熔化后的環(huán)氧樹脂(亨斯邁公司)進行浸漬，浸漬后的蜂窩布放入模具型腔中，然后在110℃、15兆帕下進行第一模壓成型20分鐘，得到蜂窩層。將碳纖維(日本東麗公司t700碳纖維)采用機織布編織層厚度為0.25毫米的單層碳纖維層。將12層碳纖維層鋪設在蜂窩層的兩側，并放入模具型腔中，然后加入制備實施例所制備的改性石墨烯和環(huán)氧樹脂(亨斯邁公司)的混合物在160℃、25兆帕下進行第二模壓成型35分鐘，得到內復合層。將內復合層進行冷卻降溫后放入另一個模具型腔中，并在內復合層的上下分布環(huán)氧樹脂顆粒(亨斯邁公司)和發(fā)泡劑(杭州海虹精細化工有限公司，ac發(fā)泡劑)在140℃、20兆帕下進行濕法微發(fā)泡成型15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，不同之處在于采用相同重量的氧化石墨烯替代改性石墨烯，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1基本相同，不同之處在于不采用氣凝膠進行填充蜂窩布，而是采用相同體積的環(huán)氧樹脂(亨斯邁公司)進行填充，所得復合加強板的具體性質見表2。以上結合附圖詳細描述了本公開的優(yōu)選實施方式，但是，本公開并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本公開的技術構思范圍內，可以對本公開的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本公開的保護范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本公開對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本公開的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本公開的思想，其同樣應當視為本公開所公開的內容。表1表2實施例實施例1實施例2對比例1拉伸強度/mpa942.8894.6929.1拉伸模量/gpa51.447.650.8彎曲強度/mpa2074.31885.31998.5彎曲模量/gpa103.792.6101.6沖擊強度/kj/m2184.5158.6171.5密度/g/cm30.9910.9861.41層間剪切強度/mpa86.567.482.5微孔體積比例/％10.6％11.4％11.1％當前第1頁12