CN109649071A - 一种碳纤维轮辋及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳纤维轮辋技术领域，尤其是一种碳纤维轮辋，包括内轮缘、内驼峰、长轮辋平底、连接环、短轮辋平底、外驼峰、外轮缘；一种碳纤维轮辋的制备方法，具体包括如下步骤：（1）、制备内预型件和外预型件；（2）、将内预型件和外预型件对接并锁紧；（3）、在连接有的内预型件和外预型件的外部包覆碳布，再进行预加热抽真空；（4）、在得到的预型件外部包覆一层碳布，得到预型体；（5）、对预型体进行加热达到环氧树脂填充及硬化，在轮辋粗胚的连接环上进行打孔，得到轮辋。本发明所得到的一种碳纤维轮辋及其制备方法，其得到的碳纤维轮辋具有各复杂部位尺寸精确、真圆度好、表面光洁平整、产品成型周期快、产品性能优异等特点。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维轮辋技术领域，尤其是一种碳纤维轮辋及其制备方法。
背景技术
传统的碳纤维轮辋，其成型方式主要有两种：
一、采用真空袋加热压罐成型，基本上是单向模，有一侧有模具，另一侧靠真空袋，不能成型轮辋内侧有连接环的结构；且此成型方式不能确保轮辋各复杂部位的尺寸，如轮缘，驼峰等尺寸；真空袋加热压罐成型出来的产品，表面不光洁，需要精加工处理，且面纱需要二次成型，增加操作难度。
二、采用高压RTM(即HRTM)成型，一端利用真空，另一端利用高压将树脂导入模腔内的复合材料铺层，树脂浸润纤维并固化。此方式纤维铺层难度增加，基本使用编织布，限制了纤维角度的叠层搭配设计；且设备投入成本高。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种碳纤维轮辋及其制备方法，其尺寸精确、成型周期快。
为了达到上述目的，本发明所设计的一种碳纤维轮辋，包括内轮缘、内驼峰、长轮辋平底、连接环、短轮辋平底、外驼峰、外轮缘；其中内轮缘、内驼峰、长轮辋平底、短轮辋平底、外驼峰、外轮缘依次连接为一体形成环状结构，所述连接环位于上述环状结构的内侧，且连接环设置在长轮辋平底与短轮辋平底连接处，连接环上均匀开设有多个螺栓孔，螺栓孔用于轮辋与轮辐的固定连接。
其中连接环的厚度在0.6cm以上。
一种碳纤维轮辋的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、将碳纤维材料织成碳布，将若干层含浸有热融性环氧树脂的碳布包覆在内预型制具和外预型制具上，并采用预加热抽真空方式使得各层碳布紧密结合形成内预型件和外预型件；
（2）、在内预型件和外预型件的连接环位置处用含浸有热融性环氧树脂的碳布进行缠绕；
（3）、将内预型件和外预型件对接并锁紧，确保内预型件和外预型件紧密结合；
（4）、在连接有的内预型件和外预型件的外部包覆若干层含浸有热融性环氧树脂的碳布，再进行预加热抽真空；
（5）、在内轮缘、内驼峰、外轮缘、外驼峰位置处缠绕含浸有热融性环氧树脂的碳布，以增加这些部位的厚度和强度；
（6）、在步骤（5）得到的预型件外部包覆一层含浸有热融性环氧树脂的碳布，并分别将内预型制具和外预型制具脱离，得到预型体；
（7）、将预型体置于冷热一体成形态中的模具底模上，合上左右模，再合上上模；
（8）、对预型体进行加热达到环氧树脂填充及硬化；
（9）、将预型体从模具中取出，得到轮辋粗胚；
（10）、将轮辋粗胚的连接环上进行打孔，得到轮辋。
步骤（1）中的预加热抽真空方式采用60℃低温加热，0.09MPa真空压力值进行抽真空，且时间控制在20min以上。其环氧竖直在低温时软稀化，使得各层碳布能紧密结合，减少层间的孔隙率，且要控制控制孔隙率在0.9%以下，因为当孔隙率超过0.9%时，其层间剪切强度明显下降。通过温度、时间、压力的控制，可以最大限度减薄预型件的壁厚达到基本等同成型后的产品壁厚，这样有助于预制品放入成型模具时，碳纤维复合材料不至于被上下左右模在合模时挤压变形，形成的产品表面光洁平整、真圆度高。
预加热抽真空采用分层抽真空，即多次抽真空，由于轮辋的壁厚较大，单次抽真空的效果不强，采用多次抽真空，确保抽真空的效果。
预型件的碳纤维壁厚设计过程中，采用预加热抽真空完成后的壁厚与产品的最终壁厚要求基本一致或接近。
步骤（1）中包覆在内预型制具和外预型制具上的碳布为0°碳布和45°碳布组合，其中0°碳布是指纤维束的方向与水平方向呈0°夹角，45°碳布是指纤维束的方向与水平方向呈+45°和-45°夹角。其中采用高钢性12K-T700碳纤维含浸热融性环氧树脂织成碳布，采用0°与45°的角度组合，加上3K Carbon 编织Woven叠层而成，可增加产品的强度。
步骤（2）中连接环位置处的碳布为0°碳纤维实心纱，0°碳纤维实心纱是指纤维束的方向与水平方向呈0°夹角。内预型制具与外预型制具的设计为在连接环的位置处对接，所以内预型件和外预型件对接连接处为连接环的位置，在连接环的位置采用0°碳纤维实心纱进行缠绕，其目的为：一是增加该部位的厚度；二是0°的碳纤维实心纱能增加该部位的刚性，减少轮辐的变形。
步骤（5）中所使用的碳布为0°碳纤维实心纱，0°碳纤维实心纱是指纤维束的方向与水平方向呈0°夹角，通过0°碳纤维实心纱的缠绕能增加这些部位的厚度及强度。
步骤（3）中内预型件和外预型件通过预型直棒进行对接，然后用螺丝锁紧，确保内外预型件紧密结合，同时内外预型制具上对应位置设置定位孔，通过定位销实现定位。
步骤（8）中对预型体进行加热，加热过程为：1、采用4min将预型体升温至60℃，2、采用12min将预型体由60℃升温至80℃，3、采用2min将预型体由80℃升温至140℃，4、采用60min将预型体由140℃升温至145℃，5、采用4min将预型体由145℃降温至100℃，6、采用4min将预型体由100℃降温至80℃，7、采用2min将预型体由80℃降温至60℃，完成成型。
本发明所得到的一种碳纤维轮辋及其制备方法，其得到的碳纤维轮辋具有各复杂部位尺寸精确、真圆度好、表面光洁平整、产品成型周期快、产品性能优异等特点。
附图说明
图1为本发明的碳纤维轮辋截面示意图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1：
如图1所示，本实施例描述的一种碳纤维轮辋，包括内轮缘1、内驼峰2、长轮辋平底3、连接环4、短轮辋平底5、外驼峰6、外轮缘7；其中内轮缘1、内驼峰2、长轮辋平底3、短轮辋平底5、外驼峰6、外轮缘7依次连接为一体形成环状结构，所述连接环4位于上述环状结构的内侧，且连接环4设置在长轮辋平底3与短轮辋平底5连接处，连接环4上均匀开设有多个螺栓孔8，螺栓孔8用于轮辋与轮辐的固定连接。其中连接环4的厚度在0.6cm以上。
实施例2：
本实施例描述的一种碳纤维轮辋的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、将碳纤维材料织成碳布，将若干层含浸有热融性环氧树脂的碳布包覆在内预型制具和外预型制具上，并采用预加热抽真空方式使得各层碳布紧密结合形成内预型件和外预型件；
（2）、在内预型件和外预型件的连接环位置处用含浸有热融性环氧树脂的碳布进行缠绕；
（3）、将内预型件和外预型件对接并锁紧，确保内预型件和外预型件紧密结合；
（4）、在连接有的内预型件和外预型件的外部包覆若干层含浸有热融性环氧树脂的碳布，再进行预加热抽真空；
（5）、在内轮缘、内驼峰、外轮缘、外驼峰位置处缠绕含浸有热融性环氧树脂的碳布，以增加这些部位的厚度和强度；
（6）、在步骤（5）得到的预型件外部包覆一层含浸有热融性环氧树脂的碳布，并分别将内预型制具和外预型制具脱离，得到预型体；
（7）、将预型体置于冷热一体成形态中的模具底模上，合上左右模，再合上上模；
（8）、对预型体进行加热达到环氧树脂填充及硬化；
（9）、将预型体从模具中取出，得到轮辋粗胚；
（10）、将轮辋粗胚的连接环上进行打孔，得到轮辋。
步骤（1）中的预加热抽真空方式采用60℃低温加热，0.09MPa真空压力值进行抽真空，且时间控制在20min以上。其环氧竖直在低温时软稀化，使得各层碳布能紧密结合，减少层间的孔隙率，且要控制控制孔隙率在0.9%以下，因为当孔隙率超过0.9%时，其层间剪切强度明显下降。通过温度、时间、压力的控制，可以最大限度减薄预型件的壁厚达到基本等同成型后的产品壁厚，这样有助于预制品放入成型模具时，碳纤维复合材料不至于被上下左右模在合模时挤压变形，形成的产品表面光洁平整、真圆度高。
预加热抽真空采用分层抽真空，即多次抽真空，由于轮辋的壁厚较大，单次抽真空的效果不强，采用多次抽真空，确保抽真空的效果。
预型件的碳纤维壁厚设计过程中，采用预加热抽真空完成后的壁厚与产品的最终壁厚要求基本一致或接近。
步骤（1）中包覆在内预型制具和外预型制具上的碳布为0°碳布和45°碳布组合，其中0°碳布是指纤维束的方向与水平方向呈0°夹角，45°碳布是指纤维束的方向与水平方向呈+45°和-45°夹角。其中采用高钢性12K-T700碳纤维含浸热融性环氧树脂织成碳布，采用0°与45°的角度组合，加上3K Carbon 编织Woven叠层而成，可增加产品的强度。
步骤（2）中连接环位置处的碳布为0°碳纤维实心纱，0°碳纤维实心纱是指纤维束的方向与水平方向呈0°夹角。内预型制具与外预型制具的设计为在连接环的位置处对接，所以内预型件和外预型件对接连接处为连接环的位置，在连接环的位置采用0°碳纤维实心纱进行缠绕，其目的为：一是增加该部位的厚度；二是0°的碳纤维实心纱能增加该部位的刚性，减少轮辐的变形。
步骤（5）中所使用的碳布为0°碳纤维实心纱，0°碳纤维实心纱是指纤维束的方向与水平方向呈0°夹角，通过0°碳纤维实心纱的缠绕能增加这些部位的厚度及强度。
步骤（3）中内预型件和外预型件通过预型直棒进行对接，然后用螺丝锁紧，确保内外预型件紧密结合，同时内外预型制具上对应位置设置定位孔，通过定位销实现定位。
步骤（8）中对预型体进行加热，加热过程为：1、采用4min将预型体升温至60℃，2、采用12min将预型体由60℃升温至80℃，3、采用2min将预型体由80℃升温至140℃，4、采用60min将预型体由140℃升温至145℃，5、采用4min将预型体由145℃降温至100℃，6、采用4min将预型体由100℃降温至80℃，7、采用2min将预型体由80℃降温至60℃，完成成型。
Claims (8)
1.一种碳纤维轮辋，其特征是：包括内轮缘、内驼峰、长轮辋平底、连接环、短轮辋平底、外驼峰、外轮缘；其中内轮缘、内驼峰、长轮辋平底、短轮辋平底、外驼峰、外轮缘依次连接为一体形成环状结构，所述连接环位于上述环状结构的内侧，且连接环设置在长轮辋平底与短轮辋平底连接处，连接环上均匀开设有多个螺栓孔，螺栓孔用于轮辋与轮辐的固定连接。
2.根据权利 要求1所述的一种碳纤维轮辋，其特征是：连接环的厚度在0.6cm以上。
3.一种碳纤维轮辋的制备方法，其特征是：具体包括如下步骤：
（1）、将碳纤维材料织成碳布，将若干层含浸有热融性环氧树脂的碳布包覆在内预型制具和外预型制具上，并采用预加热抽真空方式使得各层碳布紧密结合形成内预型件和外预型件；
（2）、在内预型件和外预型件的连接环位置处用含浸有热融性环氧树脂的碳布进行缠绕；
（3）、将内预型件和外预型件对接并锁紧，确保内预型件和外预型件紧密结合；
（4）、在连接有的内预型件和外预型件的外部包覆若干层含浸有热融性环氧树脂的碳布，再进行预加热抽真空；
（5）、在内轮缘、内驼峰、外轮缘、外驼峰位置处缠绕含浸有热融性环氧树脂的碳布，以增加这些部位的厚度和强度；
（6）、在步骤（5）得到的预型件外部包覆一层含浸有热融性环氧树脂的碳布，并分别将内预型制具和外预型制具脱离，得到预型体；
（7）、将预型体置于冷热一体成形态中的模具底模上，合上左右模，再合上上模；
（8）、对预型体进行加热达到环氧树脂填充及硬化；
（9）、将预型体从模具中取出，得到轮辋粗胚；
（10）、将轮辋粗胚的连接环上进行打孔，得到轮辋。
4.根据权利要求3所述的一种碳纤维轮辋的制备方法，其特征是：步骤（1）中的预加热抽真空方式采用60℃低温加热，0.09MPa真空压力值进行抽真空，且时间控制在20min以上。
5.根据权利要求3所述的一种碳纤维轮辋的制备方法，其特征是：步骤（1）中包覆在内预型制具和外预型制具上的碳布为0°碳布和45°碳布组合，其中0°碳布是指纤维束的方向与水平方向呈0°夹角，45°碳布是指纤维束的方向与水平方向呈+45°和-45°夹角。
6.根据权利要求3所述的一种碳纤维轮辋的制备方法，其特征是：步骤（2）中连接环位置处的碳布为0°碳纤维实心纱，0°碳纤维实心纱是指纤维束的方向与水平方向呈0°夹角。
7.根据权利要求3所述的一种碳纤维轮辋的制备方法，其特征是：步骤（5）中所使用的碳布为0°碳纤维实心纱，0°碳纤维实心纱是指纤维束的方向与水平方向呈0°夹角。
8.根据权利要求3所述的一种碳纤维轮辋的制备方法，其特征是：步骤（8）中对预型体进行加热，加热过程为：1、采用4min将预型体升温至60℃，2、采用12min将预型体由60℃升温至80℃，3、采用2min将预型体由80℃升温至140℃，4、采用60min将预型体由140℃升温至145℃，5、采用4min将预型体由145℃降温至100℃，6、采用4min将预型体由100℃降温至80℃，7、采用2min将预型体由80℃降温至60℃，完成成型。
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