Кузов автомобиля из композитного материала и структура укладки и способ укладки композитного материала

Группа изобретений относится к области транспортного машиностроения. Структура укладки композитного материала содержит профиль, снабженный множеством четырехугольных камер, которые соединены встык, а затем усилены соединением внахлест. Причем четырехугольные камеры содержат квадратные камеры и профильные камеры, и квадратные камеры квадратной формы переходят в профильные камеры трапециевидной формы вдоль профиля. Кузов автомобиля из композитного материала, имеющий упомянутую структуру укладки композитного материала. Способ укладки композитного материала для производства упомянутой структуры укладки композитного материала, включающий:

- использование формы внутренних слоев четырехугольных камер с соединением встык и армированием;

- введение армирующего слоя внахлест перед входом в формовочную форму;

- переход формы внутренних слоев четырехугольных камер из квадратной в трапециевидную. Достигается снижение механических свойств материала. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

[0001] По настоящей патентной заявке испрашивается приоритет китайской патентной заявки № 202010001475.8, озаглавленной как «КУЗОВ АВТОМОБИЛЯ ИЗ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА И СТРУКТУРА УКЛАДКИ И СПОСОБ УКЛАДКИ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА», зарегистрированной в Государственном офисе по интеллектуальной собственности 2 января 2020 г., которая включена в настоящий документ посредством ссылки во всей ее полноте.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящая патентная заявка относится к технической области укладки композитного материала, и в частности к кузову автомобиля из композитного материала. В частности, настоящая патентная заявка относится к структуре укладки композитного материала. Настоящая патентная заявка дополнительно относится к способу укладки композитного материала.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Обычно в кузове автомобиля из композитного материала или структуре фартука используются сэндвич-панель или намоточная структура, что не может решить проблему снижения механических свойств из-за стыкового соединения многоосной ткани в направлении вертикальной пултрузии композитного пултрузионного профиля со сложным поперечным сечением.

[0004] В первой традиционной технологии несущий каркас изготавливается из композитного материала с армированной волокном полимерной матрицей, нанесенного на пенопластовую внутреннюю основную структуру, и внутренняя панель изготавливается из композитного материала с армированной волокном полимерной матрицей, и часть наружной панели, расположенная на внутренней поверхности, изготавливается из композитного материала с армированной волокном полимерной матрицей. Во второй традиционной технологии в кузове транспортного средства, внутренней и внешней обшивке кузова транспортного средства, включая зону пересечения боковой стенки и крыши кузова транспортного средства, используется многослойная структурная форма с бумажным сотовым заполнителем между внутренней и внешней обшивками из углеродного волокна, причем все они формируются путем непрерывной укладки препрега из углеродного волокна, и на краю каждого слоя препрега из углеродного волокна имеется зона перекрытия. Ни одна из вышеупомянутых традиционных технологий не имеет конструкции такой формы профильной структуры, что не может решить проблему снижения механических свойств из-за стыкового соединения многоосной ткани в направлении вертикальной пултрузии композитного пултрузионного профиля со сложным поперечным сечением.

[0005] Следовательно то, как обеспечить структуру укладки композитного материала с конструкцией укладки, имеющей профильную структуру, для решения проблемы снижения механических свойств из-за стыкового соединения многоосной ткани в направлении вертикальной пултрузии композитного пултрузионного профиля со сложным поперечным сечением, представляет собой неотложную техническую проблему, которую должны решить специалисты в данной области техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Задачей настоящей патентной заявки является предложить структуру укладки композитного материала, которая имеет структуру укладки профиля композитного материала и форму укладки в стыковом соединении и соединении внахлест и решает проблему снижения механических свойств из-за стыкового соединения многоосной ткани в направлении вертикальной пултрузии композитного пултрузионного профиля со сложным поперечным сечением. Другой задачей настоящей патентной заявки является предложить кузов автомобиля из композитного материала. Еще одной задачей настоящей патентной заявки является предложить способ укладки композита.

[0007] Для решения вышеперечисленных задач предлагается структура укладки композитного материала в соответствии с настоящей патентной заявкой, которая включает в себя профиль, снабженный множеством четырехугольных камер, которые соединены встык, а затем усилены соединением внахлест и включают в себя квадратные камеры и профильные камеры, причем квадратные камеры квадратной формы переходят в профильные камеры трапециевидной формы вдоль профиля.

[0008] Предпочтительно наружная поверхность профиля выложена многоосной тканью из углеродного волокна.

[0009] Предпочтительно многоосная ткань из углеродного волокна представляет собой двунаправленную гладкую ткань из углеродного волокна, или двунаправленную саржевую ткань из углеродного волокна, или узорчатую ткань из углеродного волокна, или тонкотканую ткань с углом ±45°.

[0010] Предпочтительно многоосная ткань волокна представляет собой двунаправленную гладкую ткань из углеродных волокон, обработанную процессом утолщения.

[0011] Предпочтительно, чтобы внутренние поверхности четырехугольных камер были выложены многоосной тканью из углеродного волокна.

[0012] Предпочтительно внутренняя часть профиля представляет собой однонаправленную проволоку из углеродного волокна.

[0013] Предпочтительно шов стыкового соединения четырехугольных камер и армирующий лист для соединения четырехугольных камер внахлест расположены на нижних поверхностях четырехугольных камер.

[0014] В соответствии с настоящей заявкой предлагается кузов транспортного средства из композитного материала, имеющий описанную выше структуру укладки композитного материала.

[0015] В соответствии с настоящей заявкой предлагается способ укладки композитного материала для производства вышеупомянутой структуры укладки композитного материала, причем этот способ включает в себя:

использование формы внутренних слоев четырехугольных камер с соединением встык и армированием внахлест по внутренним камерам;

введение армирующего слоя внахлест перед входом в формовочную форму; и

переход формы внутренних слоев четырехугольных камер из квадратной в трапециевидную с помощью многосекционной переходной формы.

[0016] Предпочтительно после стадии перехода формы внутренних слоев четырехугольных камер из квадратной в трапециевидную с помощью многосекционной переходной формы способ дополнительно включает в себя:

обработку гладкой ткани из углеродного волокна процессом утолщения и укладку гладкой ткани из углеродного волокна на внешнюю поверхность профиля.

[0017] По сравнению с технологией предшествующего уровня техники структура укладки композитного материала в соответствии с настоящей патентной заявкой включает в себя профиль, снабженный множеством четырехугольных камер, которые соединены встык в последовательности, а затем усилены соединением внахлест, причем четырехугольные камеры включают в себя квадратные камеры квадратной формы и профильные камеры в трапециевидной формы, и квадратные камеры (101) квадратной формы профиля переходят в профильные камеры. Структура укладки композитного материала формирует внутренние слои в форме профильной структуры путем обеспечения множества четырехугольных камер, которые соединяются встык, а затем усиливаются соединением внахлест, чтобы обеспечить профиль из композитного материала, который соответствует требованиям к механическим свойствам кузова автомобиля, а также решить проблему снижения механических свойств из-за стыкового соединения многоосной ткани в направлении вертикальной пултрузии композитного пултрузионного профиля со сложным поперечным сечением.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0018] Для более ясной иллюстрации вариантов осуществления настоящей заявки или технических решений в традиционной технологии ниже будут кратко описаны чертежи, на которые делается ссылка для описания вариантов осуществления или традиционной технологии. Очевидно, что описанные ниже чертежи являются всего лишь некоторыми примерами настоящей патентной заявки, и специалист в данной области техники может легко получить другие чертежи на их основе без какой-либо творческой работы.

[0019] Фиг. 1 представляет собой схематический вид структуры укладки композитного материала, обеспечиваемой в соответствии с одним вариантом осуществления настоящей патентной заявки; и

[0020] Фиг. 2 представляет собой блок-схему способа укладки композитного материала, обеспечиваемого в соответствии с одним вариантом осуществления настоящей патентной заявки.

[0021] Ссылочные цифры означают следующее:

1 - профиль, 101 - квадратная камера,

102 - профильная камера.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0022] Технические решения вариантов осуществления настоящей патентной заявки ясно и полностью описаны ниже вместе с чертежами вариантов осуществления настоящей патентной заявки. Очевидно, что варианты осуществления, описанные ниже, являются лишь некоторыми, а не всеми вариантами осуществления настоящей патентной заявки. Основанные на вариантах осуществления в настоящей патентной заявке, все другие варианты осуществления, выполненные специалистом в данной области техники без каких-либо творческих усилий, попадают в объем защиты настоящей патентной заявки.

[0023] Для того, чтобы специалисты в данной области техники могли лучше понять решение настоящей патентной заявки, настоящая патентная заявка будет подробно описана ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи и конкретные варианты осуществления.

[0024] Фиг. 1 представляет собой схематический вид структуры укладки композитного материала, предусмотренной в соответствии с одним вариантом осуществления настоящей патентной заявки; а Фиг. 2 представляет собой блок-схему способа укладки композитного материала, предусмотренного в соответствии с вариантом осуществления настоящей патентной заявки.

[0025] В первом конкретном варианте осуществления форма структуры профиля используется в структуре композитного материала, обеспечиваемой в соответствии с настоящей патентной заявкой, внутренняя часть профиля 1 включает в себя множество четырехугольных камер, укрепленных соединением внахлест после соединения встык, четырехугольные камеры включают в себя квадратные камеры 101 и камеры 102 трапециевидного профиля, причем в профиле 1 четырехугольные камеры квадратной формы переходят в профильные камеры 102 трапециевидной формы.

[0026] В этом варианте осуществления профиль композитного материала этого специального конструктивного решения может отвечать требуемым механическим свойствам кузова автомобиля, что может решить проблему снижения механических свойств из-за стыкового соединения многоосной ткани в направлении вертикальной пултрузии композитного пултрузионного профиля 1 со сложным поперечным сечением.

[0027] Следует отметить, что форма слоев внутренних камер постепенно переходит от прямой к форме профильных камер при использовании конструкции многосекционной переходной формы, и слой упрочнения соединения внахлест должен вводиться перед входом в формовочную форму. В частности, квадратные формы 101 являются квадратными и/или прямоугольными, а трапециевидные формы профильных камер 102 представляют собой равнобедренную трапецию и/или прямоугольную трапецию. При переходе от квадратных камер 101 к профильным камерам 102 сначала несколько квадратных форм 101 на первом участке последовательно стыкуются по прямоугольным краям, а затем прямоугольные края квадратных камер 101 в конце первого участка стыкуются с прямоугольными краями профильных камер 102, в то время как трапециевидные наклонные края множества профильных камер 102 стыкуются друг с другом, прямоугольные края профильных камер 102 в конце первой секции могут продолжать стыковаться с прямоугольными краями профильных камер 102 в головной части второй секции, и множество квадратных камер 101 во второй секции продолжают соединяться последовательно. Исходя из этого, форма соединения первой секции и второй секции вышеупомянутого профиля 1 может многократно образовывать профиль 1 с большим количеством секций. В этом профиле 1 квадратные камеры 101 отстоят от профильных камер 102, квадратные камеры 101 переходят в профильные камеры 102, а форма слоев внутренних камер профиля 1 постепенно переходит от прямой к форме профильных камер.

[0028] В этом варианте осуществления внутренние слои четырехугольных камер имеют форму укладки с соединением встык и с укреплением соединением внахлест по внутренним камерам, причем шов для соединения встык четырехугольных камер и армирующий лист для соединением внахлест четырехугольных камер располагаются на нижних поверхностях четырехугольных камер, и более конкретно шов для соединения встык после укладки по внутренним камерам располагается в углу нижней поверхности камер.

[0029] Кроме того, наружная поверхность профиля 1 выкладывается многоосной тканью из углеродного волокна; внутренние поверхности профильных камер 102 также выкладываются многоосной тканью из углеродного волокна. Другими словами, внутренние поверхности четырехугольных камер выкладываются многоосной тканью из углеродного волокна.

[0030] В этом варианте осуществления функция многоосной ткани из углеродного волокна заключается в обеспечении сопротивления сдвигу для профиля 1. В том случае, когда внутренняя поверхность и внешняя поверхность профиля выложены многоосной тканью из углеродного волокна, внутренняя поверхность и внешняя поверхность профиля 1, то есть весь профиль 1 имеет хорошее сопротивление сдвигу.

[0031] Например, внешний поверхностный слой профиля 1 выкладывается двунаправленной гладкой тканью из углеродного волокна. Следует отметить, что внешний вид поверхностного слоя профиля 1 включает в себя, не ограничиваясь этим, двунаправленную гладкую ткань из углеродного волокна, которая также может быть заменена двунаправленной саржевой тканью из углеродного волокна или узорчатой тканью из углеродного волокна или тонкотканой тканью с углом ±45°, которые также должны принадлежать области охвата этого варианта осуществления.

[0032] Исходя из этого, гладкая ткань из углеродного волокна на внешней поверхности профиля 1 обрабатывается утолщением; в конкретном процессе обработки гладкая ткань из углеродного волокна вводится прижимным роликом и укладывается на внешнюю поверхность профиля 1.

[0033] В дополнение к этому, внутренняя часть профиля 1 представляет собой однонаправленную проволоку из углеродного волокна.

[0034] В этом варианте осуществления функция однонаправленной проволоки из углеродного волокна состоит в том, чтобы придать профилю 1 сопротивление изгибу.

[0035] В соответствии с настоящей патентной заявкой дополнительно предлагается кузов автомобиля из композитного материала, имеющий вышеописанную структуру укладки композитного материала, причем профиль из композитного материала специальной конструкции может удовлетворять требованиям к механическим свойствам кузова транспортного средства, что может решить проблему снижения механических свойств из-за стыкового соединения многоосной ткани в направлении вертикальной пултрузии композитного пултрузионного профиля 1 со сложным поперечным сечением, улучшить характеристики безопасности кузова автомобиля, продлить срок службы, и снизить себестоимость производства, то есть должен иметь все полезные эффекты вышеописанной структуры укладки композитного материала, которые не будут здесь повторяться.

[0036] В соответствии с настоящей заявкой дополнительно предлагается способ укладки композитного материала для производства вышеупомянутой структуры укладки композитного материала, который включает в себя: S1, использование внутренней формы укладки четырехугольных камер с соединением встык и упрочнением соединением внахлест по внутренним камерам; S2, ввод слоя упрочнения соединением внахлест перед входом в формовочную форму; и S3, использование многосекционной переходной формы для преобразования формы внутренних слоев четырехугольных камер с квадратной на трапециевидную. Структура укладки композитного материала, изготовленная на основе описанного выше способа укладки композитного материала, имеет форму профильной структуры и может удовлетворять требованиям к механическим свойствам кузова автомобиля, что может решить проблему снижения механических свойств из-за стыкового соединения многоосной ткани в направлении вертикальной пултрузии композитного пултрузионного профиля со сложным поперечным сечением.

[0037] В этом варианте осуществления внутренний слой профиля 1 формируется четырехугольными камерами, усиленными соединением внахлест после соединения встык, причем четырехугольные камеры в профиле 1 постепенно переходят из квадратных камер 101 квадратной формы в профильные камеры 102 трапециевидной формы, внутренние слои камер постепенно переходят из прямой формы в форму профильных камер с использованием конструкции многосекционной переходной формы, и армирующий слой соединения внахлест должен вводиться перед входом в формовочную форму.

[0038] Кроме того, после стадии S3 способ дополнительно включает в себя: S4, обработку гладкой ткани из углеродного волокна процессом утолщения и укладку гладкой ткани из углеродного волокна на внешнюю поверхность профиля 1.

[0039] В этом варианте осуществления гладкая ткань из углеродного волокна на наружной поверхности профиля 1 обрабатывается процессом утолщения, и вводится прижимным роликом и укладывается на наружную поверхность профиля 1. Внешний поверхностный слой профиля 1 может быть заменен с двунаправленной гладкой ткани из углеродного волокна на двунаправленную саржевую ткань из углеродного волокна или узорчатую ткань из углеродного волокна или тонкотканую ткань с углом ±45°.

[0040] Конкретные примеры используются в данном описании для иллюстрации принципа и реализации настоящей патентной заявки. Описание приведенных выше вариантов осуществления используется только для облегчения понимания способа и основной концепции настоящей патентной заявки. Следует отметить, что специалисты в данной области техники могут внести множество модификаций и улучшений в настоящую заявку, не отступая от принципа настоящей патентной заявки, и эти модификации и улучшения также считаются подпадающими под объем защиты настоящей патентной заявки, определяемый формулой изобретения.

1. Структура укладки композитного материала, содержащая профиль (1), снабженный множеством четырехугольных камер, которые соединены встык, а затем усилены соединением внахлест, причем четырехугольные камеры содержат квадратные камеры (101) и профильные камеры (102), причем квадратные камеры (101) квадратной формы переходят в профильные камеры (102) трапециевидной формы вдоль профиля (1),

при этом наружная поверхность профиля (1) выложена многоосной тканью из углеродного волокна,

при этом внутренние поверхности четырехугольных камер выложены многоосной тканью из углеродного волокна,

при этом шов стыкового соединения четырехугольных камер и армирующий лист для соединения четырехугольных камер внахлест расположены на нижних поверхностях четырехугольных камер,

при этом четырехугольные камеры выполнены в виде укладки с соединением встык и армирующим соединением внахлест по внутренним камерам,

при переходе от квадратных камер (101) к профильным камерам (102) сначала множество квадратных форм (101) на первом участке последовательно состыкованы по прямоугольным краям, а затем прямоугольные края квадратных камер (101) в конце первого участка состыкованы с прямоугольными краями профильных камер (102), в то время как трапециевидные наклонные края множества профильных камер (102) состыкованы друг с другом, прямоугольные края профильных камер (102) в конце первого участка непрерывно состыкованы с прямоугольными краями профильных камер (102) в головной части второго участка, и множество квадратных камер (101) во втором участке продолжают соединяться последовательно так, что форма соединения первого участка и второго участка может многократно формировать профиль (1) с большим количеством участков.

2. Структура укладки композитного материала по п. 1, в которой многоосная ткань из углеродного волокна представляет собой двунаправленную гладкую ткань из углеродного волокна, или двунаправленную саржевую ткань из углеродного волокна, или узорчатую ткань из углеродного волокна, или тонкотканую ткань с углом ±45°.

3. Структура укладки композитного материала по п. 2, в которой многоосная ткань волокна представляет собой двунаправленную гладкую ткань из углеродных волокон, обработанную процессом утолщения.

4. Структура укладки композитного материала по любому из пп. 1-3, в которой внутренняя часть профиля (1) представляет собой однонаправленную проволоку из углеродного волокна.

5. Кузов автомобиля из композитного материала, имеющий структуру укладки композитного материала по любому из пп. 1-4.

6. Способ укладки композитного материала для производства структуры укладки композитного материала по любому из пп. 1-4, включающий:

использование формы внутренних слоев четырехугольных камер с соединением встык и армированием внахлест по внутренним камерам;

введение армирующего слоя внахлест перед входом в формовочную форму; и

переход формы внутренних слоев четырехугольных камер из квадратной в трапециевидную с помощью многосекционной переходной формы.

7. Способ укладки композитного материала по п. 6, в котором после стадии перехода формы внутренних слоев четырехугольных камер из квадратной в трапециевидную с помощью многосекционной переходной формы способ дополнительно включает:

обработку гладкой ткани из углеродного волокна процессом утолщения и укладку гладкой ткани из углеродного волокна на внешнюю поверхность профиля (1).