CN108859180A

CN108859180A - 一种玻璃纤维汽车板簧及其制备和应用

Info

Publication number: CN108859180A
Application number: CN201710340204.3A
Authority: CN
Inventors: 齐士杰; 张洪生; 祝颖丹; 冯亚杰; 刘�东; 涂丽艳
Original assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2018-11-23
Anticipated expiration: 2037-05-15
Also published as: CN108859180B

Abstract

本发明涉及一种玻璃纤维汽车板簧及其制备和应用。具体地，所述玻璃纤维汽车板簧由玻璃纤维预浸料或玻璃纤维预浸料卷压制固化而成。本发明还公开了所述玻璃纤维汽车板簧的制备方法和应用。所述方法具有工艺简单、成型效率高等特点，所述板簧具有质轻、高强、耐疲劳、刚度可设计等特点。将所述板簧应用于汽车工艺，可极大地推进汽车轻型化的发展。

Description

一种玻璃纤维汽车板簧及其制备和应用

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地涉及一种玻璃纤维汽车板簧及其制备和应用。

背景技术

玻璃纤维增强复合材料作为一种新兴的高性能轻质复合材料，具有高强度、高硬度、抗疲劳性好、耐腐蚀性好等多种优异的特点，在军用和民用领域都有着越来越广泛的应用。近二十年来，由于汽车工艺的快速发展和复合材料在汽车材料应用领域的迅速扩大，玻璃纤维复合材料在汽车上的应用也越来越广泛。使用玻璃纤维复合材料作为汽车材料可以使汽车自重减轻，提高其质量利用系数，从而使汽车在节约能源、提高车速、降低成本等方面获得良好的效果。

汽车板簧是汽车悬架系统中最传统的弹性元件，一般是由若干片不等长的合金弹簧钢组合而成一组近似于等强度弹簧梁，可负担起传递所有各向的力和力矩，以及决定车轮运动的轨迹，起导向的作用。目前常用的材料包括20Cr、40CrNiMn、60Si₂Mn等。板簧制作消耗大量的合金钢，它的重量占汽车自重的8％～9％。使用玻璃纤维复合材料制作板簧，可以大幅度降低板簧的重量，在汽车轻量化的过程中有着重要的意义。

为了改进汽车板簧的刚度、强度、疲劳性能，并进一步推进汽车轻量化，设计合理的玻璃纤维复合材料汽车板簧制造工艺刻不容缓。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玻璃纤维汽车板簧及其制备方法和应用。

本发明的第一方面，提供了一种玻璃纤维汽车板簧的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)提供玻璃纤维预浸料卷；

2)使用硫化机预热板簧模具；

3)将所述玻璃纤维预浸料卷放置于经预热处理的板簧模具中，在第一压力和第一温度下压制所述玻璃纤维预浸料卷第一时间段；

4)将所述硫化机的温度升温至第二温度，保温第二时间段；

5)关闭硫化机，取出压制所得产物，即得到所述玻璃纤维汽车板簧。

在另一优选例中，所述玻璃纤维预浸料卷由玻璃纤维预浸料卷制而成，所述玻璃纤维预浸料是如下制备的：

i)提供玻璃纤维和树脂预浸液；

ii)在所述树脂预浸液中浸渍处理所述玻璃纤维，得到所述玻璃纤维预浸料。

在另一优选例中，所述玻璃纤维选自下组：泰山E系列玻纤、C系列玻璃纤维、高强度玻璃纤维。

在另一优选例中，所述树脂预浸液的组成如下：环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、或其组合。

在另一优选例中，所述浸渍处理的处理时间为2-10s，较佳地4-6s。

在另一优选例中，所述玻璃纤维预浸料的长度和宽度相同。

在另一优选例中，所述玻璃纤维预浸料的长度为1m。

在另一优选例中，所述玻璃纤维预浸料的宽度为1m。

在另一优选例中，所述玻璃纤维预浸料的厚度为0.120mm。

在另一优选例中，所述“卷制”沿纤维方向进行。

在另一优选例中，在步骤ii)之后还任选地包括如下步骤：将浸渍好树脂的预浸料置于排布机上随排布机转动，晾干，约2小时后取下。

在另一优选例中，所述玻璃纤维预浸料卷包含1-20张玻璃纤维预浸料，较佳地3-10张。

在另一优选例中，步骤2)中，所述板簧模具预热结束后的温度为60-100℃，较佳地70-90℃。

在另一优选例中，步骤3)中，所述第一压力为5-30MPa，较佳地8-20MPa；和/或

所述第一温度为100-120℃，较佳地105-115℃；和/或

所述第一时间段为5-30min，较佳地10-25min。

在另一优选例中，步骤4)中，所述第二温度为120-150℃，较佳地125-140℃；和/或

所述第二时间段为10-60min，较佳地20-50min。

在另一优选例中，在步骤4)之后，所述玻璃纤维预浸料卷中的树脂已经完全固化。

在另一优选例中，在步骤5)之后，还任选地包括如下步骤：

6)表面打磨处理步骤5)所得产物，获得所述玻璃纤维汽车板簧。

本发明的第二方面，提供了一种玻璃纤维汽车板簧，所述玻璃纤维汽车板簧由玻璃纤维预浸料或玻璃纤维预浸料卷压制固化而成。

在另一优选例中，所述玻璃纤维汽车板簧的厚度为8-12mm，较佳地10mm。

在另一优选例中，所述玻璃纤维汽车板簧是采用本发明第一方面所述的方法制备的。

在另一优选例中，所述玻璃纤维汽车板簧具有选自下组的一个或多个特征：

1)所述玻璃纤维汽车板簧的强度为2000MPa－2500MPa，较佳地为约2200MPa；

2)所述玻璃纤维汽车板簧的刚度为150GPa－180GPa，较佳地为约165GPa。

在另一优选例中，所述玻璃纤维汽车板簧的耐疲劳性为1000000－10000000，较佳地为4000000-6000000，最佳地为5000000。

本发明的第三方面，提供了一种制品，所述制品包含本发明第二方面所述的玻璃纤维汽车板簧。

在另一优选例中，所述制品为汽车。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图标记

1.下模具

2.上模具

3.模芯

4.脱模工装

5.螺栓孔

6.导胶槽

7.出胶口

附图说明

图1是本发明所用板簧模具示意图。

具体实施方式

本发明人经过长期而深入的研究，通过采用玻璃纤维复合材料替换合金，意外地制备得到一种刚度、强度和疲劳性能等性能均得到有效改善的玻璃纤维汽车板簧。所述玻璃纤维汽车板簧的制备方法具有工艺简单、成型效率高等特点，所述板簧具有质轻、高强、耐疲劳、刚度可设计等特点。将所述板簧应用于汽车工艺，可极大地推进汽车轻型化的发展。在此基础上，发明人完成了本发明。

制备方法

本发明提供了一种玻璃纤维汽车板簧的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)提供玻璃纤维预浸料卷；

2)使用硫化机预热板簧模具；

4)将所述硫化机的温度升温至第二温度，保温第二时间段；

典型地，以宽70mm、厚16mm、长1m的汽车板簧制造为例，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)玻璃纤维预浸料裁剪：将玻璃纤维预浸料裁成沿纤维方向长1m，垂直纤维方向长1m的正方形；

步骤(2)玻璃纤维预浸料卷曲：在长和宽均大于1m的平整工作台上粘贴特氟龙布，在工作台上使用步骤(1)获得的预浸料沿纤维方向进行卷曲，当一张预浸料卷曲完毕后以第一根预浸料棒为芯，使用预浸料继续进行卷曲，反复进行6次，共消耗6张预浸料，制成重量约1100g的预浸料棒。在卷预浸料的过程中，操作者应当戴上塑料手套，避免手上的汗液与灰尘沾到预浸料上。同时，每卷一层，要注意将预浸料卷压紧，使预浸料卷尽可能密实，注意卷的过程中尽量避免卷歪；

步骤(3)模具清理(模具如图1所示)：打开板簧模具，使用前需用干净抹布蘸取丙酮将模具的模面清理干净，保证模面内没有灰尘和杂物(上模具和下模具的模面都要清理)。若模具上有残留固化树脂，采用铲刀和小刀小心刮干净。如模具上的树脂流出孔堵塞，需要用手枪钻打通。然后用干抹布将模具擦干净，保证表面没有异物；

步骤(4)模具打脱模剂：模具第一次使用时要用干净抹布擦拭5～6遍脱模剂，每遍脱模剂涂完后，室温下需要15分钟后进行下一遍的涂抹。从第二个产品开始，每次都只需要重新涂覆2-4层脱模剂即可。上模具和下模具以及模芯都要涂抹脱模剂；

步骤(5)模具紧固与预热：将上模具放置在下模具上，用螺栓将下模具和上模具固定并拧紧螺栓。将下模具，上模具，模芯，钢板放置在硫化机上加热(下模具下可以垫一张牛皮纸，避免出胶口流出的树脂弄脏硫化机)，温度设置为80℃。当硫化机温度到达80℃后，等待5min，确保模具内部温度也到达80℃；

步骤(6)预浸料添加与固化：将预浸料卷放置在模具中，盖上模芯，将钢板放置在模芯上。用硫化机将钢板加压1MPa。设置硫化机温度为110℃。当硫化机温度到达110度时，开始加压，压力为10MPa左右。这时有树脂从出胶口大量流出，约15min后模芯被完全压下，如果未压下，要不断调整模具的位置，确保模芯被完全压下。将硫化机升温至130℃，到130℃后保温半小时，确保预浸料完全固化；

步骤(7)脱模：关闭硫化机的加温开关，泄压，取下钢板，取出固定上模具与下模具的螺栓，将下模具从硫化机上拿下。在模芯上表面的孔中插上圆柱形模芯取出工装，在上模具两端放置钢制长方体脱模装置，将板簧取出；

步骤(8)表面打磨：使用锉刀和砂纸对板簧边缘位置打磨，使板簧边缘无毛刺和突出的树脂，注意打磨时要轻轻打磨，避免磨坏棱角；

所述步骤(1)中的预浸料为泰山E系列玻纤，树脂为快速固化环氧树脂。

所述步骤(1)中为了保证预浸料裁剪整齐，建议采用裁布机进行裁剪。

所述步骤(4)中的脱模剂为807脱模剂。

应理解，在本发明中，所述“玻璃纤维预浸料”、“预浸料”、“玻璃纤维环氧树脂预浸料”和“快速固化的玻璃纤维环氧树脂预浸料”可互换使用，均指：在树脂中进行过预浸处理的玻璃纤维，通常，预浸处理的时间为2-10s，较佳地5s。

应理解，所述方法由于采用预浸料为原料，因此所得板簧玻璃纤维含量很高。具体地，相对于VARI、高压RTM等注胶工艺，由于预浸料中含有的树脂比较少，因此制品的纤维体积含量较高。

在本发明中，选用快速固化的玻璃纤维环氧树脂预浸料为原料进行板簧制备，每个模具可以同时制作5个板簧，保证了板簧制作的高效。同时，相比于热压罐等工艺，使用平板硫化机也大大提高了板簧的制作效率。由于板簧在使用中主要受弯曲力，不受横向力，本工艺中板簧选用纯0度铺层。板簧的形状靠模具形状来保证，只要模芯压到位，板簧的形状就得到保证，制作过程简单易操作，最终获得高强度、高刚度、疲劳性稳定性良好的汽车板簧。

玻璃纤维汽车板簧及其应用

本发明还提供了一种玻璃纤维汽车板簧，所述玻璃纤维汽车板簧由玻璃纤维预浸料或玻璃纤维预浸料卷压制固化而成。

本发明还提供了一种制品，所述制品包含所述的玻璃纤维汽车板簧。

在另一优选例中，所述制品为汽车。

与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：

(1)所述方法具有工艺简单、成型效率高、成本低等特点；

(2)所述方法具有工艺稳定性好、可获得性能一致的产品的特点；

(3)所述板簧具有质轻、高强、耐疲劳、刚度可设计等特点。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1 玻璃纤维汽车板簧

以宽70mm、厚16mm、长1m的汽车板簧制造为例，所述方法包括如下步骤：

步骤(8)表面打磨：使用锉刀和砂纸对板簧边缘位置打磨，使板簧边缘无毛刺和突出的树脂，注意打磨时要轻轻打磨，避免磨坏棱角，得到所述玻璃纤维汽车板簧。

所述步骤(4)中的脱模剂为807脱模剂。

结果

采用本领域通用的疲劳性能测试方法、刚度和强度测试方法对实施例1所得板簧进行测试。

经测试，相比于常规的以金属(或合金)为原料的板簧，本发明所述玻璃纤维板簧的疲劳寿命可提高5-10倍。

应理解，在本发明中，可通过调节所用预浸料的铺层方法对所得板簧的力学性能进行设计。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种玻璃纤维汽车板簧的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)提供玻璃纤维预浸料卷；

2)使用硫化机预热板簧模具；

4)将所述硫化机的温度升温至第二温度，保温第二时间段；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃纤维预浸料卷由玻璃纤维预浸料卷制而成，所述玻璃纤维预浸料是如下制备的：

i)提供玻璃纤维和树脂预浸液；

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述玻璃纤维预浸料卷包含1-20张玻璃纤维预浸料。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述板簧模具预热结束后的温度为60-100℃。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述第一压力为5-30MPa；和/或

所述第一温度为100-120℃；和/或

所述第一时间段为5-30min。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，所述第二温度为120-150℃；和/或

所述第二时间段为10-60min。

7.一种玻璃纤维汽车板簧，其特征在于，所述玻璃纤维汽车板簧由玻璃纤维预浸料或玻璃纤维预浸料卷压制固化而成。

8.如权利要求7所述的玻璃纤维汽车板簧，其特征在于，所述玻璃纤维汽车板簧具有选自下组的一个或多个特征：

1)所述玻璃纤维汽车板簧的强度为2000MPa－2500MPa；

2)所述玻璃纤维汽车板簧的刚度为150GPa－180GPa。

9.如权利要求7所述的玻璃纤维汽车板簧，其特征在于，所述玻璃纤维汽车板簧的耐疲劳性为1000000－10000000。

10.一种制品，其特征在于，所述制品包含权利要求7所述的玻璃纤维汽车板簧。