CN105065499B - 一种包含绝缘止裂层的碳纤维同步器齿环 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包含绝缘止裂层的碳纤维同步器齿环，所述的碳纤维同步器齿环的基体表面粘接有碳纤维层和绝缘止裂层，在成型模具中一定压力和温度下固化而成。所述的基体表面包括碳纤维同步器齿环的内侧圆周壁面和外侧圆周壁面。本发明通过在碳纤维层及碳纤维同步器齿环的基体表面之间增加绝缘止裂层，以避免碳纤维层和碳纤维同步器齿环的基体表面之间产生的电化学腐蚀、碳纤维与碳纤维同步器齿环的基体表面热膨胀系数不匹配致碳纤维层脱落问题，大大提高同步器齿环的使用寿命。

Description

一种包含绝缘止裂层的碳纤维同步器齿环

技术领域

本发明属于汽车变速箱技术领域，具体涉及一种碳纤维同步器齿环。

背景技术

同步器是变速箱的重要组成部分,它能够有效地保证换档的平顺、简化操作、减轻驾驶员的劳动强度。随着卡车向大吨位、大扭矩的方向发展,对同步器提出了越来越高的要求,传统的铜合金同步环的强度已经无法满足使用要求,由于碳纤维摩擦材料具有较大且稳定的摩擦系数、耐高温、耐腐蚀、抗冲击、耐磨损等特性，近年来成为该行业研究热点，并得到了一定的应用。但由于碳纤维和金属基体间存在电化学腐蚀，长时间使用后，容易致碳纤维摩擦材料脱落。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维同步器齿环，解决碳纤维与金属间的电化学问题，提高碳纤维同步器的使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种包含绝缘止裂层的碳纤维同步器齿环，所述的碳纤维同步器齿环的基体表面粘接有碳纤维层和绝缘止裂层，所述的基体表面包括碳纤维同步器齿环的内侧圆周壁面和外侧圆周壁面。

碳纤维层及绝缘止裂层裁切成所需形状，利用耐高温胶黏剂粘接于金属胚体表面，在成型模具中一定压力和温度下固化而成。

优选地，所述的绝缘止裂层粘接于碳纤维层与碳纤维同步器齿环的基体表面中间。

优选地，所述的绝缘止裂层的材料包含但不限于玻璃纤维织物(毡)、芳纶纤维织物(毡)或玄武岩纤维织物(毡)等。

本发明的优点在于：

本发明通过在碳纤维层及碳纤维同步器齿环的基体表面之间增加绝缘止裂层，以避免碳纤维层和碳纤维同步器齿环的基体表面之间产生的电化学腐蚀、碳纤维与碳纤维同步器齿环的基体表面热膨胀系数不匹配致碳纤维层脱落问题，大大提高同步器齿环的使用寿命。

附图说明

图1A和图1B为本发明碳纤维同步器齿环剖面示意图；

图2为湿法预浸工艺示意图。

图中：

101.碳纤维层；102.绝缘止裂层；103.金属坯体；201.碳纤维织物；202.玻璃纤维织物；203.导布辊；204.张力辊；205.树脂胶槽；206.挤胶辊；207.烘箱；208.离型纸；209.PE膜；210.预浸料。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

如图1A和图1B所示，本发明提供一种包含绝缘止裂层的碳纤维同步器齿环，所述的碳纤维同步器齿环包括碳纤维层101、绝缘止裂层102及金属胚体103，所述的碳纤维层101和绝缘止裂层102粘接于金属胚体103的表面。所述的金属胚体103是指同步器齿环基体。所述的金属胚体103的表面包括所述同步器齿环基体的内侧圆周壁面和外侧圆周壁面。优选地，将所述的绝缘止裂层102粘接在金属胚体103与碳纤维层101之间。所述的绝缘止裂层102的材料选取玻璃纤维织物、玻璃纤维毡、芳纶纤维织物、芳纶纤维毡、玄武岩纤维织物、玄武岩纤维毡或玻璃纤维织物载体环氧胶膜等。所述的碳纤维层101为碳纤维平纹布、碳纤维织物(或碳纤维毡)增强树脂基复合材料或碳纤维织物(或碳纤维毡)增强碳基复合材料。

所述碳纤维层101厚度为0.1～1mm。所述绝缘止裂层102厚度为0.1～0.4mm。

所述的粘接采用耐高温胶黏剂，室温剪切强度大于25MPa，200℃剪切强度大于10MPa。所述的耐高温胶黏剂的形态为液态或胶膜。所述的耐高温胶黏剂选取环氧树脂体系胶黏剂、酚醛树脂体系胶黏剂或双马来酰亚胺树脂体系胶黏剂等。

本发明还提供一种包含绝缘止裂层的碳纤维同步器齿环的制备方法，所述的制备方法通过如下的两个实施例进行说明。

实施例一：

如图1所示的一种碳纤维同步器齿环，在金属胚体103和碳纤维层101之间制备一层绝缘止裂层102，所述的碳纤维层101选取材料为碳纤维织物201，所述的绝缘止裂层102选取材料为玻璃纤维织物202，金属胚体103为钢制同步器齿环基体。其制备工艺包含以下步骤：

第一步：选取厚度为0.42mm、克重为400g/m²的6K碳纤维织物201，及厚度为0.15mm、克重为163g/m²的1016型电子玻璃纤维织物202，将所述的6K碳纤维织物201和1016型电子玻璃纤维织物202一道安装至预浸设备(也称预浸料设备)。

第二步：将环氧树脂体系与丁酮混合均匀，保证混合溶液密度0.9-1.0g/cm³，倒入树脂胶槽205。

第三步：将碳纤维织物201及玻璃纤维织物202依次通过导布辊203、张力辊204、树脂胶槽205、挤胶辊206和烘箱207，然后在纤维织物两侧分别附上离型纸208及PE膜209，离型纸208和PE膜209均起到隔离作用，防止预浸料间在卷绕过程中的接触，最终收卷成预浸料210备用。

所得碳纤维织物及玻璃纤维织物制备得到的预浸料中树脂重量含量为15％。

第四步：利用裁床将预浸料210按照所需形状进行裁切备用。

第五步：将钢制同步器齿环胚体的内侧圆周壁面和外侧圆周壁面进行喷砂处理，并采用乙酸乙酯将同步器齿环胚体的内侧圆周壁面和外侧圆周壁面清理干净备用。

第六步：配置环氧胶黏剂。

第七步：将环氧胶黏剂分别涂刷至已裁好的并去除离型纸208和PE膜209的预浸料210表面和钢制同步器齿环基体表面上，粘贴，置于模具中，施加压力0.5MPa，紧固。粘贴过程中保证玻璃纤维织物一侧与同步器齿环基体表面连接。

第八步：置于固化用烘箱中，升温至60～80℃保温0.5～4h，再升温至120～150℃保温0.5～3h，再升温至180～200℃保温1～2h，降温至60℃下取出，脱模。

第九步：车床机加工去除毛边，得到碳纤维同步器齿环制品。

实施例二：

本发明提供的一种包含绝缘止裂层的碳纤维同步器齿环，在同步器齿环胚体的基体表面与碳纤维层之间制备一层绝缘止裂层，所述的碳纤维层101选取材料为碳纤维织物增强碳基复合材料，所述的绝缘止裂层选取材料为玻璃纤维布载体环氧胶膜。所述的玻璃纤维布载体环氧胶膜是将环氧树脂(胶黏剂)粘结在玻璃纤维布(绝缘层)两个表面形成。其制备工艺包括以下步骤：

第一步：选取厚度为0.34mm、克重为280g的3k碳纤维平纹布，采用化学气相沉积工艺制备成密度为1.8g/cm³的碳纤维织物增强碳基复合材料。

第二步：利用冲床将碳纤维织物增强碳基复合材料裁切成所需形状。

第三步：利用裁床将玻璃纤维织物载体环氧胶膜裁切成所需形状。

第四步：利用玻璃纤维织物载体环氧胶膜将碳纤维织物增强碳基复合材料与金属胚体进行粘接，放置于模具中，施加压力0.7MPa，紧固。

第五步：将粘接好的同步器齿环放入固化用烘箱中，升温至150℃保温1h，然后升温至200℃保温1h，降温至60℃下取出，脱模。

第六步：车床机加工去除毛边，得到碳纤维同步器齿环制品。

上述方法制备得到的同步器齿环，基体的热膨胀系数约13.0×10^-6/℃，玻璃纤维复合材料热膨胀系数约11.0×10^-6/℃，碳纤维复合材料热膨胀系数约3.0×10^-6/℃，碳纤维复合材料与同步器齿环热膨胀系数差异大，易产生界面应力，而玻璃纤维复合材料层可以起到缓解作用。

碳纤维复合材料和齿环基体材料自腐蚀电位可达-0.7V，而玻璃纤维不导电，与齿环基体材料无电位差。

上述实施例中由于采用绝缘止裂层结构，有效避免了碳纤维层和碳纤维同步器齿环的基体表面之间产生的电化学腐蚀、碳纤维与碳纤维同步器齿环的基体表面热膨胀系数不匹配致碳纤维层脱落问题，大大提高同步器齿环的使用寿命。

Claims (2)

1.一种包含绝缘止裂层的碳纤维同步器齿环的制备方法，其特征在于：

第一步：选取碳纤维织物及玻璃纤维织物，将所述的碳纤维织物和玻璃纤维织物一道安装至预浸设备；

第二步：将环氧树脂体系与丁酮混合均匀，保证混合溶液密度0.9～1.0g/cm³，倒入树脂胶槽；

第三步：将碳纤维织物及玻璃纤维织物依次通过导布辊、张力辊、树脂胶槽、挤胶辊和烘箱，然后在纤维织物两侧分别附上离型纸及PE膜，最终收卷成预浸料备用；

第四步：利用裁床将预浸料按照所需形状进行裁切备用；

第五步：将钢制同步器齿环胚体的内侧圆周壁面和外侧圆周壁面进行喷砂处理，并采用乙酸乙酯将同步器齿环胚体的内侧圆周壁面和外侧圆周壁面清理干净备用；

第六步：配置环氧胶黏剂；

第七步：将环氧胶黏剂分别涂刷至已裁好的并去除离型纸和PE膜的预浸料表面和钢制同步器齿环基体表面上，粘贴，置于模具中，施加压力0.5MPa，紧固；粘贴过程中保证玻璃纤维织物一侧与同步器齿环基体表面连接；

第八步：置于固化用烘箱中，升温至60～80℃保温0.5～4h，再升温至120～150℃保温0.5～3h，再升温至180～200℃保温1～2h，降温至60℃下取出，脱模；

第九步：车床机加工去除毛边，得到碳纤维同步器齿环制品；

所述的碳纤维同步器齿环的基体表面粘接有碳纤维层和绝缘止裂层，所述的基体表面包括碳纤维同步器齿环的内侧圆周壁面和外侧圆周壁面；所述的绝缘止裂层粘接在碳纤维同步齿环的基体表面与碳纤维层之间。

2.根据权利要求1所述的一种包含绝缘止裂层的碳纤维同步器齿环的制备方法，其特征在于：所得碳纤维织物及玻璃纤维织物制备得到的预浸料中树脂重量含量为15％。