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CN111452397B - 一种含太阳能电池薄膜的复合材料部件的量产制备方法 - Google Patents

一种含太阳能电池薄膜的复合材料部件的量产制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含太阳能电池薄膜的复合材料部件的量产制备方法，属于新能源汽车技术领域。本发明的部件结构包括柔性太阳能电池薄膜组件与高性能连续纤维复合材料，采用RTM工艺以较高的压力注射入快速固化树脂的方式进行一体成型，不仅赋予应用此类产品的汽车具有优异的续航提升效果，同时充分发挥高性能连续纤维复合材料轻质高强的材料特性；其制备工艺采用较高的注射压力和成型压力，不仅实现整个部件的快速生产节拍≤10min，同时提升外观质量、提升成品率，从而降低生产制造成本。

Description

一种含太阳能电池薄膜的复合材料部件的量产制备方法
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种含太阳能电池薄膜的复合材料部件的量产制备方法。
背景技术
近年来光伏产业发展迅速，其应用已延伸入各个领域。目前在新能源汽车行业中，太阳能电池薄膜受到越来越多汽车制造厂商的关注，其技术的不断发展已能够有效的为新能源电动汽车的续航能力带来可观的提升，还可为车内空调和其它设备用电，并延长汽车的行驶里程。
另一方面，在汽车轻量化趋势的推动下，高性能且轻质的材料已成为越来越多汽车制造厂商的选择。高性能纤维树脂基复合材料具有轻质高强的优异性能，既能实现新能源汽车的减重要求，又能满足相应汽车的各项物化性能及安全要求。
原则上太阳能电池的效能比越高，其本身的质量越轻，为新能源汽车带来的续航提升效果则越好。目前市面上拥有最高记录的基于柔性砷化镓的双结电池片薄膜的能源转换率可以高达31.6%，但现有的应用均在玻璃材质车身部件的表面，如顶盖天窗玻璃，相对纤维复合材料产品而言，其厚度更大，重量也更重；而且在工艺方面，产品的成型及与太阳能电池薄膜的结合无法做到一体成型。另外，集成太阳能电池组的纤维复合材料产品的制备工艺均为30min甚至更长生产节拍的低效率传统工艺，如预浸料成型工艺、VARI液体成型工艺或真空袋压工艺等，其成型周期较长，无法满足大规模生产的节拍需求；同时，由于其成型压力有限，外观质量和成品率也较难得到保证，往往需要繁琐的后处理，而这两者也都导致了更高的生产成本。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明通过利用高性能纤维、快速固化树脂体系并选用快速量产工艺，提供了一种可快速成型的含高效能比太阳能电池薄膜的高性能连续纤维复合材料结构的量产制备方法。
一种含太阳能电池薄膜的复合材料部件的量产制备方法，该部件包括太阳能电池薄膜组件与高性能连续纤维复合材料，采用RTM工艺注射快速固化树脂进行一体成型，具体包括以下步骤：
步骤1，将纤维织物铺叠，裁切成料块；
步骤2，将太阳能电池薄膜组件设置在步骤1的料块上；
步骤3，将设置有太阳能电池薄膜组件的料块置于模具内，合模后抽真空，注入预热混合的树脂材料，注完后在保温、保模压条件下静置，出模，即可得到含太阳能电池薄膜的复合材料部件。
进一步地，所述太阳能电池薄膜组件为柔性砷化镓双结或多结电池薄膜片，厚度小于20µm。
进一步地，所述高性能连续纤维复合材料为含层合板结构或夹芯结构，厚度为0.5mm~20mm。
进一步地，所述纤维织物的材质包括但不仅限于碳纤维、玻璃纤维或混合纤维，织物形式为经编轴向织物或机织物。
进一步地，步骤3中模具温度为70℃~150℃。
进一步地，步骤3中注入树脂材料采用高压或者中压的方式，所述高压为30~150bar，中压为5~30bar。
进一步地，步骤3中静置的时间小于6min。
进一步地，对于结构复杂的部件，可根据实际需要，在设置太阳能电池薄膜组件前将料块进行预成型处理。
进一步地，在步骤3的静置处理完成后，将模具开合使其处于半开模状态，注入表面保护树脂材料，合模固化，即可在部件表面形成保护层。
进一步地，所述保护层的厚度为100µm~350µm。
本发明提供的含太阳能电池薄膜且可一体化快速成型的高性能连续纤维复合材料产品，其产品结构将高效能比的柔性太阳能电池薄膜与高性能连续纤维复合材料结合，不仅赋予应用此类产品的汽车具有优异的续航提升效果，同时充分发挥高性能连续纤维复合材料轻质高强的材料特性，在满足各项物化性能的需求下，以传统金属顶盖为例，较金属材质可实现≥30%的减重效果；其制备工艺采用较高的注射压力和成型压力，不仅实现整个部件的快速生产节拍≤10min（不含表面保护层注入工序），同时提升外观质量、提升成品率，从而降低生产制造成本。
具体实施方式
本发明为一种含太阳能电池膜的复合材料结构的量产制备方法，其结构包括柔性太阳能电池薄膜组件与高性能连续纤维复合材料，采用RTM工艺以较高的压力注射入快速固化树脂的方式进行一体成型，RTM工艺为本领域所熟知的树脂转移模塑成型，包括但不仅限于HP-RTM、LP-RTM、C-RTM及S-RTM等其他同类RTM工艺形式。其中柔性太阳能电池薄膜为双结或多结砷化镓电池，较市面上更常见的晶硅电池相比拥有更好的阳光谱匹配能力，可吸收太阳光谱的短波段和长波段从而可达到更高的光电转换效率，其电池本体的厚度仅为＜20µm，则吸收率可等同厚度＞150µm的晶硅电池；复合材料的结构，包含层合板结构和夹芯结构等，厚度为0.5mm~20mm，其采用纤维高性能连续纤维，树脂为高性能快速固化树脂，其固化时间＜6min，整体部件成型节拍时间≤10min。
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
实施例1
一种汽车复合材料外饰件，由太阳能电池薄膜组件和高性能连续纤维复合材料组成；
太阳能电池薄膜组件为包含若干个柔性砷化镓双结或多结电池薄膜片的组件，其厚度小于20µm；
高纤维复合材料的纤维由连续纤维组成，连续纤维的材质包括但不仅限于碳纤维、玻璃纤维、混合纤维等，其织物形式可为经编轴向织物、机织物等；
复合材料所用树脂为高性能快速固化环氧树脂；
复合材料结构包含层合板结构和夹芯结构等，厚度为0.5mm~20mm。
其工艺制备方法包括以下步骤：
S1：备料：将上述纤维织物装置在料卷辊上；
S2：叠层及裁切：将料卷辊上织物的在展料台上进行对齐、展料和叠放，而后裁切为料块；
S3：预成型：将上述的料块抓取至已预热的平台上进行加热，温度达到织物上撒粉材料的熔融温度，随后将其抓取至预成型模具内而后合模并进行冷压预成型，再将成型的预制体抓取至预成型工装上并对余边进行裁剪，对于结构简单的外饰件，可以不用将料块预成型，直接将太阳能电池薄膜组件放置在料块上；
S4：放置太阳能电池薄膜：将太阳能电池薄膜组件放置在设定的位置上，可采用定位辅助装置以保证位置的准确；
S5：中/高压注射：将放置有太阳能电池薄膜的预制体置入温度为70℃~150℃的恒温压机模具中，依次进行合模、锁模和抽真空，并注射入按比例充分预热混合的树脂、固化剂及内脱模剂，配比为100：（10~30）：（1~5），其注射压力可为高压30~150bar，或中压5~30bar；
S6：固化：待上述的注射步骤完成后保持合模，保温，保模压≤6min以使模具内的注射料进行固化；
S7：取件：上述步骤完成后进行冷却和顶出，并取出完成的汽车外饰件产品。
上述步骤均可选择自动化生产以最大程度的实现去人工化操作，从而缩短生产节拍，大幅度提高了生产效率，同时也提升了生产的稳定性和产品质量。上述S1-S7为一个件的生产节拍，时间为≤10min。
实施例2
一种汽车复合材料外饰件，由太阳能电池薄膜组件和高性能连续纤维复合材料组成；
太阳能电池薄膜组件为包含若干个柔性砷化镓双结或多结电池薄膜片的组件，其厚度小于20µm；
高纤维复合材料的纤维由连续纤维组成，连续纤维的材质包括但不仅限于可为碳纤维、玻璃纤维、混合纤维等，其织物形式可为经编轴向织物、机织物等；
复合材料所用树脂为高性能快速固化环氧树脂，复合材料结构包含层合板结构和夹芯结构等，厚度为0.5mm~20mm。
其工艺制备方法包括以下步骤：
S1：备料：将上述纤维织物装置在料卷辊上；
S2：叠层及裁切：将料卷辊上织物的在展料台上进行对齐、展料和叠放，而后裁切为料块；
S3：预成型：将上述的料块抓取至已预热的平台上进行加热，温度达到织物上撒粉材料的熔融温度，随后将其抓取至预成型模具内而后合模并进行冷压预成型，再将成型的预制体抓取至预成型工装上并对余边进行裁剪，对于结构简单的外饰件，可以不用将料块预成型，直接将太阳能电池薄膜组件放置在料块上；
S4：放置太阳能电池薄膜：将太阳能电池薄膜组件放置在设定的位置上，可采用定位辅助装置以保证位置的准确；
S5：中/高压注射：将放置有太阳能电池薄膜的预制体置入温度为70℃~150℃的恒温压机模具中，依次进行合模、锁模和抽真空，并注射入按比例充分预热混合的树脂、固化剂及内脱模剂，配比为100：（10~30）：（1~5），其注射压力可为高压30~150bar，或中压5~30bar；
S6：固化：待上述的注射步骤完成后保持合模，保温，保模压≤6min以使模具内的注射料进行固化；
S7：表面保护层注入：上述步骤完成后，将模具的上下模轻微开合且处于半开模状态，随即注入一种表面保护树脂材料，其作用类似传统外观产品所喷的清漆，为产品起到等同于喷涂清漆的保护作用及美观效果。其注入时的模具温度仍维持固化时的温度，而后再次合模进行0.5min-3min的固化，该保护层厚度为30µm~400µm；
S8：取件：上述步骤完成后进行冷却和顶出，并取出完成的外饰件产品。该实施例的产品已无需再进行后续涂装，从而可更进一步节省繁琐的涂装所带来的时间和成本。
上述步骤均可选择自动化生产以最大程度的实现去人工化操作，从而缩短生产节拍，大幅度提高了生产效率，同时也提升了生产的稳定性和产品质量。上述S1-S8为一个件的生产节拍，时间为≤13min。

Claims (5)

1.一种含太阳能电池薄膜的复合材料部件的量产制备方法，其特征在于：该部件包括太阳能电池薄膜组件与高性能连续纤维复合材料，采用RTM工艺注射快速固化树脂进行一体成型，具体包括以下步骤：
步骤1，将纤维织物铺叠，裁切成料块；
步骤2，将太阳能电池薄膜组件设置在步骤1的料块上；
步骤3，将设置有太阳能电池薄膜组件的料块置于模具内，合模后抽真空，注入预热混合的树脂材料，注完后在保温、保模压条件下静置，出模，即可得到含太阳能电池薄膜的复合材料部件；
步骤1的料块需先进行预成型，然后再将太阳能电池薄膜组件设置在料块上，所述预成型是将料块抓取至已预热的平台上进行加热，温度达到纤维织物上撒粉材料的熔融温度，随后将其抓取至预成型模具内而后合模并进行冷压预成型，再将成型的预制体抓取至预成型工装上并对余边进行裁剪；
所述高性能连续纤维复合材料为含层合板结构或夹芯结构，厚度为0.5mm~20mm；
所述太阳能电池薄膜组件为柔性砷化镓双结或多结电池薄膜片，厚度小于20µm；
步骤3中注入树脂材料采用高压或者中压的方式，所述高压为30~150bar，中压为5~30bar；
步骤3中模具温度为70℃~150℃，树脂材料为高性能快速固化环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述纤维织物的材质为碳纤维、玻璃纤维或混合纤维，织物形式为经编轴向织物或机织物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中静置的时间小于6min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤3的静置处理完成后，将模具开合使其处于半开模状态，注入表面保护树脂材料，合模固化，即可在部件表面形成保护层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述保护层的厚度为30µm~400µm。
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