一种燃料电池氢能汽车用碳纤维复合材料预制体制作方法

摘要

本发明公开了一种燃料电池氢能汽车用碳纤维复合材料预制体制作方法，该方法具体包括以下步骤：S1、芯体压胶；S2、芯体定型；S3、石墨烯制备；S4、石墨烯堆叠贴敷；S5、石墨烯热压固化和S6、局部区域加强。该燃料电池氢能汽车用碳纤维复合材料预制体制作方法，通过对预制体的生产过程中加入双层石墨烯薄层，在不增加预制体体积的情况下大幅度增强其压力承受的上限值，从而提高预制体的硬度避免其脆化发生功能失效，并且双层石墨烯薄层具有导热特性可在使用时快速传递热量实现热量散发，有利于避免温度快速上升导致配件过热，从而大大提高产品的使用寿命即安全性能。

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池氢能汽车技术领域，具体为一种燃料电池氢能汽车用碳纤维复合材料预制体制作方法。

背景技术

复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须，其中以碳纤维作为增强材料的复合材料又被广泛用于燃料电池氢能汽车中的制动盘或片上，具有极高的适用性与热稳定性，而复合材料生产制造过程中，一般需要花费很长的时间进行铺层，提前做好预制体可以大大减少铺覆时间，提高复合材料的生产效率。

现有的以碳纤维作为增强材料的复合材料存在脆性特质，其脆性特质使得以其所制成的制动盘或片在使用易发生非摩擦损伤以及功能失效的问题，严重限制其寿命与安全可靠性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种燃料电池氢能汽车用碳纤维复合材料预制体制作方法，解决了上述背景技术中提出现有的以碳纤维作为增强材料的复合材料存在脆性特质，其脆性特质使得以其所制成的制动盘或片在使用易发生非摩擦损伤以及功能失效的问题，严重限制其寿命与安全可靠性的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种燃料电池氢能汽车用碳纤维复合材料预制体制作方法，包括下述操作步骤：

S1、芯体压胶：将多层布料两面涂覆浸渍胶，并将多层涂覆浸渍胶成型为波浪形，在将多层波浪形的布料逐层叠放，通过热压固化的方式使其成蜂窝板形，在将其裁切成蜂窝条备用。

S2、芯体定型：

对S1步骤中的蜂窝条进行成型；

S3、石墨烯制备：

制备单层的石墨烯薄层材料；

S4、石墨烯堆叠贴敷：

将S3中制成的单层石墨烯薄层置于步骤S2中已成型的蜂窝条两面；

S5、石墨烯热压固化：

将步骤S4中贴敷有石墨烯薄层的已成型的蜂窝条置入模具中热压固化，并在热压固化的同时经由压塑设备进行挤压加固得到预制体；

S6、局部区域加强：

于步骤S5中挤压加工后的预制体的表面薄弱部位铺覆一层或多层单侧表面具有石墨烯薄层的碳纤维毡，并再一次热压加固。

进一步地，所述步骤S1中，所述布料为未脱蜡的无碱平纹布，所述浸渍胶为环氧树脂胶液或聚乙烯醇缩醛。

进一步地，所述步骤S2中，蜂窝条成型的方法为，将其放入成型模具中，并通过成型模具对进行蜂窝条进行加热并保持一端时间。

进一步地，所述步骤S3中，单层的石墨烯薄层材料通过机械剥离法利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动得到。

进一步地，将所述步骤S4中得到的单层的石墨烯薄层贴敷于成型的蜂窝条两面，并将上述操作每个面重复两次，使蜂窝条每一个面的表面都贴敷有两层单层石墨烯薄层材料，得到双层石墨烯薄层。

进一步地，所述步骤S6中，单层碳纤维毡的厚度为0.8-1.2毫米。

进一步地，所述步骤S6中，所述碳纤维毡的层数为1-3层。

本发明提供了一种燃料电池氢能汽车用碳纤维复合材料预制体制作方法，具备以下有益效果：

该燃料电池氢能汽车用碳纤维复合材料预制体制作方法，通过对预制体的生产过程中加入双层石墨烯薄层，在不增加预制体体积的情况下大幅度增强其压力承受的上限值，经试验证明双层石墨烯薄层的设置可抵挡普通子弹射击时产生的冲击力，从而提高预制体的硬度避免其脆化发生功能失效，并且双层石墨烯薄层具有导热特性可在使用时快速传递热量实现热量散发，有利于避免温度快速上升导致配件过热，从而大大提高产品的使用寿命即安全性能。

附图说明

图1为本发明一种燃料电池氢能汽车用碳纤维复合材料预制体制作方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明提供一种技术方案：一种燃料电池氢能汽车用碳纤维复合材料预制体制作方法，包括下述操作步骤：

S1、芯体压胶：

将多层布料两面涂覆浸渍胶，并将多层涂覆浸渍胶成型为波浪形，在将多层波浪形的布料逐层叠放，通过热压固化的方式使其成蜂窝板形，在将其裁切成蜂窝条备用；所述布料优选为未脱蜡的无碱平纹布，所述浸渍胶优选为环氧树脂胶液或聚乙烯醇缩醛。

S2、芯体定型：

将S1步骤中的蜂窝条放入成型模具中，该成型模具内设有加热装置，通过成型模具内的加热装置，对进行蜂窝条进行加热，从而对成型模具内的蜂窝条进行高温热处理并保持一段时间，高温热处理条件为1600-1900摄氏度，保持时间为1-2h。

S3、石墨烯制备：

通过机械剥离法利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到单层石墨烯薄层材料，单层石墨烯薄层材料由一层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成。

S4、石墨烯堆叠贴敷：

将S3中制备得到的单层石墨烯薄层贴于步骤S2中已成型的蜂窝条双面面，且上述操作每个面重复两次，使蜂窝条每一个面的表面都贴敷有两层单层石墨烯薄层材料，得到双层石墨烯薄层。

S5、石墨烯热压固化：

将步骤S4中贴敷有石墨烯薄层的已成型的蜂窝条置入模具中热压固化，并在热压固化的同时经由压塑设备进行挤压加固得到预制体；热压固化的条件为温度控制在1200-1600摄氏度，时间为1-1.8h，压塑设备挤压时施加压力为2000-15000N。

S6、局部区域加强：

于步骤S5中挤压加工后的预制体的表面薄弱部位铺覆1-3层单侧表面具有石墨烯薄层的碳纤维毡，并将铺覆好碳纤维毡的预制体进行热压加固，所述碳纤维毡的厚度为0.8-1.2毫米，其中热压加固时温度控制在1100-1400摄氏度，热压加固的时间为0.5-1.3h。

该燃料电池氢能汽车用碳纤维复合材料预制体制作方法，通过对预制体的生产过程中加入双层石墨烯薄层，在不增加预制体体积的情况下大幅度增强其压力承受的上限值，经试验证明双层石墨烯薄层的设置可抵挡普通子弹射击时产生的冲击力，从而提高预制体的硬度避免其脆化发生功能失效，并且双层石墨烯薄层具有导热特性可在使用时快速传递热量实现热量散发，有利于避免温度快速上升导致配件过热，从而大大提高产品的使用寿命即安全性能。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。