一种具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠及其制备方法技术领域
本发明涉及一种汽车行业用的保险杠，更特别地说，是指一种具有缓冲层板复合
的层结构复合材料保险杠。制备保险杠采用了铺层涂胶工艺-加压成型工艺。
背景技术
汽车行业对保险杠安全、节能和环保的要求越来越高，而复合材料具有高比刚度、
高比强度、高韧性、耐冲击、可加工性、高耐疲劳性能、高损伤容限性能、耐腐蚀等
优点，既可满足汽车安全性能要求，又可满足汽车轻量化要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠，该保险杠
利用纤维增强复合材料突出的可设计性，针对不同车型的碰撞性能要求、成本要求，
可制造不同类型高抗冲复合纤维材料的保险杠，提高各种车辆的碰撞安全性、保护行
人和乘客。
本发明的一种具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠，其包括缓冲层板、纤
维增强复合层板，缓冲层板置于多层纤维增强复合层板内。
本发明的一种具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠，其包括缓冲层板、纤
维增强复合层板、面板，缓冲层板置于多层纤维增强复合层板内，面板置于缓冲层板
与纤维增强复合层板的外部。
具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠中的所述纤维增强复合层板由多层
纤维增强复合材料层和多层树脂基体构成，所述多层纤维增强复合材料层为铺层所
得，所述树脂基体为包覆在所述纤维增强复合材料层的纤维上；
具体地该保险杠包括有上面层纤维增强复合材料层(10)、下面层纤维增强复合
材料层(20)、以及从上面层纤维增强复合材料层(10)至下面层纤维增强复合材料
层20之间顺次排列是第一树脂基体(201)、第一纤维增强复合材料层(101)、第
二树脂基体(202)、第二纤维增强复合材料层(102)、第三树脂基体(203)、……、
第三纤维增强复合材料层(103)、第四树脂基体(204)、第四纤维增强复合材料层
(104)和第五树脂基体(205)。
具体地该保险杠包括有上面层纤维增强复合材料层(10)、下面层纤维增强复合
材料层(20)、以及从上面层纤维增强复合材料层(10)至下面层纤维增强复合材料
层20之间顺次排列是第一树脂基体(201)、第一纤维增强复合材料层(101)、第
一叠层纤维增强复合材料层(301)、第二树脂基体(202)、第二纤维增强复合材料
层(102)、第二叠层纤维增强复合材料层(302)、第三叠层纤维增强复合材料层
(303)、第三树脂基体(203)、……、第三纤维增强复合材料层(103)、第四树脂
基体(204)、第四纤维增强复合材料层(104)、第四叠层纤维增强复合材料层(304)、
第五叠层纤维增强复合材料层(305)和第五树脂基体(205)。
具体地所述保险杠中的上面层纤维增强复合材料层(10)、第二纤维增强复合材
料层(102)、第二叠层纤维增强复合材料层(302)、第三叠层纤维增强复合材料层
(303)、第四纤维增强复合材料层(104)、第四叠层纤维增强复合材料层(304)
和第五叠层纤维增强复合材料层(305)采用A类纤维材料织物；第一纤维增强复合
材料层(101)、第一叠层纤维增强复合材料层(301)、第三纤维增强复合材料层(103)
和下面层纤维增强复合材料层(20)采用B类纤维材料织物。
具体地所述的保险杠中的上面层纤维增强复合材料层(10)、下面层纤维增强复
合材料层(20)、第一纤维增强复合材料层(101)、第二纤维增强复合材料层(102)、
第三纤维增强复合材料层(103)、第四纤维增强复合材料层(104)、第一叠层纤维
增强复合材料层(301)、第二叠层纤维增强复合材料层(302)、第三叠层纤维增强
复合材料层(303)、第四叠层纤维增强复合材料层(304)和第五叠层纤维增强复
合材料层(305)采用相同的或者不同的纤维材料织物；所述纤维材料织物中采用的
经纱方向纤维束(10A)与纬纱方向纤维束(10B)是相同的纤维束或者是不相同的
纤维束。
具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠中的纤维增强复合材料层的体积分
数为20％～80％。所述热固性树脂基体中包括有固化剂，100重量份的树脂基体中
有3～45重量份的固化剂。
具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠，其中所述上下面板层为钢板、铝板、
或者钛合金板等类似金属板中的一种或者一种以上组合。所述上下面板层为热塑性塑
料板。所述上下面板层为ABS板、PVC板、PMMA板、或者PC板等类似塑料板
中的一种或者一种以上组合。所述上下面板层为纤维增强树脂薄板、橡胶板、泡沫板、
纤维增强树脂基体薄板、蜂窝层板或者复合板。
具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠，其中所述缓冲层板为金属层板。所
述缓冲层板为钢板、铝板、或者钛合金板等类似金属板中的一种或者一种以上组合。
所述缓冲层板为热塑性塑料板。所述缓冲层板为ABS板、PVC板、PMMA板、或
者PC板等类似塑料板中的一种或者一种以上组合。所述缓冲层板为纤维增强树脂薄
板、橡胶板、泡沫板、蜂窝层板或者复合板。
本发明的复合材料保险杠的优点在于：
(1)在保险杠的中部增加缓冲层，提高了保险杠的抗冲击能力。
(2)本发明保险杠设计上下面板层，能够提高混杂纤维复合层在受到冲击力时的
吸能性能。
(3)制得的保险杠中的纤维增强复合层板采用层间间隔分布、层内间隔分布的混
杂形式，是充分利用纤维增强复合材料的力学性能可设计性和缓冲层的能量吸收
性能，能够满足不同车型的碰撞性能要求。
(4)制作保险杠采用铺层涂胶加压成型工艺得到的保险杠为一体成型结构件。采
用铺层成型工艺一体成型制作成复合材料体系保险杠，制作成本低、重量轻、耐
腐蚀性高。
(5)利用纤维复合材料的特性能够提高安装有本发明保险杠的汽车具有更高的防
碰撞性。
附图说明
图1是保险杠的外部结构示意图。
图2是本发明具有缓冲层板与纤维增强复合层板的保险杠A-A剖面示意图。
图3是本发明具有缓冲层板、纤维增强复合层板、上面板的保险杠剖面结构示
意图。
图4是本发明具有缓冲层板、纤维增强复合层板、下面板的保险杠剖面结构示
意图。
图5是本发明具有缓冲层板、纤维增强复合层板、上下面板的保险杠剖面结构
示意图。
图6是本发明具有多层缓冲层板、多层纤维增强复合层板的保险杠剖面结构示
意图。
图7是本发明保险杠中纤维增强复合层板的剖面结构示意图。
图7A是本发明保险杠中纤维增强复合层板的另一剖面结构示意图。
图8是本发明的具有层间混杂的铺层结构纤维增强复合层板的保险杠的剖面示
意图。
图9是本发明的具有层内混杂的铺层结构纤维增强复合层板的保险杠的剖面示
意图。
图10是本发明的具有层内层间混杂的铺层结构纤维增强复合层板的保险杠的剖面
示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
应用现有保险杠的结构外形如图1所示，保险杠的外形结构根据车型需要可以
变化。本发明设计的一种纤维增强复合型的复合材料保险杠，是从制作所述保险杠材
料体系中的纤维增强复合材料铺层分布结构进行改进，方便了保险杠的可设计性。
本发明的一种混杂纤维复合型的复合材料保险杠，其厚度为1毫米至20毫米；
保险杠能够应用于-50℃度～130℃的温度环境中。
参见图2所示，本发明的一种具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠，该
保险杠包括A缓冲层板50、A纤维增强复合层板601和B纤维增强复合层板602，
A缓冲层板50置于A纤维增强复合层板601与B纤维增强复合层板602之间。
参见图3所示，本发明的一种具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠，该
保险杠包括A缓冲层板50、A纤维增强复合层板601、B纤维增强复合层板602
和上面板40，A缓冲层板50置于A纤维增强复合层板601与B纤维增强复合层板
602之间，上面板40置于A纤维增强复合层板601的上方。
参见图4所示，本发明的一种具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠，该
保险杠包括A缓冲层板50、A纤维增强复合层板601、B纤维增强复合层板602
和下面板30，A缓冲层板50置于A纤维增强复合层板601与B纤维增强复合层板
602之间，下面板30置于B纤维增强复合层板601的下方。
参见图5所示，本发明的一种具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠，该
保险杠包括A缓冲层板50、A纤维增强复合层板601、B纤维增强复合层板602、
上面板40和下面板30，A缓冲层板50置于A纤维增强复合层板601与B纤维增
强复合层板102之间，上面板40置于A纤维增强复合层板601的上方，下面板30
置于B纤维增强复合层板601的下方。
参见图6所示，本发明的一种具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠，该
保险杠包括A缓冲层板50、B缓冲层板51、A纤维增强复合层板601和B纤维增
强复合层板602，A缓冲层板50置于A纤维增强复合层板601与B纤维增强复合
层板602之间，B缓冲层板51置于A纤维增强复合层板601的上方。根据缓冲层
板放置的不同位置，缓冲层板也可以置于B纤维增强复合层板602的下方。同理可
得是，所述缓冲层板为一层或者一层以上。
在本发明中，所述面板的厚度为0.01～5mm，所述面板为金属板、热塑性塑料
板、橡胶板、泡沫板、蜂窝板或者复合板；
所述面板为钢板、铝板、或者钛合金板等类似金属板中的一种或者一种以上组合；
所述面板为ABS板、PVC板、PMMA板、或者PC板等类似塑料板中的一种
或者一种以上组合。
在本发明中，所述缓冲层板的厚度为0.01～5mm，所述缓冲层板为为金属板、
热塑性塑料板、橡胶板、泡沫板、蜂窝板或者复合板；
所述缓冲层板为钢板、铝板、或者钛合金板等类似金属板中的一种或者一种以上
组合；
所述缓冲层板为ABS板、PVC板、PMMA板、或者PC板等类似塑料板中的
一种或者一种以上组合。
在本发明中的纤维增强复合层板是由多层纤维增强材料层和多层树脂基体构成，
所述纤维增强材料层为铺层所得，所述树脂基体为包覆在所述纤维增强材料层上。
在本发明中，保险杠中的纤维增强材料的体积分数为20％～80％。
本发明中，固化后成型的保险杠形成了纤维增强材料的多层铺层；相邻的纤维增
强材料层可以是相同的纤维材料也可以是不同的纤维材料；在同一纤维增强材料层
中，纤维可以是相同的纤维材料，也可以是不同的纤维材料。
若采用相同纤维材料进行铺层(如图7所示)，则制得了同一纤维增强材料的保
险杠。
若不同的纤维增强材料混合铺设能够实现相邻纤维增强材料层混杂(如图8所
示)，则制得了具有层间混杂的纤维增强材料的保险杠。
若在同一纤维增强材料层中采用的纤维是不同的纤维材料(如图9所示)，则制
得了具有层内混杂的纤维增强材料的保险杠。
若相邻纤维增强材料层的纤维材料不同，且同一纤维增强材料层中的纤维也不同
(如图10所示)，则制得了具有层内层间混杂的纤维增强材料的保险杠。
(1)纤维材料
所述纤维增强材料层在铺层时相邻纤维增强材料层是纤维织物、纤维编织物、纤
维纺织织物、纤维针织织物、纤维毡中的一种或一种以上的组合。
所述纤维增强材料层中纤维是短切纤维、长纤维或者连续纤维的一种或一种以上
的组合。
所述纤维增强材料层中纤维是金属纤维、无机纤维、合成纤维或植物纤维中的一
种或者一种以上纤维形式的组合。
所述纤维增强材料层中的纤维可以是聚乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、PBO纤
维、M5纤维、液晶纤维、碳纳米管纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、丙纶纤维、涤纶
纤维、氨纶纤、维腈纶纤维、尼龙纤维、维纶纤维、氯纶纤维、汉麻、剑麻纤维、亚
麻纤维、竹纤维、黄麻纤维等类似金属纤维、无机纤维、合成纤维或植物纤维中的一
种或者一种以上以上纤维形式的组合。
(2)树脂材料
所述树脂基体为热固性树脂基体或者为热塑性树脂基体。
所述热固性树脂基体中包括有固化剂，100重量份的热固性树脂基体中有3～45
重量份的固化剂。
所述树脂基体中的树脂材料可以是环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和树脂、EPAR
树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、硅橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶、
氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯
醚橡胶、氯化聚乙烯橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、氟硅胶、顺丁橡胶、聚
乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲醛(POM)、
聚酰胺(俗称尼龙)(PA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(A/S)、聚酯(PETP聚对苯
二甲酸丁二醇酯，PBTP聚对苯二甲酸乙二醇酯)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-
醋酸乙烯酯(EVA)、聚砜(PSU)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、
聚芳酯(PAR)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚苯酯、聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或
一种以上树脂形式的组合。
(3)固化剂材料
所述固化剂可以是脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺、改性芳胺、芳香族
多胺、酸酐、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺以及酰肼中的一种或两种的组合。
所述固化剂可以是T-31改性胺、YH-82改性胺、乙烯基三胺(DETA)、氨乙
基哌嗪(AE)、1，2，二氨基环己烷(DACH)、异佛尔酮二胺(IPDA)、亚甲基双环
己烷胺4，4′(PACM)、乙二胺(EDA)、二乙烯三胺(DETA)、三甲基六亚甲基二
胺(TMD)、二己基三胺、己二胺改性物(AMINE248)、己二胺(HAD)、二乙胺
(DEA)、三甲基己二胺、间苯二胺m-PDA MPD、间苯二甲胺MXDA、二氨基二
苯基甲烷DDM HT-972DEH-50、二氨基二苯基砜DDS HT-976、间氨基甲胺
MAMA(NH2)、联苯胺、4-氯邻苯二胺CPDA、苯二甲胺三聚体GY-51CH-2、
苯二甲胺三聚体衍生物、双苄胺基醚、氰胺(DICY)中的一种或一种以上固化剂形
式的组合。
参见图7所示，在纤维增强复合层板中包括有上面层纤维增强材料层10、下面
层纤维增强材料层20、以及从上面层纤维增强材料层10至下面层纤维增强材料层
20之间顺次排列是第一树脂基体201、第一纤维增强材料层101、第二树脂基体
202、第二纤维增强材料层102、第三树脂基体203、……、第三纤维增强材料层
103、第四树脂基体204、第四纤维增强材料层104和第五树脂基体205。
参见图7A所示，在纤维增强复合层板中包括有上面层纤维增强材料层10、下
面层纤维增强材料层20、以及从上面层纤维增强材料层10至下面层纤维增强材料
层20之间顺次排列是第一树脂基体201、第一纤维增强材料层101、第一叠层纤维
增强材料层301、第二树脂基体202、第二纤维增强材料层102、第二叠层纤维增
强材料层302、第三叠层纤维增强材料层303、第三树脂基体203、……、第三纤
维增强材料层103、第四树脂基体204、第四纤维增强材料层104、第四叠层纤维
增强材料层304、第五叠层纤维增强材料层305和第五树脂基体205。
在图8所示的层间混杂的纤维增强复合层板中，上面层纤维增强材料层10、第
二纤维增强材料层102和第四纤维增强材料层104采用相同纤维材料织物(记为A
类纤维材料织物)；第一纤维增强材料层101、第三纤维增强材料层103和下面层纤
维增强材料层20采用另一种相同纤维材料织物(记为B类纤维材料织物)。A类纤
维材料织物与B类纤维材料织物在铺层上间隔设置，使得保险杠采用的纤维增强材
料层具有层间混杂的特性，进而制得的保险杠是层间混杂的保险杠。依据图5所示
的结构，多层的纤维增强材料层也可以是三种以上的不同纤维材料织物进行铺层。
在图9所示的纤维增强复合层板中，上面层纤维增强材料层10、下面层纤维增
强材料层20、第一纤维增强材料层101、第二纤维增强材料层102、第三纤维增强
材料层103和第四纤维增强材料层104采用相同的纤维材料织物。所述纤维材料织
物中采用的经纱方向纤维束10A与纬纱方向纤维束10B可以是相同的，也可以是不
相同的。不同的经纱/纬纱纤维束得到的纤维材料织物实现了纤维增强材料层的层内
混杂，进而应用这样的纤维材料织物得到的保险杠也是层内混杂的。
在图10所示的纤维增强复合层板中，上面层纤维增强材料层10、第二纤维增
强材料层102、第三纤维增强材料层103和下面层纤维增强材料层20采用相同纤
维材料织物(记为A类纤维材料织物)；第一纤维增强材料层101和第四纤维增强材
料层104采用另一种相同纤维材料织物(记为B类纤维材料织物)。A类纤维材料织
物与B类纤维材料织物在铺层上间隔设置；所述纤维材料织物中采用的经纱方向纤
维束10A与纬纱方向纤维束10B是不相同的，实现了纤维增强材料层的层内混杂。
在纤维增强材料层中的层内混杂与纤维增强材料层的层间混杂，使得保险杠的纤维增
强材料具有层内层间复合混杂的特性，进而制得层内层间复合混杂的保险杠。
(4)加工成型方法
制备本发明的保险杠结构，采用铺层涂胶工艺-加压成型工艺。纤维增强材料层
的铺层层数与保险杠厚度相关。该保险杠采用铺层成型工艺一体化成型制得。
制得图1所示的保险杠结构的步骤：
(A)铺层涂胶树脂；
在下模具上涂脱模剂，将裁剪好的纤维增强材料层铺在下模具上，然后涂覆树脂
基体，重复进行铺纤维增强材料层和涂覆树脂基体，直至形成A纤维增强复合层板
101；铺上缓冲层板50，涂覆树脂基体；然后铺B纤维增强复合层板102达到所需
厚度，得到预成型件；在本发明中，制备B纤维增强复合层板102与制备A纤维增
强复合层板101的工艺是相同的；
(B)脱模得到保险杠。
在上模具上涂脱膜剂，将上模具盖在预成型件上，且与下模具合模；施加
0.01MPa～20MPa压力，在所述0.01MPa～20MPa压力，温度5℃～120℃条件
下，保压1h～3h后脱模得到保险杠；制得的保险杠为一体成型结构件。
图2成型工艺：清理干净下面板30，在下面板30的一面上铺隔离膜，在下面
板30的另一面上涂上树脂基体，将裁剪好的纤维增强材料层铺在下面板30上，然
后涂覆树脂基体，重复进行铺纤维增强材料层和涂覆树脂基体，直至达到所需保险杠
厚度，铺隔离膜、最后铺透气毡；将预成型保险杠的周围贴上密封胶条，制得真空袋，
抽真空度至0.05MPa～0.09MPa，保持所述0.05MPa～0.09MPa条件下三小时后
脱模得到纤维增强复合材料保险杠。根据这个成型工艺得到如图2所示的保险杠结
构。图3所示的保险杠结构与图2所示的保险杠的制备工艺是相同的。
图4成型工艺：清理干净下面板30，在下面板30的一面上铺隔离膜，在下面
板30的另一面上涂上树脂基体，将裁剪好的纤维增强复合材料层铺在下面板30上，
然后涂覆树脂基体，重复进行铺纤维增强复合材料层和涂覆树脂基体，直至达到所需
下混杂纤维复合层102厚度，铺缓冲层50、铺上混杂纤维复合层101中的纤维增
强复合材料层、然后涂覆树脂基体，重复进行铺纤维增强复合材料层和涂覆树脂基体，
直至达到所需上混杂纤维复合层101厚度，铺上面板40，铺隔离膜、最后铺透气毡；
将预成型保险杠的周围贴上密封胶条，制得真空袋，抽真空度至0.05MPa～
0.09MPa，保持所述0.05MPa～0.09MPa条件下三小时后脱模得到纤维复合材料
保险杠。
图5成型工艺：清理模具，在模具上涂好脱模剂，将裁剪好的纤维增强材料铺
在模具上，然后涂覆树脂基体，重复进行铺纤维增强材料和涂覆树脂基体，直至形成
B纤维增强复合层板102；铺上缓冲层板50，涂覆树脂基体；然后铺A纤维增强复
合层板101(铺层方式与B纤维增强复合层板成型相同)；铺上缓冲层板51，涂覆
树脂基体，再次进行铺纤维增强材料和涂覆树脂基体，铺隔离膜、最后铺透气毡；将
预成型保险杠的周围贴上密封胶条，制得真空袋，抽真空度至0.05MPa～0.09MPa，
保持所述0.05MPa～0.09MPa条件下三小时后脱模得到纤维复合材料保险杠。
在本发明设计的结构中，当上面板层30选取金属层板(如钢板)时，则下面板
层40可以选取热塑性塑料板(如PVC板)。
在本发明设计的结构中，当上面板层30选取热塑性塑料板(如PVC板)时，
则下面板层40可以选取金属层板(如钢板)。
在本发明设计的结构中，当上面板层30选取金属层板(如钢板)时，则下面板
层40可以选取金属层板(如钢板)。
在本发明设计的结构中，当上面板层30选取热塑性塑料板(如PVC板)时，
则下面板层40可以选取热塑性塑料板(如PVC板)。
在本发明设计的结构中，当缓冲层50选取金属层板(如钢板)时，则上下面板
层可以选取热塑性塑料板(如PVC板)。
在本发明设计的结构中，当缓冲层50选取热塑性塑料板(如PVC板)时，则
上下面板层可以选取金属层板(如钢板)。
在本发明设计的结构中，当缓冲层50选取金属层板(如钢板)时，则上下面板
层可以选取金属层板(如钢板)。
在本发明设计的结构中，当缓冲层50选取热塑性塑料板(如PVC板)时，则
上下面板层可以选取热塑性塑料板(如PVC板)。
本发明设计的纤维增强复合材料保险杠，其纤维增强材料层与纤维增强材料层的
交错铺设厚度、纤维增强材料层上涂树脂基体的厚度与保险杠的厚度相关。即当汽车
用的保险杠所需的厚度设定后，通过对纤维增强材料层的铺层层数与树脂基体固化后
的厚度进行控制，便能够得到纤维增强复合材料保险杠。