一种热塑性碳纤维轮毂插件及其制备方法

技术领域

本发明涉及热塑性复合材料热压成型工艺，具体涉及一种热塑性碳纤维轮毂插件及其制备方法。

背景技术

随着碳纤维复合材料的发展，以及汽车轻量化发展，用户追求个性化等，越来越多的碳纤维复合材料装饰件、结构件应用在汽车上。例如轮毂插件也越来越多的采用碳纤维复合材料制成，以满足汽车轻量化，同时满足消费者的个性化追求。

现有技术中，由于轮毂作为装饰件，对于力学性能要求不是很高，因此，碳纤维复合材料轮毂插件通常采用的是热塑性碳纤维回收碎料，（1）通过对回收碎料进行压板，（2）然后对板进行冲切，（3）将冲切的板预成型，（4）将预成型件和注塑螺母通过热压成型为一体；（5）二次热压成型；（6）CNC加工；（7）后处理：打磨毛边和喷涂。在该生产工艺中，工艺步骤繁多，制作成本高；此外BOSS柱强度勉强达到标准，还需持续改进。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种热塑性碳纤维复合材料轮毂插件及其制备方法，在产品性能上，使得碳纤维复合材料轮毂插件的BOSS柱强度大幅增高；在工艺上，在现有技术的工艺上缩减了多个工艺流程，提升了生产效率，节约了生产成本。

第一方面，提供了一种热塑性碳纤维复合材料轮毂插件，包括轮毂插件主体，所述轮毂插件主体上设置有若干个BOSS柱，所述轮毂插件主体与BOSS柱一体成型；所述轮毂插件主体为热塑性碳纤维复合材料；所述BOSS柱包括金属螺母以及包覆在金属螺母外壁上的热塑性碳纤维复合层，所述金属螺母外壁上热塑性碳纤维复合层与轮毂插件主体一体连续；所述轮毂插件主体厚度在2mm-3mm; 所述BOSS柱中，金属螺母直径范围在6-8mm，热塑性碳纤维复合层厚度为 2-4mm；所述轮毂插件主体与BOSS柱的热塑性碳纤维复合层中，碳纤维和热塑性树脂的比例为40%-55%：45%-60%，所述碳纤维长度在1-6mm,；所述BOSS柱与轮毂插件主体的连接处采用R角过渡，R值为3-4mm。所述BOSS柱中金属螺母的下底面与轮毂插件主体上表面处于同一水平。

通过采用上述技术方案，BOSS柱与轮毂插件主体一体成型，BOSS柱中螺母采用金属螺母代替注塑螺母，金属螺母通过其外壁上与插件主体一体成型的热塑性碳纤维复合层连接固定在轮毂插件主体上，BOSS柱与轮毂插件主体的连接强度得到大幅提升。

第二方面，提供一种热塑性碳纤维复合材料轮毂插件的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、原料称重：根据产品规格称取相应重量的热塑性碳纤维复合材料；所述热塑性碳纤维复合材为回收碎料，回收碎料中碳纤维长度小于等于6mm;

步骤二、预埋金属螺母：将金属螺母埋入模具型腔中；

步骤三、铺料：将称重好的热塑性碳纤维复合材料回收碎料全部投入模具型腔，并铺均匀；

步骤四、热压：合模后放入硫化机平板加热设备中加热，上模温度控制在235℃-245℃，下模温度控制在245℃-255℃，保温保压10min后降温至50℃-70℃；

步骤五、脱模。

通过采用上述技术方案，将现有工艺中对回收料压板、板材冲切、预成型、热压整合为一步，直接将一定重量的回收碳纤维碎料与金属螺母一次热压成型，很大程度缩减了工艺程序以及相关工艺程序所需的工装模具等，能够提高生产效率和降低成本。

在一个具体的可实施方案中，所述模具包括上模、下模和镶件；所述下模的型腔底部设置有贯穿的镶件安装孔，所述镶件安装孔中安装有用于成型BOSS柱的镶件，所述镶件上设置有BOSS柱型腔，所述BOSS柱型腔底部设置有贯穿的螺孔，所述螺孔中设置有定位螺钉，所述定位螺钉包括第一螺柱和第二螺柱，所述第一螺柱上与镶件上螺孔配合，所述第二螺柱与BOSS柱的金属螺母配合。具体制备时，通过定位螺钉的第一螺柱与镶件的螺孔配合，使第二螺柱达到精确位置，从而精确固定金属螺母，当模具整体模压加热时，模具型腔内的热塑性树脂以及碳纤维就会开始流动，从而均匀填充轮毂插件主体型腔，以及填充BOSS柱型腔，将金属螺母外壁包裹。

通过采用上述技术方案，可以实现对BOSS柱中螺母的精确定位，从而进一步实现轮毂插件上BOSS柱的成型位置及成型尺寸的精准。

附图说明

附图1为轮毂插件俯视示意图；

附图2为轮毂插件BOSS柱处截面示意图；

附图3为下模俯视示意图；

附图4为A-A截面图；

附图5为镶件结构透视图；

其中：1-轮毂插件主体；2-BOSS柱；21-金属螺母；22-热塑性复合材料层；3-下模；31-轮毂插件主体型腔；4-镶件；41-BOSS柱型腔；42-定位螺钉；421-第一螺柱；422-第二螺柱。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

结合附图1-2，一种热塑性碳纤维轮毂插件，包括轮毂插件主体1，所述轮毂插件主体1上设置有3个BOSS柱2，所述轮毂插件主体1与BOSS柱2一体成型；所述轮毂插件主体1为热塑性碳纤维复合材料；所述BOSS柱2包括金属螺母21以及包覆在金属螺母21外壁上的热塑性复合材料层22，所述金属螺母21外壁上热塑性复合材料层22与轮毂插件主体1一体连续；所述轮毂插件主体1的厚度在2mm-3mm,所述BOSS柱2中金属螺母21直径范围在6-8mm,所述金属螺母21外壁上包覆的热塑性复合材料层22厚度范围在2-4mm；所述轮毂插件主体1和BOSS柱2的热塑性碳纤维复合层中，碳纤维和热塑性树脂的比例范围为40%-55%: 45%-60%），所述碳纤维的长度小于等于1-6mm;所述BOSS柱2与轮毂插件主体1连接处采用R角过渡，R值为3-4mm；所述BOSS柱2中金属螺母21的下底面与轮毂插件主体1的上表面处于同一水平。

本发明的热塑性碳纤维轮毂插件的制备方法，具体步骤包括：

步骤一、原料称重：根据成型产品的规格称取相应重量的回收碳纤维碎料；

步骤二、预埋金属螺母：将金属螺母21埋入模具型腔内；

步骤三、铺料：将称重好的回收碳纤维碎料全部投入模具型腔，并铺设均匀；

步骤四、热压：合模后将模具整体放入硫化机平板加热设备中加热，上模温度控制在235℃-245℃，下模温度控制在245℃-255℃，保温保压10-15分钟后降温至50℃-70℃；

步骤五、脱模。

结合附图3-5，所述模具包括上模（未示出）、下模3和镶件4；所述下模3的设置有轮毂插件主体型腔31，所述轮毂插件主体型腔31底部设置有贯穿底部的镶件安装孔，用于安装镶件4；所述镶件4上设置有BOSS柱型腔41，所述镶件4的BOSS柱型腔41的底部设置有贯穿的螺孔，所述螺孔中设置有定位螺钉42，所述定位螺钉42的螺柱包括第一螺柱421和第二螺柱422，所述第一螺柱421与镶件4的螺孔配合，所述第二螺柱422与BOSS柱2的金属螺母21配合。具体制备时，将金属螺母21设置在第二螺柱422上，当合模加热时，模具型腔内回收碳纤维碎料在高温高压条件下，树脂和碳纤维开始流动，流入BOSS柱型腔41，将金属螺母21外壁进行包裹。

所述步骤五脱模，具体包括：开模后通过压机将镶件连同产品向上顶出，然后从镶件底部拧出定位螺钉，将镶件与产品分离，得到产品。重新将定位螺设置到镶件中，在定位螺钉的第二螺柱上固定上新的金属螺母，进行下一模产品的制备。

对本申请中轮毂插件的BOSS柱进行了拉拔测试和扭力测试，数据如表1所示：

表1

在拉拔测试中，测试后螺柱状态为根部断裂；扭力测试中，螺柱状态为无变化，测试工具螺母断裂。

从上表可知，本申请中的轮毂插件，其上的BOSS柱可承受的拉拔力均达到5000N以上，远大于标准要求值1000N；可承受的扭力也远超过标准值3.5N。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他形式的变化或变动。这里无法也无需对所有实施例进行穷举，二由此引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围之内。