CN107698937A - 一种螺旋弹簧用复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，所述的复合材料由螺旋纳米碳纤维和环氧树脂648制备而成，所述的制备方法包括如下步骤：a）制备螺旋纳米碳纤维，b）氧化处理螺旋纳米碳纤维，c）制备复合材料。本发明揭示了一种螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，该复合材料具有轻质、高强度、耐酸碱的优异性能，同时具有出众的弹性和力学性能，应用前景广阔。

Description

一种螺旋弹簧用复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种弹簧材料制备方法，具体涉及一种螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，属于弹簧技术领域。
背景技术
弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件，其作为工业系统中的一个重要元件，有着很大的使用量，而且种类繁多。弹簧行业在整个制造业当中虽然是一个小行业，但其所起到的作用非常重要。国家的工业制造业、汽车工业要加快发展，作为基础件、零部件之一的弹簧行业就更加需要有一个发展的超前期，才能适应国家整个工业的快速发展。另外，弹簧产品规模品种的扩大、质量水平的提高也是机械设备更新换代的需要和配套主机性能提高的需要，因此，整个国家工业的发展，弹簧产品是起到重要作用的。
圆柱螺旋弹簧是各类弹簧中应用最为广泛的一类弹簧。目前，圆柱螺旋弹簧大多采用金属材质，虽能保证弹簧应有的弹性和力学性能，但存在质量重、易腐蚀、生产成本大、使用寿命短等问题，从而导致圆柱螺旋弹簧的使用性能受到很大影响，使用范围受到一定的限制。碳纤维复合材料具有质轻、高强度、耐酸碱的优异性能，同时制备工艺简单，生产成本低，应用于螺旋弹簧具有普通金属弹簧所不具有的优势，因此，开发一种用于螺旋弹簧的复合材料显得非常必要。
发明内容
针对上述需求，本发明提供了一种螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，该复合材料具有轻质、高强度、耐酸碱的优异性能，同时具有出众的弹性和力学性能，应用前景广阔。
本发明是一种螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，所述的复合材料由螺旋纳米碳纤维和环氧树脂648制备而成，所述的制备方法包括如下步骤：a）制备螺旋纳米碳纤维，b）氧化处理螺旋纳米碳纤维，c）制备复合材料。
在本发明一较佳实施例中，所述的螺旋纳米碳纤维和环氧树脂648占复合材料的质量百分比分别为：螺旋纳米碳纤维4～5%，环氧树脂95～96%。
在本发明一较佳实施例中，所述的步骤a）中，制备螺旋纳米碳纤维包括如下步骤：1）将表面涂覆了纳米级镍粉的石墨片放入石英反应器，在氮气保护下升温至735℃；2）将反应混合气体充入反应器中，反应50～60min；3）在氮气保护下冷却至室温，取出基体并刮取基体上的纳米碳纤维。
在本发明一较佳实施例中，所述的反应混合气体由氢气和乙炔按体积比4：3混合而成。
在本发明一较佳实施例中，所述的步骤b）中，氧化处理螺旋纳米碳纤维包括如下步骤：1）将制取的螺旋纳米碳纤维放入浓硝酸中，加热至65℃并搅拌40～50min；2）超声振荡处理60min后取出过滤，得到氧化处理后的碳纤维；3）用蒸馏水洗净后置于120℃真空干燥箱中干燥3h。
在本发明一较佳实施例中，所述的螺旋纳米碳纤维与浓硝酸的质量体积配比为0.02g/mL。
在本发明一较佳实施例中，所述的步骤c）中，制备复合材料包括如下步骤：1）将环氧树脂648放入沸腾的蒸馏水中配制成10%的混合溶液；2）将螺旋纳米碳纤维放入混合溶液中搅拌30～40min；3）静置脱泡后浇入模具中并在105℃恒温箱中干燥成型。
本发明揭示了一种螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，该复合材料具有轻质、高强度、耐酸碱的优异性能，同时具有出众的弹性和力学性能，应用前景广阔。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例螺旋弹簧用复合材料制备方法的工序步骤图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
图1是本发明实施例螺旋弹簧用复合材料制备方法的工序步骤图；该复合材料由螺旋纳米碳纤维和环氧树脂648制备而成，所述的制备方法包括如下步骤：a）制备螺旋纳米碳纤维，b）氧化处理螺旋纳米碳纤维，c）制备复合材料。
本发明提及的螺旋弹簧用复合材料以环氧树脂648为基体，通过溶液法将螺旋纳米碳纤维均匀分散在环氧树脂基体中，从而有效增强了复合材料的力学性能。其中，螺旋纳米碳纤维先以镍为催化剂采用化学气相沉积法进行制备，再通过浓硝酸氧化法和超声振荡进行处理，以便于有效切断碳纤维，同时在碳纤维表面引入含氧官能团，从而有利于同环氧树脂的复合。由于螺旋纳米碳纤维具有高强度和高比模量的力学性能，以及直径小、长径比大的特点，故在复合材料中起到了极其重要的性能增强作用。
实施例1
具体制备方法如下：
a）制备螺旋纳米碳纤维，具体制备过程为：首先在石墨片上均匀涂覆纳米级镍粉，再将石墨片放入石英反应器，在氮气保护下以25℃/min的速率升温至735℃；然后将体积比为4：3的氢气和乙炔混合反应气体充入反应器中，反应60min；待反应结束后，在氮气保护下冷却至室温，随后取出基体并刮取基体上的纳米碳纤维。
b）氧化处理螺旋纳米碳纤维，先将步骤a）制取的螺旋纳米碳纤维放入盛有浓硝酸的磁力加热搅拌容器中，其中，螺旋纳米碳纤维与浓硝酸的质量体积配比为0.02g/mL；再加热至65℃，搅拌50min；然后用超声分散仪超声振荡处理60min，再取出过滤，得到氧化处理后的碳纤维；最后用蒸馏水洗净并置于120℃真空干燥箱中干燥3h。
c）制备复合材料，具体制备过程为：首先按质量百分比称取4%的螺旋纳米碳纤维、96%的环氧树脂648；再将环氧树脂648放入沸腾的蒸馏水中，充分搅拌至环氧树脂完全溶解，配制成10%的混合溶液；然后将螺旋纳米碳纤维放入混合溶液中搅拌40min；随后静置脱泡，之后浇入模具中，并在105℃恒温箱中干燥成型，得到螺旋纳米碳纤维/环氧树脂648复合材料。
实施例2
具体制备方法如下：
a）制备螺旋纳米碳纤维，具体制备过程为：首先在石墨片上均匀涂覆纳米级镍粉，再将石墨片放入石英反应器，在氮气保护下以25℃/min的速率升温至735℃；然后将体积比为4：3的氢气和乙炔混合反应气体充入反应器中，反应50min；待反应结束后，在氮气保护下冷却至室温，随后取出基体并刮取基体上的纳米碳纤维。
b）氧化处理螺旋纳米碳纤维，先将步骤a）制取的螺旋纳米碳纤维放入盛有浓硝酸的磁力加热搅拌容器中，其中，螺旋纳米碳纤维与浓硝酸的质量体积配比为0.02g/mL；再加热至65℃，搅拌40min；然后用超声分散仪超声振荡处理60min，再取出过滤，得到氧化处理后的碳纤维；最后用蒸馏水洗净并置于120℃真空干燥箱中干燥3h。
c）制备复合材料，具体制备过程为：首先按质量百分比称取5%的螺旋纳米碳纤维、95%的环氧树脂648；再将环氧树脂648放入沸腾的蒸馏水中，充分搅拌至环氧树脂完全溶解，配制成10%的混合溶液；然后将螺旋纳米碳纤维放入混合溶液中搅拌30min；随后静置脱泡，之后浇入模具中，并在105℃恒温箱中干燥成型，得到螺旋纳米碳纤维/环氧树脂648复合材料。
本发明揭示了一种螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，该复合材料具有轻质、高强度、耐酸碱的优异性能，同时具有出众的弹性和力学性能，应用前景广阔。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的复合材料由螺旋纳米碳纤维和环氧树脂648制备而成，所述的制备方法包括如下步骤：a）制备螺旋纳米碳纤维，b）氧化处理螺旋纳米碳纤维，c）制备复合材料。
2.根据权利要求1所述的螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的螺旋纳米碳纤维和环氧树脂648占复合材料的质量百分比分别为：螺旋纳米碳纤维4～5%，环氧树脂95～96%。
3.根据权利要求1所述的螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的步骤a）中，制备螺旋纳米碳纤维包括如下步骤：1）将表面涂覆了纳米级镍粉的石墨片放入石英反应器，在氮气保护下升温至735℃；2）将反应混合气体充入反应器中，反应50～60min；3）在氮气保护下冷却至室温，取出基体并刮取基体上的纳米碳纤维。
4.根据权利要求3所述的螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的反应混合气体由氢气和乙炔按体积比4：3混合而成。
5.根据权利要求1所述的螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的步骤b）中，氧化处理螺旋纳米碳纤维包括如下步骤：1）将制取的螺旋纳米碳纤维放入浓硝酸中，加热至65℃并搅拌40～50min；2）超声振荡处理60min后取出过滤，得到氧化处理后的碳纤维；3）用蒸馏水洗净后置于120℃真空干燥箱中干燥3h。
6.根据权利要求5所述的螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的螺旋纳米碳纤维与浓硝酸的质量体积配比为0.02g/mL。
7.根据权利要求1所述的螺旋弹簧用复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的步骤c）中，制备复合材料包括如下步骤：1）将环氧树脂648放入沸腾的蒸馏水中配制成10%的混合溶液；2）将螺旋纳米碳纤维放入混合溶液中搅拌30～40min；3）静置脱泡后浇入模具中并在105℃恒温箱中干燥成型。
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