“Double-Double”铺层热塑性层合板及其在汽车结构中的应用潜力

汽车结构的轻量化是降低汽车能耗和增加续航里程的重要方式。虽然纤维增强环氧树脂等热固性基体复合材料具有极高的力学性能和轻量化潜力,但是较高的制造能耗、修复成本及较低的设计和制造效率,阻碍了其在汽车结构中的广泛应用。本文采用一种新型“Double-Double”铺层(DD)热塑性层合板([±Ф/±Ψ]n),试图解决以上问题。文中分析了DD层合板相较于π/4铺层(Quad)层合板在轻量化设计方面的优势,并且对比了不同铺层方式(DD、Woven、Quad铺层)及不同基体材料(热固性基体环氧树脂、热塑性基体尼龙6)层合板的力学性能和设计分析流程。结果表明:高轴向刚度DD层合板在主要载荷方向的刚度及强度远高于相同纤维、基体的Woven层合板;DD层合板的刚度性能与相同纤维、基体的Quad层合板相近,但是DD层合板的设计效率高于Quad层合板。同时,对碳纤维增强尼龙6复合材料(carbon/PA6)的DD热塑性层合板的研究发现,虽然单向carbon/PA6的拉伸模量和拉伸强度低于单向carbon/epoxy,但是DD carbon/PA6层合板仍可通过铺层设计,使主要载荷方向上的刚度和强度超过Woven carbon/epoxy层合板。并且热塑性Carbon/PA6具有优异的可修复性和回收再利用性,显示出应用于汽车结构设计的优势。