CN111688427B - 一种汽车用碳纤维复合材料避震塔及汽车部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车用碳纤维复合材料避震塔及汽车部件，本发明综合考虑避震塔的载荷情况以及碳纤维复合材料可设计性的特点，获得了一种具有强度高、质量轻等优点的汽车用碳纤维复合材料避震塔。所述避震塔的材质为碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料包括碳纤维纱线的三维编织预制件和热固性树脂，所述热固性树脂填充于所述三维编织预制件的碳纤维间隙中；所述避震塔沿高度方向分为上部区域、中部区域和下部区域，其中，上部区域的高度占总高度的10％‑20％，中部区域的高度占总高度的20％‑30％；上部区域的壳体厚度为7.0‑9.0mm，中部区域的壳体厚度为5.0‑6.0mm，下部区域的壳体厚度为3.0‑4.0mm。

Description

一种汽车用碳纤维复合材料避震塔及汽车部件

技术领域

本发明涉及汽车避震塔领域，特别涉及一种汽车用碳纤维复合材料避震塔。

背景技术

随着能源危机、环境保护和安全问题的日益突出，汽车的轻量化和高性能设计已经成为当前汽车领域的研究热点。为了保证载荷的有效传递，传统的汽车避震塔多为金属结构，为了实现轻量化设计，一般采用不同厚度的多片式结构，如专利CN207565704U，或者混合金属材料形式，如专利CN105952838A。

现有结构形式需要通过焊接或者铆钉等实现不同厚度或者金属之间的连接，轻量化效果有限。碳纤维复合材料由于比刚度高、比强度高等特点，已经成为代替传统的金属材料，实现汽车轻量化设计最为有效的手段之一。然而，碳纤维复合材料作为一种全新材料，其力学特性、制造工艺、可设计参数等方面与金属有很大区别。因此，需要综合考虑避震塔的载荷情况以及碳纤维复合材料的特点，开发一种适用于汽车的碳纤维复合材料避震塔。

发明内容

本发明提供一种汽车用碳纤维复合材料避震塔及汽车部件，本发明综合考虑避震塔的载荷情况以及碳纤维复合材料可设计性的特点，获得了一种具有强度高、质量轻等优点的汽车用碳纤维复合材料避震塔。

本发明为达到其目的，提供如下技术方案：

本发明提供一种汽车用碳纤维复合材料避震塔，避震塔的材质为碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料包括碳纤维纱线的三维编织预制件和热固性树脂，所述热固性树脂填充于所述三维编织预制件的碳纤维间隙中；所述避震塔沿高度方向分为上部区域、中部区域和下部区域，其中，所述上部区域的高度占避震塔总高度的10％-20％(例如10％、15％、20％)，所述中部区域的高度占避震塔总高度的20％-30％(例如20％、25％、30％)；所述上部区域的壳体厚度为7.0-9.0mm(例如7.0mm、7.5mm、8.0mm、8.5mm、9.0mm)，所述中部区域的壳体厚度为5.0-6.0mm(例如5.0mm、5.5mm、6.0mm)，所述下部区域的壳体厚度为3.0-4.0mm(例如3.0mm、3.5mm、4.0mm)。

一些实施方式中，将所述碳纤维纱线经三维编织织成所述三维编织预制件时，对应于所述避震塔的上部区域、中部区域和下部区域的编织结构参数分别包括：

1)对应所述上部区域的编织结构参数：经纱间距为1.2-1.4mm，纬纱间距为1.4-1.6mm，层数为10-12层；

2)对应所述中部区域的编织结构参数：经纱间距为1.2-1.4mm，纬纱间距为2.0-2.2mm，层数为7-9层；

3)对应所述下部区域的编织结构参数：经纱间距为1.2-1.4mm，纬纱间距为2.3-2.5mm，层数为4-6层。

一些实施方式中，所述三维编织为三维正交机织。

一些实施方式中，所述碳纤维复合材料中的碳纤维纱线所占的体积分数为30％-40％(例如30％、35％、40％)。

一些实施方式中，所述热固性树脂为环氧树脂、邻苯树脂、对苯树脂等中的一种或两种以上的组合。

一些实施方式中，所述三维编织预制件和所述热固性树脂通过模塑成型工艺成型为碳纤维复合材料避震塔。

一些实施方式中，所述模塑成型工艺为树脂传递模工艺。

一些实施方式中，所述碳纤维复合材料避震塔的顶部为减震器安装配合面，所述减震器安装配合面上设有用于与减震器连接的安装孔。

一些实施方式中，所述碳纤维复合材料避震塔的下部设有能与车身部件机械连接的配合面。

本发明还提供一种汽车部件，所述汽车部件含有上文所述的汽车用碳纤维复合材料避震塔。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明所提供的碳纤维复合材料避震塔，综合考虑了避震塔的载荷情况以及碳纤维复合材料的特点，在结构参数与材料两方面进行设计，具有强度高、质量轻等优点，能够很好地替代金属制品的避震塔。

附图说明

图1是一种实施方式中一体式碳纤维复合材料避震塔示意图。

图2是一种实施方式中一体式碳纤维复合材料避震塔的主视示意图。

图3是一种实施方式中一体式碳纤维复合材料避震塔的侧视示意图。

图4是一种实施方式中一体式碳纤维复合材料避震塔的俯视示意图。

图5是图4中A-A向截面示意图。

图6是一种实施方式中三维正交机织单胞及其结构设计参数示意图。

具体实施例方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。

文中未特别说明之处，本领域技术人员均可根据其掌握的常规技术和公知常识知晓或理解。

本发明提供的汽车用碳纤维复合材料避震塔，其材质采用碳纤维复合材料，该复合材料包括碳纤维纱线的三维编织预制件和热固性树脂，所述热固性树脂填充于三维编织预制件的碳纤维间隙中，三维编织预制件和热固性树脂具体可以通过模塑成型工艺成型为复合材料。热固性树脂的具体选择没有特别限制，例如环氧树脂、邻苯树脂、对苯树脂等中的一种或两种以上的组合，可以直接使用市售的热固性树脂，例如但不限于亨斯曼AralditeLY1572CI等。碳纤维纱线(纱线指一束纤维)的具体选择没有特别限制，可以采用市售产品，例如但不限于东丽的T700 6k、台丽的TC-35 6k等。本发明的一些实施方式中，避震塔的示意图如图1-4所示，包括一体成型的壳体状本体1，在本体1顶部设有减震器安装配合面2，根据安装需要在该配合面开设用于安装减震器的安装孔4，安装孔的数量不做限制，例如为3个；下部为裙部3，配置成能与车身部件机械连接，即设有能与车身部件机械连接的配合面，例如能通过铆接等机械连接方式与车身部件连接。

本发明的避震塔沿高度方向分为上部区域5、中部区域6和下部区域7，其中，上部区域的高度占避震塔总高度的10％-20％，中部区域的高度占避震塔总高度的20％-30％；上部区域的壳体厚度为7.0-9.0mm，所述中部区域的壳体厚度为5.0-6.0mm，所述下部区域的壳体厚度为3.0-4.0mm。为便于理解，图5示意性的示出本发明避震塔的上中下区域设计，该图仅是为了便于理解的示意性表达，不能将本发明方案仅局限于图5。本发明通过将碳纤维复合材料的避震塔分为由上至下分为三个特定比例的区域，并使各区域具有特定的壁厚，这些结构参数组合形成的避震塔，其上部区域具有最强的承载能力，中部次之，下部承载能力最低，这样可以在满足避震塔承载要求的同时，最大化产品的轻量化效果。

在一些实施方式中，发明人通过优化三维编织的编织结构参数，能够获得具有上述上中下区域结构特点的避震塔产品。具体的，将碳纤维纱线经三维编织织成三维编织预制件时，对应于避震塔的上部区域、中部区域和下部区域的编织结构参数分别设置如下：

1)对应所述上部区域的编织结构参数：经纱间距L为1.2-1.4mm，纬纱间距W为1.4-1.6mm，层数H为10-12层；

2)对应所述中部区域的编织结构参数：经纱间距L为1.2-1.4mm，纬纱间距W为2.0-2.2mm，层数H为7-9层；

3)对应所述下部区域的编织结构参数：经纱间距L为1.2-1.4mm，纬纱间距W为2.3-2.5mm，层数H为4-6层。为便于理解，三维正交机织单胞及其结构设计参数示意图可参见图6。

对于避震塔的上部、中部和下部三个区域，采用上述不同的编织结构参数，例如，不同的编织层数，获得的预制件经模塑成型工艺再与热固性树脂复合之后形成的结构，其上部、中部和下部区域壳体厚度不同，上部区域厚度最大，中部区域厚度居中，下部区域厚度最小。基于上述上中下编织结构参数的组合设计，保证避震塔上部区域的载荷承载能力最强，中部次之，下部承载能力最低。

碳纤维纱线经三维编织织成三维编织预制件的具体三维编织形式不作特别限制，例如为三维正交机织、浅交弯联等形式，这些三维编织形式均为本领域公知的。

一些实施方式中，碳纤维复合材料中的碳纤维纱线所占的体积分数为30％-40％，在保证产品强度的同时，保证树脂可以充分的浸润碳纤维材料，减少缺陷的产生。

本发明的碳纤维复合材料避震塔具体由碳纤维纱线的三维编织预制件和热固性树脂通过模塑成型工艺成型而成，模塑成型工艺为本领域所熟知的复合材料成型工艺，具体例如可以采用现有的树脂传递模工艺(Resin Transfer Molding)，该工艺为本领域众所周知的，对此不作赘述。通过该工艺将热固性树脂灌注于置于模具中的预制件中，实现预制件与树脂的结合，在工艺过程中，热固性树脂会浸润预制件的碳纤维，从而填充于碳纤维之间的间隙中，最终形成一体式的碳纤维复合材料避震塔，经模塑成型工艺能制造出满足接口需求和性能要求的避震塔。

以下通过具体示例对本发明作进一步说明。

实施例1

该实施例提供的汽车用碳纤维复合材料避震塔，所用碳纤维纱线为东丽的T7006k，三维编织预制件采用三维正交机织，编织结构参数如下：

1)对应避震塔的上部区域的编织结构参数：经纱间距为1.2mm，纬纱间距为1.6mm，层数为10层；2)对应避震塔的中部区域的编织结构参数：经纱间距为1.2mm，纬纱间距为2.2mm，层数为7层；3)对应避震塔的下部区域的编织结构参数：经纱间距为1.2mm，纬纱间距为2.4mm，层数为5层。

采用树脂传递模工艺将碳纤维编织而成的三维编织预制件与热固性树脂成型为一体式的碳纤维复合材料避震塔，具体过程包括：将三维编织预制件铺放于模腔内，之后注入热固性树脂，树脂会浸润纤维，固化后脱模。其中碳纤维复合材料中的碳纤维纱线所占的体积分数为39％。所用的热固性树脂为亨斯曼Araldite LY1572CI。

所获得的汽车用碳纤维复合材料避震塔的上部区域的高度占避震塔总高度的20％，所述中部区域的高度占避震塔总高度的25％；所述上部区域的壳体厚度为8.0mm，所述中部区域的壳体厚度为5.6mm，所述下部区域的壳体厚度为4.0mm。

性能检测结果：对该实施案例进行强度性能台架试验，能满足车辆通过方坑时对避震塔强度性能的要求，相比传统的高强钢避震塔，实现了50％的减重效果。

Claims (7)

1.一种汽车用碳纤维复合材料避震塔，其特征在于，避震塔的材质为碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料包括碳纤维纱线的三维编织预制件和热固性树脂，所述热固性树脂填充于所述三维编织预制件的碳纤维间隙中；所述避震塔沿高度方向分为上部区域、中部区域和下部区域，其中，所述上部区域的高度占避震塔总高度的10％-20％，所述中部区域的高度占避震塔总高度的20％-30％；所述上部区域的壳体厚度为7.0-9.0mm，所述中部区域的壳体厚度为5.0-6.0mm，所述下部区域的壳体厚度为3.0-4.0mm；

将所述碳纤维纱线经三维编织织成所述三维编织预制件时，对应于所述避震塔的上部区域、中部区域和下部区域的编织结构参数分别包括：

1)对应所述上部区域的编织结构参数：经纱间距为1.2-1.4mm，纬纱间距为1.4-1.6mm，层数为10-12层；

2)对应所述中部区域的编织结构参数：经纱间距为1.2-1.4mm，纬纱间距为2.0-2.2mm，层数为7-9层；

3)对应所述下部区域的编织结构参数：经纱间距为1.2-1.4mm，纬纱间距为2.3-2.5mm，层数为4-6层；

所述碳纤维复合材料中的碳纤维纱线所占的体积分数为30％-40％；

所述三维编织预制件和所述热固性树脂通过模塑成型工艺成型为碳纤维复合材料避震塔。

2.根据权利要求1所述的汽车用碳纤维复合材料避震塔，其特征在于，所述三维编织为三维正交机织。

3.根据权利要求1所述的汽车用碳纤维复合材料避震塔，其特征在于，所述热固性树脂为环氧树脂、邻苯树脂、对苯树脂中的一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求1所述的汽车用碳纤维复合材料避震塔，其特征在于，所述模塑成型工艺为树脂传递模工艺。

5.根据权利要求1-4任一项所述的汽车用碳纤维复合材料避震塔，其特征在于，所述碳纤维复合材料避震塔的顶部为减震器安装配合面，所述减震器安装配合面上设有用于与减震器连接的安装孔。

6.根据权利要求1-4任一项所述的汽车用碳纤维复合材料避震塔，其特征在于，所述碳纤维复合材料避震塔的下部设有能与车身部件机械连接的配合面。

7.一种汽车部件，其特征在于，所述汽车部件含有权利要求1-6任一项所述的汽车用碳纤维复合材料避震塔。

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