CN102995901A - 复合材料臂架、工程机械及复合材料臂架的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料臂架，该复合材料臂架包括由纤维材料和基体树脂制成的纤维复合材料层（1），其中，该复合材料臂架还包括结合在该纤维复合材料层外部的耐冲击层（2），该耐冲击层由耐冲击材料制成。还公开了一种具有上述复合材料臂架的工程机械。还公开了一种复合材料臂架的制造方法，该制造方法包括提供纤维复合材料层（1）的步骤，其中，该制造方法还包括结合步骤：在纤维复合材料层外部结合耐冲击层（2），该耐冲击层由耐冲击材料制成。通过上述技术方案，在臂架的装配、运输及使用过程中，耐冲击层能够起到保护作用，即使受到碰撞也不易使得臂架被破坏，提高了臂架的耐冲击性能。

Description

复合材料臂架、工程机械及复合材料臂架的制造方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种工程机械的复合材料臂架，还涉及该复合材料臂架的制造方法。

背景技术

由于由纤维材料（例如碳纤维）和基体树脂制成的纤维复合材料具有轻质高强度、可设计性好、耐腐蚀、耐疲劳等一系列优点，因此在机械行业尤其是工程机械行业得到了越来越广泛的应用。目前越来越多的工程机械（例如泵车）的臂架采用复合材料制成，即包括由纤维材料和基体树脂制成的纤维复合材料层。为了提高臂架的美观性能，有时还在纤维复合材料层外部涂覆一层涂料层。随着纤维复合材料在臂架上的规模化应用，对复合材料臂架的维护及修理也得到了越来越多的关注。由于纤维复合材料耐冲击性能较差，而涂料层较薄较脆，也基本无法起到保护作用，因此在臂架的装配、运输及使用过程中，容易因碰撞而导致臂架表面的破坏，成为破坏的起点，在应力作用下极易导致裂纹的扩散，最终使得臂架损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种不易损坏的复合材料臂架。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种复合材料臂架，该复合材料臂架包括由纤维材料和基体树脂制成的纤维复合材料层，其中，该复合材料臂架还包括结合在该纤维复合材料层外部的耐冲击层，该耐冲击层由耐冲击材料制成。

优选地，所述耐冲击层由弹性材料制成。

优选地，所述弹性材料为聚氨酯材料和/或橡胶。

优选地，所述耐冲击层由发泡塑料制成。

优选地，所述发泡塑料为选自聚氨酯发泡塑料、聚苯乙烯发泡塑料、聚氯乙烯发泡塑料中的一者或多者。

优选地，所述耐冲击层的厚度为0.3-5.5mm。

优选地，该复合材料臂架还包括涂覆在所述耐冲击层外部的涂料层。

另一方面，本发明还提供了一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括如上文所述的复合材料臂架。

还另一方面，本发明还提供了一种复合材料臂架的制造方法，该制造方法包括提供纤维复合材料层的步骤，该纤维复合材料层由纤维材料和基体树脂制成，其特征在于，该制造方法还包括结合步骤：在所述纤维复合材料层外部结合耐冲击层，该耐冲击层由耐冲击材料制成。

优选地，在所述结合步骤中，通过在所述纤维复合材料层外部涂覆液态耐冲击材料并使之固化，以将所述耐冲击层结合到所述纤维复合材料层外部。

优选地，所述液态耐冲击材料选自液态聚氨酯、液态橡胶中的一者或两者。

优选地，所述液态耐冲击材料的固化温度低于所述纤维复合材料层的基体树脂的玻璃化转变温度。

优选地，所述液态耐冲击材料的涂覆厚度为0.5-5mm。

优选地，在所述结合步骤中，通过将预先形成的耐冲击层固定到所述纤维复合材料层外部，以将所述耐冲击层结合到所述纤维复合材料层外部。

优选地，所述耐冲击层由发泡塑料制成。

优选地，所述耐冲击层的厚度为0.3-5.5mm。

优选地，该制造方法还包括涂覆步骤：在所述耐冲击层外部涂覆涂料层。

通过上述技术方案，由于复合材料臂架的纤维复合材料层的外部还结合有耐冲击层，因此在臂架的装配、运输及使用过程中，耐冲击层能够起到保护作用，即使受到碰撞也不易使得臂架被破坏，提高了臂架的耐冲击性能。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一种优选实施方式的复合材料臂架的截面示意图。

附图标记说明

1 纤维复合材料层；2 耐冲击层；

3 涂料层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式提供了一种复合材料臂架，该复合材料臂架包括由纤维材料和基体树脂制成的纤维复合材料层1，其中，该复合材料臂架还包括结合在该纤维复合材料层1外部的耐冲击层2，该耐冲击层2由耐冲击材料制成。

通过上述技术方案，由于复合材料臂架的纤维复合材料层1的外部还结合有耐冲击层2，因此在臂架的装配、运输及使用过程中，耐冲击层2能够起到保护作用，即使受到碰撞也不易使得臂架被破坏，提高了臂架的耐冲击性能。

本发明不涉及对所述复合材料臂架的整体形状的改变，也就是说，复合材料臂架的整体形状的结构可以与现有的臂架相同，例如可以大致为中空的矩形横截面的矩形结构。

耐冲击层2采用耐冲击材料制成，例如可以由弹性材料或发泡塑料制成。

所述弹性材料优选地由聚氨酯材料和/或橡胶制成，聚氨酯材料的韧性较高，具有优异的耐冲击性能，尤其是与纤维复合材料相比，聚氨酯材料、橡胶等弹性材料在耐冲击性能方面更加优异。而且，如果在耐冲击层2的外部再设置涂覆层3时（如下文所述），由于聚氨酯材料比纤维复合材料层更易于与涂覆层相结合，因此能够延长涂覆层的使用寿命，保护臂架的外观。橡胶的弹性较好，也具有优异的耐冲击性能。此外，橡胶制成的耐冲击层2还能够使臂架免受紫外线、水及空气等环境因素的影响，提高其耐老化性能，延长臂架的使用寿命。橡胶例如可以为聚丁二烯橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、无规羧基聚丁二烯橡胶、端羟基聚丁二烯橡胶、端羧基聚丁二烯橡胶、聚硫橡胶等。

耐冲击层2优选地还可以由发泡塑料制成。发泡塑料具有优异的耐冲击性能，尤其是与纤维复合材料相比，发泡塑料在耐冲击性能方面更加优异。发泡塑料例如可以选自聚氨酯发泡塑料、聚苯乙烯发泡塑料、聚氯乙烯发泡塑料中的一者或多者。

所述耐冲击层2的厚度例如可以为0.3-5.5mm，例如2-4mm。

优选地，如图1所示，复合材料臂架还可以包括涂覆在所述耐冲击层2外部的涂料层3。该涂料层3能够提高臂架的美观性能。

本发明提到的纤维复合材料层1由纤维材料和基体树脂制成，纤维复合材料也称为纤维增强树脂复合材料。纤维复合材料层1可以采用各种适当的纤维材料与基体树脂复合而制成，纤维材料例如可以选自玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维中的一者或多者。优选地，纤维复合材料层1由碳纤维材料和基体树脂制成。碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等一系列优点。基体树脂例如可以为不饱和聚酯、乙烯基树脂、酚醛树脂等，例如可以采用工艺性较好、强度较高且韧性较好的环氧树脂体系。

上述复合材料臂架可以应用于各种适当的机械，例如应用于泵车等工程机械。因此，另一方面，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包括根据上文所述的复合材料臂架。该工程机械例如可以为泵车等。

还另一方面，本发明还提供了一种复合材料臂架的制造方法，该制造方法包括提供纤维复合材料层1的步骤，该纤维复合材料层1由纤维材料和基体树脂制成，其中，该制造方法还包括结合步骤：在所述纤维复合材料层1外部结合耐冲击层2，该耐冲击层2由耐冲击材料制成。

通过上述技术方案，由于复合材料臂架的纤维复合材料层1的外部还结合有耐冲击层2，因此在臂架的装配、运输及使用过程中，耐冲击层2能够起到保护作用，即使受到碰撞也不易使得臂架被破坏，提高了臂架的耐冲击性能。

在所述结合步骤之前，可以先对纤维复合材料层1进行打磨（例如采用300-600目的砂纸进行打磨），以增强纤维复合材料层1与耐冲击层2的粘接能力。

优选地，在所述结合步骤中，通过在所述纤维复合材料层1外部涂覆液态耐冲击材料并使之固化，以将所述耐冲击层2结合到所述纤维复合材料层1外部。该工艺过程简单，施工方便，纤维复合材料层1与耐冲击层2结合紧密。

所述液态耐冲击材料可以选自液态聚氨酯、液态橡胶中的一者或两者，其在固化前为一类分子量降低的线性聚合物，具有较好的流动性，能进行喷涂并具有良好的涂覆性。涂覆后，通过将该液态耐冲击材料加热至预定温度，例如加热至25-80℃并加热8-24h，使其发生固化反应成为固体结构，形成耐冲击层2。优选地，所述液态耐冲击材料的固化温度低于所述纤维复合材料层1的基体树脂的玻璃化转变温度，以免使得纤维复合材料层1的性能恶化。所述液态耐冲击材料的涂覆厚度例如可以为0.5-5mm。在臂架的容易发生碰撞、刮擦的部位（例如臂架靠近输送管侧）可以适当地增加涂覆厚度，以便进一步提高臂架的耐冲击性能。

除了通过上述涂覆液态耐冲击材料然后使其固化的方式形成所述耐冲击材料层2之外，还可以通过其他方式来形成耐冲击材料层。例如，在所述结合步骤中，通过将预先形成的耐冲击层2固定到所述纤维复合材料层1外部，以将所述耐冲击层2结合到所述纤维复合材料层1外部。所述耐冲击层2可以由发泡塑料制成。发泡塑料例如可以选自聚氨酯发泡塑料、聚苯乙烯发泡塑料、聚氯乙烯发泡塑料中的一者或多者。

所述耐冲击层2的厚度例如可以为0.3-5.5mm，例如2-4mm。

优选地，该制造方法还包括涂覆步骤：在所述耐冲击层2外部涂覆涂料层3。该涂料层3能够提高臂架的美观性能。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (17)

1.一种复合材料臂架，该复合材料臂架包括由纤维材料和基体树脂制成的纤维复合材料层（1），其特征在于，该复合材料臂架还包括结合在该纤维复合材料层（1）外部的耐冲击层（2），该耐冲击层（2）由耐冲击材料制成。

2.根据权利要求1所述的复合材料臂架，其特征在于，所述耐冲击层（2）由弹性材料制成。

3.根据权利要求2所述的复合材料臂架，其特征在于，所述弹性材料为聚氨酯材料和/或橡胶。

4.根据权利要求1所述的复合材料臂架，其特征在于，所述耐冲击层（2）由发泡塑料制成。

5.根据权利要求4所述的复合材料臂架，其特征在于，所述发泡塑料为选自聚氨酯发泡塑料、聚苯乙烯发泡塑料、聚氯乙烯发泡塑料中的一者或多者。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的复合材料臂架，其特征在于，所述耐冲击层（2）的厚度为0.3-5.5mm。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的复合材料臂架，其特征在于，该复合材料臂架还包括涂覆在所述耐冲击层（2）外部的涂料层（3）。

8.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括根据权利要求1至7中任意一项所述的复合材料臂架。

9.一种复合材料臂架的制造方法，该制造方法包括提供纤维复合材料层（1）的步骤，该纤维复合材料层（1）由纤维材料和基体树脂制成，其特征在于，该制造方法还包括结合步骤：在所述纤维复合材料层（1）外部结合耐冲击层（2），该耐冲击层（2）由耐冲击材料制成。

10.根据权利要求9所述的复合材料臂架的制造方法，其特征在于，在所述结合步骤中，通过在所述纤维复合材料层（1）外部涂覆液态耐冲击材料并使之固化，以将所述耐冲击层（2）结合到所述纤维复合材料层（1）外部。

11.根据权利要求10所述的复合材料臂架的制造方法，其特征在于，所述液态耐冲击材料选自液态聚氨酯、液态橡胶中的一者或两者。

12.根据权利要求10所述的复合材料臂架的制造方法，其特征在于，所述液态耐冲击材料的固化温度低于所述纤维复合材料层（1）的基体树脂的玻璃化转变温度。

13.根据权利要求10所述的复合材料臂架的制造方法，其特征在于，所述液态耐冲击材料的涂覆厚度为0.5-5mm。

14.根据权利要求9所述的复合材料臂架的制造方法，其特征在于，在所述结合步骤中，通过将预先形成的耐冲击层（2）固定到所述纤维复合材料层（1）外部，以将所述耐冲击层（2）结合到所述纤维复合材料层（1）外部。

15.根据权利要求14所述的复合材料臂架的制造方法，其特征在于，所述耐冲击层（2）由发泡塑料制成。

16.根据权利要求9-15中任意一项所述的复合材料臂架的制造方法，其特征在于，所述耐冲击层（2）的厚度为0.3-5.5mm。

17.根据权利要求9-15中任意一项所述的复合材料臂架的制造方法，其特征在于，该制造方法还包括涂覆步骤：在所述耐冲击层（2）外部涂覆涂料层（3）。

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