CN107867336A - 一种悬臂梁支撑装置及其制造方法 - Google Patents

一种悬臂梁支撑装置及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107867336A
CN107867336A CN201710934726.6A CN201710934726A CN107867336A CN 107867336 A CN107867336 A CN 107867336A CN 201710934726 A CN201710934726 A CN 201710934726A CN 107867336 A CN107867336 A CN 107867336A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
resin
cantilever beam
support meanss
composite materials
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710934726.6A
Other languages
English (en)
Inventor
张伟
杨海洋
郑梯和
王全兵
李旭武
刘爱学
黄安民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd filed Critical Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Priority to CN201710934726.6A priority Critical patent/CN107867336A/zh
Publication of CN107867336A publication Critical patent/CN107867336A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/08—Front or rear portions
    • B62D25/16—Mud-guards or wings; Wheel cover panels
    • B62D25/163—Mounting devices
    • B62D25/166—Mounting devices by rods or other distance-keeping devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00—Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03—Fuel tanks
    • B60K15/063—Arrangement of tanks
    • B60K15/067—Mounting of tanks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q1/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R13/00—Elements for body-finishing, identifying, or decorating; Arrangements or adaptations for advertising purposes
    • B60R13/10—Registration, licensing, or like devices
    • B60R13/105—Licence- or registration plates, provided with mounting means, e.g. frames, holders, retainers, brackets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/04—Arrangement of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R3/00—Arrangements of steps or ladders facilitating access to or on the vehicle, e.g. running-boards
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/06—Elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/10—Silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L77/00—Compositions of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L77/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/004—Additives being defined by their length
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/14—Polymer mixtures characterised by other features containing polymeric additives characterised by shape
    • C08L2205/16—Fibres; Fibrils

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

本发明属于汽车制造领域，具体提供了一种悬臂梁支撑装置及其制备方法，所述悬臂梁支撑装置包括：底座，和与所述底座连接的杆件，其中，所述底座和所述杆件均由纤维增强的树脂基复合材料制成。本发明提供的悬臂梁支撑装置具有轻量化特点，从而可减轻车辆重量，起到节能减排效果。同时，本发明提供的悬臂梁支撑装置能够有效减小与汽车车架的共振作用，防止断裂，规避质量风险，且其制备方法简单易行。

Description

一种悬臂梁支撑装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及汽车制造领域，具体涉及一种悬臂梁支撑装置及其制造方法。
背景技术
随着全球性的资源短缺加剧和气候变暖，限制碳排放是一种有效的减缓全球石油能源枯竭和自然生态环境恶化的有效手段。特别是在汽车工业中，为应对巩固和提高汽车工业未来国际竞争力，欧美日等汽车工业发达国家都在采取积极措施，推动和促进汽车节能技术发展、提高汽车燃料经济性水平。按照欧美标准，中国也开始了汽车减排的工作，但中国的任务相当严峻。在中国，商用车到2016年实行国Ⅴ排放标准。为了达到2020年甚至更远的减排目标，汽车发动机技术要进步，汽车轻量化更是迫在眉睫。然而，汽车轻量化又不能以牺牲产品质量为代价。
当前，汽车、特别是商用汽车，大量使用悬臂梁支撑装置，达到支撑其他零部件的目的。以大型商用载货汽车为例，该类型汽车大量使用悬臂梁支撑装置，如挡泥板支架、尾灯支架、迎宾踏板支架、油箱支架、电池托架等。以上提及支架全部使用金属制作，制作工艺包括冲压、浇铸、挤压、焊接、铆接等。为了承担一定的载重量，传统商用载货汽车多使用金属材料制作该类支撑产品，导致该类产品一般拥有较大自重，整车长期油耗会居高不下。这与当前汽车轻量化的大趋势相左，而减少自重又存在产品质量风险。
另外，金属材料制作的支撑件，固有频率与金属车架、大梁相近，一定工况下，极容易引起共振，导致支撑装置在高频震动下生热严重，表现为疲劳强度不够，出现断裂。支撑件的其他部件因为共振的影响，出现损坏的情况，进而出现严重的质量事故。以商用货车挡泥板支架为例，该产品是典型的悬臂梁支撑装置，一端以底座的形式固定在车架上，需要悬臂支撑挡泥板、大灯或者转向灯、牌照及其支架，支撑重量超过20公斤，悬臂梁支撑产品至少需要满足6000～12000公里质量保证要求。然而往往由于本身缺陷，该产品经常在6000公里以内出现断裂，损坏挡泥板、大灯、牌照等支撑部件，出现质量索赔，甚至严重的质量事故，给整车制造厂造成比较大的困扰。
因此，现有的汽车用悬臂梁系统通常具有以下缺陷：采用金属或以金属为主要成分制作，自重较大，容易导致产品开裂、断裂，对于整车而言，没有轻量化的优势，导致整车油耗增加，不利于节能减排的目标；金属材料制作的支撑件的固有频率与金属车架、大梁相近，容易引起共振，导致支撑系统疲劳强度不够，出现断裂，支撑件的其他部件因为共振的影响，也会出现损坏的情况，可能导致严重的质量事故。
发明内容
本发明旨在提出一种悬臂梁支撑装置及其制作工艺，解决现有悬臂梁支撑产品自重较大、产品与车架共振、容易出现断裂等问题，避免重大质量事故的出现。
根据本发明提供的悬臂梁支撑装置，包括：
底座，和
与所述底座连接的杆件，
其中，所述底座和所述杆件均由纤维增强的树脂基复合材料制成。
根据本发明提供的悬臂梁支撑装置以纤维增强的树脂基复合材料制成，可以不含有金属，即为非金属型悬臂梁支撑装置。这样的悬臂梁支撑产品具有轻质的特点，且不易与车架发生共振，从而可延长产品的使用期限。
根据本发明提供的悬臂梁支撑装置中，纤维与树脂的重量比在40:60至70:30之间，优选45:55至65:35之间，更优选在45:55至60:40之间。使用前述比例范围的纤维和树脂组成复合材料，纤维不仅可以起到增加强度的作用，同时也不会明显降低悬臂梁支撑产品的韧性，使得产品具有更宽泛的使用范畴。
根据本发明，所述纤维的长度优选大于10mm，包括中长纤维和连续纤维。作为中长纤维，其长度例如可以在10～80mm，优选20～50mm的范围。连续纤维的纤维是连续的，例如连续的丝束或织物等，其长径比足够大(一般大于1000)，理论上可以具有无限长的长度。
根据本发明的一些实施方式，底座使用第一纤维增强的树脂复合材料制造，杆件使用第二纤维增强的树脂复合材料制造。所述第二纤维的长度大于第一纤维的长度，优选第一纤维的长度在10-80mm，第二纤维为连续纤维。在该实施方式中，底座采用长度较短的纤维增强，使得底座具备一定的增强效果，满足其与车架固定的需要，而杆件则使用连续纤维增强，对其支撑的挡泥板、车灯等产生的负荷具有提高的承受能力，从而提高整个悬臂梁支撑装置的质量，同时成本合理。
根据本发明的另一些实施方式，底座和杆件均使用第二纤维增强的树脂复合材料。所述第二纤维为连续纤维。该实施方式中，底座和杆件均采用了连续纤维增强，悬臂梁支撑装置的强度得到显著提高，能够满足大型商用汽车上的应用。
根据本发明的一些优选实施方式中，悬臂梁支撑装置的底座和/或杆件具有由第一纤维增强的第一树脂复合材料和第二纤维增强的第二树脂复合材料复合形成的多层复合结构；所述第二纤维的长度大于第一纤维的长度，优选第一纤维的长度在10-80mm，第二纤维为连续纤维。本发明提供的优选悬臂梁支撑装置的一个突出特点在于，其内部结构具有不同材料相互交替的层叠结构，例如含有中长纤维增强的树脂复合材料和含有连续纤维的树脂复合材料相互交替堆积，这种结构使得悬臂梁支撑装置不仅具备足够大的刚性和强度，更重要的是在使用过程中可极大地减少或避免悬臂梁支撑装置本身与车架产生共振现象，从而提高悬臂梁支撑装置的质量和使用期限。
在本发明一些进一步优选的实施方式中，在所述悬臂梁支撑装置中，第一纤维与第二纤维的重量比在0.8-3.5:1之间，优选1-2.5:1之间。大体上，第二纤维、即连续纤维的用量相对于第一纤维的用量而言较少。在前述用量比例作用下，不仅保证了纤维增强的效果，同时又很好地控制了成本。
在本发明一些进一步优选的实施方式中，杆件中的第二纤维(连续纤维)的重量百分比大于底座中的第二纤维的重量含量百分比。杆件中通过连续纤维的增强程度比较大，而底座则可以使用相对少量的连续纤维，这样使得杆件的强度明显提升，避免其在承重中易于断裂，且进一步提高其抗共振的能力；而底座则仍然可以满足其对杆件的承接和在车架上固定的作用，且降低了成本。
在本发明一些进一步优选的实施方式中，底座中第二树脂复合材料的重量含量在30-55％，杆件中第二树脂复合材料的重量含量在40-55％，优选40-50％；优选地，底座中的第二树脂复合材料的含量大于杆件中的第二树脂复合材料的含量。这样，可降低成本而进一步提高悬臂梁支撑装置的增强、防共振性能。
根据本发明，所述纤维优选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、金属纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维和植物纤维中的一种或多种，更优选碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和植物纤维中的一种或多种。
根据本发明，所述树脂为热塑性树脂或热固性树脂，优选自聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛、热塑性聚酯、热固性聚酯(不饱和聚酯树脂)、聚酰胺(包括己内酰胺聚合物)、聚苯醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚氨酯、环氧树脂和乙烯基树脂中的一种或多种，优选为聚丙烯、聚酰胺和环氧树脂中的至少一种。上述这些树脂具有轻质高强、耐腐蚀、耐热、易于加工等特点，在经过本发明使用纤维增强后，加工固化形成的悬臂梁支撑装置能够具备与金属材料制备的悬臂梁支撑装置相媲美的强度，但其重量却显著减轻。
根据本发明提供的悬臂梁支撑装置，其底座为固定端，用于将整个支撑装置固定在汽车车架上；杆件也称为悬置杆件，用于支撑汽车的其他一些关键零部件，例如挡泥板、车灯等。
本发明提供的悬臂梁支撑装置的底座和杆件可以是一个整体，也可以是两个独立的部件，通过胶结、铆接等纺丝拼接在一起形成的一个整体。底座和杆件的连接处是整个杆件的悬臂固定点。优选地，杆件插入底座中。对于底座和杆件为独立部件的情况而言，杆件插入底座中而固定，可以增加二者的接触面积，从杠杆原理角度来看，可减轻底座以外的杆件部分的受力，从而进一步减少其断裂的可能性。
底座上可以设有若干约束孔，例如3～4个约束孔，用于通过例如螺栓等方式将底座固定在车架上。约束孔处可以增减金属垫片，以便在例如固定螺栓时对底座起到保护作用。底座的厚度一般可以设计在10～200mm之间，优选15～50mm之间。
杆件通常设置成管状，管外径可设置在40～100mm之间，管壁厚度可设置在2～12mm之间。
杆件上还可以设置若干、例如3～7个翼件，用以连接被支撑部件。翼件可以是板状的，宽幅例如在50～70mm之间。
根据本发明，还提供了根据本发明提供的上述悬臂梁支撑装置的制备方法，包括：将纤维与树脂组成的复合材料通过模压、注塑或浇铸的方式一次成型制成所述悬臂梁支撑装置；或者
将纤维与树脂组成的复合材料分别通过模压、注塑或浇铸的方式制成底座，和通过模压、注塑、浇铸、拉挤、缠绕或挤出的方式制成杆件，然后将底座和杆件组装制成所述悬臂梁支撑装置。
根据上述制备方法，本发明提供的悬臂梁支撑装置可以通过一次成型的方式来制造，也可以分别制造底座和杆件，然后再将其组装来构造所述悬臂梁支撑装置。一次成型的方法可以减少工艺步骤，降低制造成本，因而是优选的。
根据本发明的一些优选实施方式，纤维与树脂组成的复合材料包括第一纤维增强的第一树脂复合材料和第二纤维增强的第二树脂复合材料，第一树脂复合材料中的第一纤维的含量在40-60％，第二树脂复合材料中的第二纤维含量在50-65％，第一树脂复合材料和第二树脂复合材料的重量比在45:55至75:35的范围、优选40:60至60:40的范围；所述第二纤维的长度大于第一纤维的长度，优选第一纤维的长度在10-80mm，第二纤维为连续纤维。在该优选实施方式中，采用了两种分别掺杂了不同纤维的两种树脂来制备悬臂梁支撑装置，从而使得其具有内部层状复合结构，有利于提高支撑系统的抗共振作用，提高其应用质量。同时，在上述用量比例范围内，可以在低的成本下获得抗疲劳、抗断裂性能较高的悬臂梁支撑装置。
根据本发明的一些进一步优选的实施方式，底座中第一树脂复合材料与第二树脂复合材料的重量比在45:55至75:30，优选50:50至65:35；杆件中第一树脂复合材料与第二树脂复合材料的重量比在40:60至60:40，优选40:50至50:50。大体上，第二树脂复合材料的用量比第一树脂复合材料的用量稍微少些，这样在其构成的支撑装置能够符合应用要求的前提下尽量节约成本。更优选地，杆件中第二树脂复合材料的含量大于底座中第二树脂复合材料的含量。这样，在充分考虑了底座和杆件各自的性能要求的基础上，以最节约成本的方式，实现杆件支撑能力和耐用性能的最大化。
在本发明的一些实施方式中，本发明提供的制备方法包括以下步骤：1)分别制备包含第一纤维的第一树脂复合材料和包含第二纤维的第二树脂复合材料；2)将第一树脂复合材料和第二树脂复合材料软化，按比例放入模具中模压成型，制成所述悬臂梁支撑装置；优选所述树脂为聚丙烯树脂。其中，第一纤维和第二纤维分别具有前述特征。在一个具体实施例中，聚丙烯树脂基悬臂梁支撑装置的制备方法包括如下步骤：制备纤维(纤维长度大于12～80mm)重量含量在40～50％的具有良好流动性的聚丙烯复合材料模压片状，以及连续纤维重量含量在50～60％的热塑性连续纤维增强聚丙烯复合材料模压片材；将上述两种模压片材按产品大小、重量裁切，放入烘箱中烘烤加热，烘烤温度在250～350℃，时间0.5～2min，使材料软化，再将材料放入模具中，模具温度70～90℃，快速模压成型，成型时间1min，压力大于30MPa，一般小于100MPa。其中，底座中第一树脂复合材料与第二树脂复合材料的重量比在45:55至75:30；杆件中第一树脂复合材料与第二树脂复合材料的重量比在45:55至60:40，且杆件中第二树脂复合材料的含量大于底座中第二树脂复合材料的含量。在该具体实施例中，使用具有前述组成的两种聚丙烯复合树脂片材进行混合，经过模压形成了具有交替层状结构的悬臂梁支撑装置，并且通过设置底座和杆件使用不同用量关系的两种树脂片材，使得在被控制的低成本下获得性能增强的悬臂梁支撑装置。
在本发明的一些实施方式中，本发明提供的制备方法包括以下步骤：1)分别制备包含第一纤维的第一树脂复合材料和包含第二纤维的第二树脂复合材料；2)将第二树脂复合材料软化，放入模具中，然后将第一树脂复合材料导入模具中注塑成型，制成所述悬臂梁支撑装置；优选所述树脂为尼龙树脂。其中，第一纤维和第二纤维分别具有前述特征。在一个具体实施例中，尼龙树脂基悬臂梁支撑装置的制备方法包括如下步骤：制备纤维(纤维长度大于12～80mm)重量含量在40～50％的具有良好流动性的纤维增强尼龙复合材料粒料，以及连续纤维重量含量在50～60％的热塑性连续纤维增强尼龙复合材料模压片材；将片材裁剪，软化，放入模具中；将粒料在110～130℃条件下烘烤1～3h，水分控制在0.2％以下，再将材料真空导入料斗中，在模具中注塑成悬臂梁支撑装置。其中，注塑螺杆各段温度在270～305℃之间，模具温度70～90℃，注射速度：35～42％，注射压力：40～85PSI，保压压力：40～70PSI，保压速度：10～50％，保压时间：0～9S。其中，底座中第一树脂复合材料与第二树脂复合材料的重量比在55:45至70:30；杆件中第一树脂复合材料与第二树脂复合材料的重量比在55:45至65:35，且杆件中第二树脂复合材料的含量大于底座中第二树脂复合材料的含量。该具体实施例采用模压结合注塑的方式制备尼龙基悬臂梁支撑装置，其内部结构包括连续纤维增强部分和中长纤维增强部分，使得杆件具有强的抗断裂性能。
在本发明的一些实施方式中，本发明提供的制备方法包括以下步骤：1)配制包含85～98wt％的己内酰胺、0.1～1wt％活化剂和0.1～1wt％催化剂的溶液，2)将连续纤维置于模具中，然后注入步骤1)所述溶液，加热至150～180℃，形成所述悬臂梁支撑装置。其中，连续纤维任选地浸渍步骤1)的溶液。在该实施例中，只使用连续纤维增加树脂强度，制备得到的聚己内酰胺基支撑产品具有显著的增强效果。该实施例直接以聚合单体己内酰胺作为原料，一步制备得到悬臂梁支撑装置，制备工艺简单，可简单工业生产的程序和成本。
在本发明的一些实施方式中，本发明提供的制备方法包括以下步骤：1)制备包含第一纤维的树脂复合片材，加入模具中模压形成底座，所述第一纤维的长度为10mm以上，含量在60-70wt％；2)将浸渍树脂的第二纤维缠绕在芯棒上，加热固化，所述第二纤维为连续纤维；或者，将浸渍树脂的第二纤维通过模具拉挤，形成管状杆件；3)将得到的底座和杆件组装，形成所述悬臂梁支撑装置；优选所述树脂为环氧树脂。其中，第一纤维和第二纤维的0.8-3.5:1之间，优选1-2.5:1之间。在一个具体实施例中，环氧树脂基悬臂梁支撑装置的制备方法包括如下步骤：制备纤维(纤维长度大于12～80mm)重量含量大60～70％，的具有良好流动性的环氧树脂复合材料模压片状，按产品大小、重量裁切，放入模具中，模具温度80～220℃，合模固化，时间30～80min，压力大于30MPa，制备成型底座；将连续纤维浸渍环氧树脂，连续纤维重量含量70～80％，再将浸渍环氧树脂的纤维按产品重量和尺寸缠绕在设计的芯棒上，再将完成缠绕的产品放入烘箱中固化，固化温度80～250℃，时间30～80min，制备得到管材；或者，将浸渍环氧树脂的纤维通过一定型面的模具进行拉挤，模具温度125～165℃，拉挤速度0.1-0.3mm/min，制备得到管材；再将制备的管材和底座通过结构胶黏剂连接起来，所使用胶黏剂优选采用环氧或者聚氨酯胶黏剂。该实施例采用了分开制备底座和杆件，再将其连接的方式制备悬臂梁支撑装置。此方式更适用于对底座和杆件采用不同原料、不同制造工艺的制造过程中，对底座和杆件的设计、制造更加灵活，以便于更加适应不同的应用要求。
根据本发明，在悬臂梁支撑装置的制备过程中，还可以根据需要添加适量的助剂，例如抗氧化剂、抗老化剂等。因此，在本发明提供的悬臂梁支撑装置中，还可以包含适量的(例如0.1～2wt％)助剂，例如抗氧化剂、抗老化剂等。在本发明一些优选实施方式中，助剂分别在第一树脂复合材料和第二树脂复合材料中添加。
根据本发明的优选实施方式，对于纤维增强聚丙烯，适用模压一体成型的方式制造悬臂梁支撑装置；对于纤维增强尼龙，适用注塑一体成型的方式制造悬臂梁支撑装置；对于己内酰胺，适用浇铸一体成型的方式制造悬臂梁支撑装置。以上述方式制备相应树脂基的悬臂梁支撑装置，可以使各悬臂梁支撑装置充分发挥各自的性能优势。
根据本发明提供的悬臂梁支撑装置适用用作汽车、尤其是重型汽车的悬臂梁支撑装置。
本发明的优点包括：(1)本发明悬臂梁支撑装置具有明显的轻量化效果，可以给整车提供20～50公斤的重量减少；(2)悬臂梁支撑装置具有明显的防锈，耐腐蚀效果；(3)悬臂梁支撑装置具有比金属更好的疲劳性能，满足200公斤站人静载工况，产品内部应力小于5MPa，满足20-30HZ,10g加速度上下的制动工况；(4)悬臂梁支撑装置适用于不同型号的商用车，一般而言，注塑方案适用于16吨以下的车型，模压与浇铸方案适用于16吨以上的车型；(5)本发明悬臂梁支撑装置能够满足6000～12000公里质量保证要求，能够有效的预防断裂风险，规避质量风险，杜绝质量事故；(6)本发明提供的悬臂梁支撑装置制备方法减少了悬臂梁支撑产品的加工工序，注塑和浇铸工艺可以将底座和支撑杆一体成型，减少中间组装工艺过程。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的悬臂梁支撑装置的示意图。
图2是本发明实施例3制备的悬臂梁支撑装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但应理解，本发明的范围并不限制于以下这些示例性的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例的悬臂梁支撑装置包括底座和与底座连接的杆件。底座上设有若干孔，用以将支撑装置固定在例如汽车车架上。底座的厚度可设置在10～50mm之间。孔的个数优选在3～4个。孔内可增减若干金属垫片。杆件上还设有若干固定翼板，可以用于固定被支撑的部件。翼板的个数优选在3个以上，例如3～5个。翼板的宽幅可设计成约60mm。杆件优选为管状，管外径可在40～100mm之间，管壁厚度可在2～12mm之间。
下面介绍整体成型方式制备如图1所示的悬臂梁支撑装置的方法。
步骤1：通过挤出机将树脂塑化，并和纤维均匀混合，通过一定厚度的口模制备纤维重量含量45％的具有良好流动性的聚丙烯复合材料模压片状，其中，纤维采用玄武岩纤维，长度约50mm。
步骤2：通过挤出机将熔融塑化的树脂，挤入含有纤维分散结构的模具中，纤维并行地通过模具，并被分散，浸渍热可塑性树脂，通过口模制备连续纤维重量含量50％的热塑性连续纤维增强聚丙烯复合材料片材，其中，纤维采用玄武岩纤维。
步骤3：将步骤1和2制备的片材进行裁切，放入烘箱中烘烤加热，烘烤温度在280℃，烘烤时间1min，使材料软化。
步骤4：将软化材料放入模具中，其中，在底座中使用的步骤1与步骤2的聚丙烯复合材料的重量比为60:40，杆件中使用的步骤1与步骤2的聚丙烯复合材料的重量比为50:50。模具温度80℃，快速模压成型，成型时间1min，压力40MPa，得到如图1所示的悬臂梁支撑装置。其中，底座厚度50mm，管外径60mm，管壁厚度10mm。
测定得到的聚丙烯树脂基悬臂梁支撑装置的力学性能，测定方法为：对产品施加3G向下的加速度测定垂直3g工况应力，对产品施加3G向后的加速度测定制动工况应力，对产品向前进方向45°角方向施加3G加速度测定转向工况应力，对产品施加100公斤向下的力，测试材料内部应力，即站人工况应力。结果见表1。
表1
工况 测试结果 目标值 判定结果
垂直3g工况应力(MPa) 1.4 ≤120 Ok
制动工况应力(MPa) 1.8 ≤120 Ok
转向工况应力(MPa) 6.2 ≤120 Ok
站人工况应力(MPa) 36.2 ≤120 Ok
实施例2
本实施例通过模压和注塑方式以整体成型方式制备具有与图1基本相同的结构的悬臂梁支撑装置的方法。
步骤1：制备连续纤维重量含量55％的热塑性连续纤维增强尼龙复合材料片材，其中，纤维采用玄武岩连续纤维。
步骤2：通过熔融浸渍拉挤的工艺方法，制备纤维重量含量50％的具有良好流动性的纤维增强尼龙复合材料粒料，其中，纤维采用玻璃纤维，长度约80mm。
步骤3：将步骤1制备的片材进行裁切，放入烘箱中烘烤加热，烘烤温度在280℃，烘烤时间1min，使材料软化，然后放入模具中。
步骤4：将步骤2制备的粒料在120℃条件下烘烤2h，水分控制在0.2％以下，再将材料真空导入料斗中，在步骤3所述模具注塑成所需的悬臂梁支撑装置。其中，注塑螺杆各段温度在270～305℃之间，模具温度80℃，注射速度：35～42％，注射压力：40～85PSI，保压压力：40～70PSI，保压速度：10～50％，保压时间：0～9s。其中，底座厚度50mm,管外径60mm，管壁厚度10mm。
测定得到的尼龙树脂基悬臂梁支撑装置的力学性能，结果见表2。
表2
工况 测试结果 目标值 判定
垂直3g工况应力(MPa) 1.6 ≤180 Ok
制动工况应力(MPa) 2.3 ≤180 Ok
转向工况应力(MPa) 7.8 ≤180 Ok
站人工况应力(MPa) 24 ≤180 Ok
实施例3
如图2所示，本实施例的悬臂梁支撑装置包括底座和杆件，杆件插入底座中形成连接。可采用例如环氧或者聚氨酯胶黏剂的胶黏剂使杆件固定在底座上。底座上设有若干孔，用以将支撑装置固定在例如汽车车架上。孔内可增减若干金属垫片。底座的厚度可设置在20～200mm之间。孔的个数优选在3～4个。杆件优选为管状，管外径可在40～100mm之间，管壁厚度可在2～12mm之间。
本实施例分别制造底座额杆件，再组装成如图2所示的悬臂梁支撑装置。特别地，本实施例使用纤维增强环氧树脂模压成型底座，使用纤维增强环氧树脂缠绕或者挤出形成杆件管材，具体步骤如下。
步骤1：制备纤维重量含量55％的具有良好流动性的环氧树脂复合材料模压片材，其中，纤维采用碳纤维，长度约100mm。
步骤2：将步骤1制备的片材进行裁切，放入模具中，模具温度80～220℃，合模固化，时间30～80min，压力35MPa，制备成型底座。
步骤3：将纤维浸渍环氧树脂，纤维重量含量65％。其中，纤维采用玄武岩连续纤维。
步骤4：将浸渍环氧树脂的纤维，按产品重量和尺寸缠绕在设计的芯棒上，再将完成缠绕的产品放入烘箱中固化，固化温度80～250℃，时间30～80min，制备得到管材。
或者，将浸渍环氧树脂的纤维，通过一定型面的模具进行拉挤，模具温度125～165℃，拉挤速度0.2mm/min，制备得到管材。
步骤5：将制备的管材和底座通过聚氨酯胶黏剂粘结在一起，且棺材插入在底座中。其中，底座厚度80mm,管外径60mm，管壁厚度10mm。
测定得到的环氧树脂基悬臂梁支撑装置的力学性能，结果见表3。
表3
工况 测试结果 目标值 判定
垂直3g工况应力(MPa) 0.5 ≤260 Ok
制动工况应力(MPa) 0.2 ≤260 Ok
转向工况应力(MPa) 0.4 ≤260 Ok
站人工况应力(MPa) 30.1 ≤260 Ok
实施例4
本实施例中底座和杆件整体成型，制备由底座和杆件构成的聚己内酰胺基悬臂梁支撑装置。其中，底座设有3个约束孔，底座厚度在100mm。杆件为棺材，管外径在60mm，管壁厚度为10mm。
制备步骤如下：
步骤1：将90wt％的己内酰胺，0.5wt％的活化剂和0.5wt％的催化剂混匀,得到反应液。
步骤2：将芳纶连续纤维以重量百分比为70％的量浸渍步骤1的反应液，将浸渍反应液的连续纤维缠绕在芯棒上，置于模具中。
步骤3：将步骤1制备的反应液浇铸在模具中，模具温度165℃，一次性将底座与支撑杆反应成型。其中，底座厚度60mm,管外径60mm，管壁厚度10mm。
测定得到的聚丙烯树脂基悬臂梁支撑装置的力学性能，结果见表4。
表4
工况 测试结果 目标值 判定
垂直3g工况应力(MPa) 1.5 ≤80 Ok
制动工况应力(MPa) 1.2 ≤80 Ok
转向工况应力(MPa) 1.8 ≤80 Ok
站人工况应力(MPa) 24 ≤80 Ok
虽然本发明已作了详细描述，但对本领域技术人员来说，在本发明精神和范围内的修改将是显而易见的。此外，应当理解的是，本发明记载的各方面、不同具体实施方式的各部分、和列举的各种特征可被组合或全部或部分互换。在上述的各个具体实施方式中，那些参考另一个具体实施方式的实施方式可适当地与其它实施方式组合，这是将由本领域技术人员所能理解的。此外，本领域技术人员将会理解，前面的描述仅是示例的方式，并不旨在限制本发明。

Claims (14)

1.一种悬臂梁支撑装置，包括：
底座，和
与所述底座连接的杆件，
其中，所述底座和所述杆件均由纤维增强的树脂基复合材料制成。
2.根据权利要求1所述的悬臂梁支撑装置，其特征在于，纤维与树脂的重量比在40:60至70:30之间，优选45:55至65:35之间；优选所述纤维的长度大于10mm。
3.根据权利要求1所述的悬臂梁支撑装置，其特征在于，底座使用第一纤维增强的树脂复合材料制造，杆件使用第二纤维增强的树脂复合材料制造；或者，底座和杆件均使用第二纤维增强的树脂复合材料；
所述第二纤维的长度大于第一纤维的长度，优选第一纤维的长度在10-80mm，第二纤维为连续纤维。
4.根据权利要求1所述的悬臂梁支撑装置，其特征在于，所述底座和/或所述杆件具有由第一纤维增强的第一树脂复合材料和第二纤维增强的第二树脂复合材料复合形成的多层复合结构；所述第二纤维的长度大于第一纤维的长度，优选第一纤维的长度在10-80mm，第二纤维为连续纤维。
5.根据权利要求4所述的悬臂梁支撑装置，其特征在于，第一纤维与第二纤维的重量比在0.8-3.5:1之间，优选1-2.5:1之间。
6.根据权利要求4所述的悬臂梁支撑装置，其特征在于，杆件中的第二纤维的重量百分比大于底座中的第二纤维的重量含量百分比。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的悬臂梁支撑装置，其特征在于，所述纤维选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、金属纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维和植物纤维中的一种或多种，优选碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和植物纤维中的一种或多种；和/或
所述树脂为热塑性树脂或热固性树脂，优选自聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛、热塑性聚酯、热固性聚酯、聚酰胺、聚苯醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚氨酯、环氧树脂和乙烯基树脂中的一种或多种，优选为聚丙烯、聚酰胺和环氧树脂中的至少一种。
8.如权利要求1-7中任一项所述的悬臂梁支撑装置的制备方法，包括：将纤维与树脂组成的复合材料通过模压、注塑或浇铸的方式一次成型制成所述悬臂梁支撑装置；或者
将纤维与树脂组成的复合材料分别通过模压、注塑或浇铸的方式制成底座，和通过模压、注塑、浇铸、拉挤、缠绕或挤出的方式制成杆件，然后将底座和杆件组装制成所述悬臂梁支撑装置。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，纤维与树脂组成的复合材料包括第一纤维增强的第一树脂复合材料和第二纤维增强的第二树脂复合材料，第一树脂复合材料中的第一纤维的含量在40-60％，第二树脂复合材料中的第二纤维含量在50-65％，第一树脂复合材料和第二树脂复合材料的重量比在45:55至75:35的范围；
所述第二纤维的长度大于第一纤维的长度，优选第一纤维的长度在10-80mm，第二纤维为连续纤维。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，底座中第一树脂复合材料与第二树脂复合材料的重量比在45:55至75:30，优选50:50至65:35；杆件中第一树脂复合材料与第二树脂复合材料的重量比在45:55至60:40，优选45:55至55:45；优选杆件中第二树脂复合材料的含量大于底座中第二树脂复合材料的含量。
11.根据权利要求9或10所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)分别制备包含第一纤维的第一树脂复合材料和包含第二纤维的第二树脂复合材料；
2)将第一树脂复合材料和第二树脂复合材料软化，按比例放入模具中模压成型，制成所述悬臂梁支撑装置；
优选所述树脂为聚丙烯树脂。
12.根据权利要求9或10所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)分别制备包含第一纤维的第一树脂复合材料和包含第二纤维的第二树脂复合材料；
2)将第二树脂复合材料软化，放入模具中，然后将第一树脂复合材料导入模具中注塑成型，制成所述悬臂梁支撑装置；
优选所述树脂为尼龙树脂。
13.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配制包含85～98wt％的己内酰胺、0.1～1wt％活化剂和0.1～1wt％催化剂的溶液，
2)将连续纤维置于模具中，然后注入步骤1)所述溶液，加热至150～180℃，形成所述悬臂梁支撑装置。
14.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备包含第一纤维的树脂复合片材，加入模具中模压形成底座，所述第一纤维的长度为10mm以上，含量在60-70wt％；
2)将浸渍树脂的第二纤维缠绕在芯棒上，加热固化；或者，将浸渍树脂的第二纤维通过模具拉挤，形成管状杆件；
3)将得到的底座和杆件组装，形成所述悬臂梁支撑装置；
优选所述树脂为环氧树脂。
CN201710934726.6A 2017-10-10 2017-10-10 一种悬臂梁支撑装置及其制造方法 Pending CN107867336A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710934726.6A CN107867336A (zh) 2017-10-10 2017-10-10 一种悬臂梁支撑装置及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710934726.6A CN107867336A (zh) 2017-10-10 2017-10-10 一种悬臂梁支撑装置及其制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107867336A true CN107867336A (zh) 2018-04-03

Family

ID=61752720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710934726.6A Pending CN107867336A (zh) 2017-10-10 2017-10-10 一种悬臂梁支撑装置及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107867336A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112722078A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 三一专用汽车有限责任公司 支撑组件和车辆
CN113043527A (zh) * 2021-02-09 2021-06-29 博戈橡胶塑料（株洲）有限公司 一种轻量化复合材料推力杆制作方法
EP3978335A1 (en) * 2020-10-05 2022-04-06 Fras-Le S.A. Supporting rod of vehicle component, system of integrating support and vibrational damping and process for manufacturing of a supporting rod of vehicle component

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012008067A1 (de) * 2012-04-21 2012-11-29 Daimler Ag Kraftfahrzeugkotflügelhaltevorrichtung
US20130256483A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Ian A. Dixon Flexible mud flap hanger-bracket
CN103467757A (zh) * 2013-09-30 2013-12-25 金发科技股份有限公司 一种纤维增强热塑性复合材料及其制备方法
CN103921849A (zh) * 2014-04-02 2014-07-16 山东美晨科技股份有限公司 复合材料翼子板支架
CN106627789A (zh) * 2015-11-03 2017-05-10 株洲时代新材料科技股份有限公司 纤维增强热塑性复合材料在成型制备汽车零部件中的应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130256483A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Ian A. Dixon Flexible mud flap hanger-bracket
DE102012008067A1 (de) * 2012-04-21 2012-11-29 Daimler Ag Kraftfahrzeugkotflügelhaltevorrichtung
CN103467757A (zh) * 2013-09-30 2013-12-25 金发科技股份有限公司 一种纤维增强热塑性复合材料及其制备方法
CN103921849A (zh) * 2014-04-02 2014-07-16 山东美晨科技股份有限公司 复合材料翼子板支架
CN106627789A (zh) * 2015-11-03 2017-05-10 株洲时代新材料科技股份有限公司 纤维增强热塑性复合材料在成型制备汽车零部件中的应用

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3978335A1 (en) * 2020-10-05 2022-04-06 Fras-Le S.A. Supporting rod of vehicle component, system of integrating support and vibrational damping and process for manufacturing of a supporting rod of vehicle component
US20220105990A1 (en) * 2020-10-05 2022-04-07 Fras-Le S.A. Supporting rod of vehicle component, system of integrating support and vibrational damping and process for manufacturing of a supporting rod of vehicle component
US11827278B2 (en) * 2020-10-05 2023-11-28 Fras-Le S.A. Supporting rod of vehicle component, system of integrating support and vibrational damping and process for manufacturing of a supporting rod of vehicle component
CN112722078A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 三一专用汽车有限责任公司 支撑组件和车辆
CN113043527A (zh) * 2021-02-09 2021-06-29 博戈橡胶塑料（株洲）有限公司 一种轻量化复合材料推力杆制作方法
CN113043527B (zh) * 2021-02-09 2022-05-27 博戈橡胶塑料（株洲）有限公司 一种轻量化复合材料推力杆制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5277479A (en) One piece type resin wheel
CN101239513B (zh) 纤维增强金字塔形点阵夹芯板的制备方法
CN102729488B (zh) 碳纤维复合材料臂架、其生产方法及包括其的混凝土泵车
CN107867336A (zh) 一种悬臂梁支撑装置及其制造方法
CN110239175A (zh) 轻质纤维增强聚合物夹层结构
CN103963588A (zh) 由纤维增强塑料制得的用于汽车车轮悬架的横向导臂
CN107553935B (zh) 一种frp复合材料板簧本体制造工艺
CN109228399A (zh) 一种热固性复合材料短切纤维与连续纤维的一体成型方法
WO2022041358A1 (zh) 一种新型复合板及其制备方法
CN105172216A (zh) 一种缠绕强化复合材料汽车板簧及其制备方法
CN113021939B (zh) 基于连续纤维与普通纤维的轻量化部件制作方法及制品
CN106627789B (zh) 纤维增强热塑性复合材料在成型制备汽车零部件中的应用
KR20030082840A (ko) 자동차 프레임의 사이드 멤버 및 그의 제조 방법
CN205273625U (zh) 一种混杂的碳纤维复合材料乘用车发动机罩
JPH04254201A (ja) 樹脂ホイール
CN106393731A (zh) 复合材料汽车连接杆的制备方法
CN107286644A (zh) 一种汽车悬臂梁支撑系统及其制备方法
CN110001089A (zh) 摩托车一体化车身及其制作方法
CN205273637U (zh) 一种复合材料乘用车前舱盖
CN113815376B (zh) 轻量化大载荷的商用车稳定杆吊杆总成及其制备方法
CN216002108U (zh) 一种轻量化大载荷的商用车稳定杆吊杆总成
CN107685775A (zh) 碳纤维复合材料汽车水箱上横梁加强板及其制造方法
CN208181192U (zh) 用于汽车的结构件及其汽车
JP2850329B2 (ja) 樹脂ホイール
CN1644878A (zh) 玻璃钢锚杆及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180403

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication