摘 要

将两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法混合起来，就会得到性能更好的复合材料。复合化是新材料发展的方向，而先进复合材料是众多复合材料中的领跑者。碳纤维复合材料具有高比强、高比模、耐腐蚀、耐疲劳等众多优良特点，被广泛应用于航空航天行业，效果显著。

随着社会的发展，不可再生资源被渐渐消耗，环境也持续恶化。汽车，不但消耗石油，其排放的含有各种污染气体的尾气也成为导致环境问题的一个重要原因。所以，减低油耗成了汽车工业里最具挑战性的目标，汽车轻量化无疑是降低油耗和排放的有效途径。

碳纤维复合材料的应用可以有效减轻汽车重量。目前，碳纤维复合材料的成型工艺应用最多的就是树脂传递模塑(Resin Transfer Moulding，简称RTM)，RTM是一种将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化的工艺方法。

本文首先针对碳纤维复合材料车身覆盖件的加工工艺过程进行了深入探究，以车门外板为研究对象，设计出符合生产需要的工艺路线。

其次对基于工艺路线所需要的模具进行了设计，包括分型面的选择，注射口、排气口的布置等。

本文对RTM工艺的合理设计可以推动碳纤维复合材料在汽车上的应用，弥补我国在碳纤维复合材料生产工艺上的不足。

关键词：碳纤维复合材料；汽车；RTM；工艺路线；模具

Abstract:

Mixing two or more materials of different properties by physical or chemical methods, products better composite materials. It's a trend that the development of new materials. And advanced composites material are better than other composite materials. Carbon fiber composite material has many advantages: high strength, high modulus of elasticity, corrosion resistance, fatigue resistance and so on. So it's playing an important role in the aerospace industry.

With the development of society, the world's nonrenewable resources are running down, and the environmental is getting worse at the same time. The automobile consumes oil as well as produces exhaust. The exhaust is not good to our health. It's a great challenge to reduce fuel consumption for auto industry. Reducing the weight of automobile is a effective way to the challenge.

Using carbon fiber composite material is a great way to reduce weight of automobile. The method that the most applied is resin transfer moulding, commonly called RTM. RTM is a process that injecting the resin into a closed mold to infiltrate reinforcing material. Finally the composites are made.

First of all, I study the process of carbon fiber composite body cover. And then the process line is designed according to the production demand.

What's more, I designed the mold of carbon fiber composite body cover including creating parting surface, designing the inject and vent gate. And then, I introduce the high pressure injection and vacuum assisted injection.

The reasonable process could promote the application of CFRP in the automobile industry. It makes up the shortage of process in our country.

Keywords: Carbon Fiber Reinforced Plastic; Automobile; RTM; Process ; Mold

目 录

中文摘要 I

Abstract: II

第1章 绪论 1

第2章 碳纤维复合材料在汽车工业上的应用 2

2.1碳纤维复合材料在汽车上的应用优势 2

2.2国内外碳纤维复合材料在汽车上的实际应用 3

2.3碳纤维复合材料在汽车上应用所面临的问题 4

2.3.1成本问题 4

2.3.2生产周期问题 5

2.3.3回收利用问题 5

第3章 树脂传递模塑工艺 7

3.1树脂传递模塑的发展 7

3.2树脂传递模塑的工艺过程 7

3.3树脂传递模塑与其他工艺的比较 8

3.3.1树脂传递模塑与手糊工艺的比较 8

3.3.2树脂传递模塑与高压釜工艺的比较 8

3.4树脂传递模塑的优点和局限性 9

3.4.1优点 9

3.4.2局限性 9

第4章车门外覆板的RTM工艺路线和生产线设计 10

4.1车门外覆板的结构分析 10

4.2工艺的前期准备 10

4.2.1预制件制做 10

4.2.2RTM用树脂的选择 11

4.2.3脱模剂的选择 12

4.3车门外覆板工艺流程总体设计 13

4.3.1纤维开卷切割 13

4.3.2喷涂树脂粘合剂 13

4.3.3碳纤维布的铺设 13

4.3.4车门外覆板预制件模压成型 13

4.3.5RTM注射 14

4.3.6冷却定型 14

4.3.7机加工 14

4.3.8后处理 14

4.3.9车门外覆板RTM工艺流程图 14

4.4生产线的布置 15

4.4.1生产线设计的基本要求 15

4.4.2RTM生产线所需要的具体设备 16

4.4.3RTM生产线布置形式的选择 16

4.4.4生产节拍的确定 17

4.4.5辅助设施的设置 17

第5章 模具的设计 19

5.1模具材料的选择 19

5.2模具注射口和排气口的设计 19

5.3模具密封的设计 20

5.3.1主密封 21

5.3.2辅助密封 21

5.4模具加热 22

5.5气动液压生产系统 22

致谢 24

参考文献 25

第1章 绪论

进入21世纪以来，能源消耗越来越多，不可再生资源——石油的能源危机也日趋严重，汽车所消耗的石油占据了总消耗的近半数。我国作为石油消费国，人口基数大导致汽车总量多，其消耗远远超过了本土所开采的石油，原油的对外依存度很高，每年都要进口大量原油，数量也呈上升趋势，虽然一些新能源的汽车也在研究过程中，但是从研究到投入市场，不是一朝一夕可以做到的，时至今日，汽车还在大量消耗石油。所以，减少石油的消耗还是要从根源缓解。据统计数据显示，我国汽车保有量正在不断增加，在2015年达到了1.54亿辆。据研究，70%的燃油是被汽车车身的重量所消耗，若整车车重可以减少10%，燃油的使用效率将会提高6%到8%；车重如果降低1%，那么油耗可以降低0.7%；整车重量每减少100kg，百公里的油耗可以降低0.3L到0.6L^[1][1]。由此看来，汽车轻量化可以显著减少石油的消耗。

汽车消耗石油，同时也会排放尾气，尾气包含多种有害气体，这几种气体对大气环境有着严重的污染。汽车尾气包含的有害物质有：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫和pm等。大量汽车排出的尾气将会直接导致大气的污染，这种大气污染，会对人们的健康造成严重的危害。汽车尾气排放到空气中，最主要的危害是形成光化学烟雾。它会刺激人们的眼睛，引起红眼病；刺激鼻、咽喉、气管和肺部，从而造成呼吸系统疾病。而且光化学烟雾还会对植物产生影响，会造成农作物大量减产。汽车尾气中，一氧化碳所占比重是最高的，它会与血液中的血红蛋白结合，降低血红蛋白的载氧能力，减少血液对人体组织的供氧量，导致氧气供给不足，危害人的身体健康。其他几种成分也会危害人的身体健康，所以，减少石油的消耗，减少尾气的排放是目前所面临的难题。