CN113681932A - 基于缠绕成型的复合材料板簧本体的制备方法及板簧本体 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于缠绕成型的复合材料板簧本体的制备方法及板簧本体，该包括：将纤维丝穿过基于热固性树脂材料或热塑性树脂材料形成的溶液，以获取经该溶液浸渍的纤维丝；在模具中的与板簧的尺寸匹配的缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，以形成预成型板簧；缠绕过程中，每缠绕至少一层纤维丝后，在该至少一层纤维丝的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中；对该预成型板簧固化，得到复合材料板簧本体。本申请提供的方法能够在控制时间成本和模具损耗成本的基础上，生产出满足性能要求的板簧。

Description

基于缠绕成型的复合材料板簧本体的制备方法及板簧本体

技术领域

本发明涉及用于汽车的悬架，更具体地，涉及一种用于汽车的基于缠绕成型的复合材料板簧本体的制备方法及板簧本体。

背景技术

随着全球化石能源的日益消耗和人们对环境问题的日益重视，汽车工业中新材料新技术的革新速度也与日俱增。汽车轻量化不仅可以极大的降低人们对化石能源的消耗，还可以提高汽车的载货量，增加汽车的使用效率。复合材料除了具有重量轻、强度高的特点外，还具有较好的减震和疲劳寿命，因此，复合材料在汽车领域得到了广泛的应用。

复合材料作为汽车用板弹簧材料，近年受到众多汽车厂商的广泛研究，也在部分车型上得到了商业化应用。

相关技术中，复合材料板簧的成型工艺通常分为连续纤维缠绕(FilamentWinding)工艺和模压(Compressing Molding)工艺。纤维缠绕工艺可将浸入过树脂的纤维丝缠绕在具有固定形状的模具上，再进行固化，以得到成型产品。但是，纤维缠绕工艺的强度受到纤维丝之间的粘合程度影响较大，存在层间结合力不强，易劈裂等现象，进而导致其产品的耐疲劳性和强度较低，并不能很好的满足板簧的性能需求。因此，大多厂家研发的复合材料板簧都采用模压工艺，其精度相对于纤维缠绕工艺高，产品成型后，表面光滑，不需要进行二次加工。树脂转移模塑成形(Resin Transfer Molding，RTM)是一种典型的模压工艺，具体而言，在模腔中放入预成型的纤维增强材料，模具需有周边密封和紧固，并保证树脂可在内部流动顺畅；闭模后注入定量树脂，待树脂固化后即可脱模得到所期望产品。模压工艺能够成型结构复杂的构件，但是由于模压工艺是一次性成型的，导致生产的时间成本和模具损耗成本过高。

因此，如何在控制时间成本和模具损耗成本的基础上，生产出满足性能要求的板簧，是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种基于缠绕成型的复合材料板簧本体的制备方法及板簧本体，能够在控制时间成本和模具损耗成本的基础上，生产出满足性能要求的板簧。

第一方面，本申请提供了一种基于缠绕成型的复合材料板簧本体的制备方法，包括：

将纤维丝穿过基于热固性树脂材料或热塑性树脂材料形成的溶液，以获取经该溶液浸渍的纤维丝；

在模具中的与板簧的尺寸匹配的缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，以形成预成型板簧；缠绕过程中，每缠绕至少一层纤维丝后，在该至少一层纤维丝的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中；

对该预成型板簧固化，得到复合材料板簧本体。

本实施例中，通过在至少一层纤维丝的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中，不仅能够防止单向纤维丝在加热固化过程中纤维丝走向发生紊乱，还能够丰富沿所述纤维丝的缠绕方向的垂直方向上的纤维丝，进一步提升层间强度、层间断裂韧性以及疲劳寿命，保证了复合材料板簧本体能够满足性能要求；此外，由于纤维丝穿过基于热固性树脂材料或热塑性树脂材料形成的溶液后，会使得纤维丝附带有热固性树脂材料，因此，通过带有倒钩的针头以拱形的行驶将纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中的过程中，纤维丝附带有的热固性树脂材料可用于将纤维毡中的纤维段牢固的粘合至该至少一层纤维丝的内部，进一步提升了复合材料板簧本体的强度。此外，由于本申请是在连续纤维缠绕工艺上进行的改进，因此，会保留有连续纤维缠绕工艺的优点，即时间成本和模具损耗成本较低。

简言之，通过在至少一层纤维丝的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中，能够在控制时间成本和模具损耗成本的基础上，生产出满足性能要求的板簧。

在一些可能的实现方式中，针对该预成型板簧中的每一层纤维毡，该纤维段的长度根据该至少一层纤维丝的缠绕层数和纤维丝的直径确定。

在一些可能的实现方式中，该至少一层纤维丝的缠绕层数为N，该纤维丝的直径为M；其中，该纤维段的长度大于或等于2*M*N+L+P，其中，L与该倒钩的尺寸成正比，P为补偿量，M、N、L、P均为大于0的数值。

本实施例中，将该纤维段的长度设计为大于或等于2*M*N+L+P，能够保证纤维段嵌入的深度大于或等于该至少一层纤维丝的厚度，相当于，通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中以及该至少一层纤维丝下方的纤维毡中，即能够保证两层纤维毡中的纤维段之间存在交集，进而，能够进一步提升复合材料板簧本体的强度。

在一些可能的实现方式中，针对该预成型板簧中的每一层纤维毡，该纤维段的长度与已经缠绕在该模具上的纤维丝的缠绕总层数成正比。

本实施例中，将纤维段的长度设计为与已经缠绕在该模具上的纤维丝的缠绕总层数成正比，同样能够保证纤维段嵌入的深度大于或等于该至少一层纤维丝的厚度，相当于，通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中以及该至少一层纤维丝下方的纤维毡中，即能够保证两层纤维毡中的纤维段之间存在交集，进而，能够进一步提升复合材料板簧本体的强度。

在一些可能的实现方式中，沿该纤维丝的缠绕方向的垂直方向上，设置有与该缠绕空间的尺寸相同的至少一排该针头；

其中，该通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中，包括：

通过转动该模具，在该缠绕空间内，当该针头位于该至少一层纤维丝的起始区域的上方时，将该针头经该一层纤维毡，反复插入到该至少一层纤维丝中，直至该针头位于该至少一层纤维丝的结束位置；其中，该针头在反复插入该至少一层纤维丝的过程中，通过该倒钩以拱形的形式将该纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中。

本申请实施例中，通过转动所述模具的方式将纤维丝缠绕在模具的缠绕空间内，能够降低缠绕纤维丝的工艺复杂度，有利于流水化作业以及实现批量化生产。此外，沿该纤维丝的缠绕方向的垂直方向上，设置有与该缠绕空间的尺寸相同的至少一排该针头，能够在缠绕纤维丝的同时，对已经缠绕的纤维丝进行“针刺”作业，进一步降低了“针刺”作业的工艺复杂度，有利于流水化作业以及实现批量化生产。

在一些可能的实现方式中，该将该针头经该一层纤维毡，反复插入到该至少一层纤维丝中，包括：

通过控制该模具的转动速度的方式，控制该针头插入该至少一层纤维丝的实际密度。

本实施例中，通过控制该模具的转动速度的方式，控制该针头插入该至少一层纤维丝的实际密度，能够降低对针头的性能要求，避免涉及专用针头，能够降低研发成本以及设备成本，进而，能够有效控制复合材料板簧本体的生产成本。

在一些可能的实现方式中，该针头插入该至少一层纤维丝的密度范围为2～200针每平方厘米。

在一些可能的实现方式中，该在模具中的与板簧的尺寸匹配的缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，包括：

在该缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，并在缠绕过程中对经该溶液浸渍的每一根纤维丝施加小于第一阈值且大于第二阈值的张力，该第一阈值根据该针头插入该至少一层纤维丝时所需的空间大小确定。

在一些可能的实现方式中，该第一阈值根据该针头插入该至少一层纤维丝时所需的空间大小成反比。

本实施例中，针对在缠绕过程中对经该溶液浸渍的每一根纤维丝施加的张力，将其设计为小于第一阈值且大于第二阈值，且该第一阈值根据该针头插入该至少一层纤维丝时所需的空间大小确定，相当于，在对每一根纤维丝施加的张力的过程中，能够使得“针刺”作业对作业空间的需求，避免由于没有足够的作业空间而导致纤维丝发生断裂的情况，相当于，能够在“针刺”作业过程中，保证纤维丝的连续性，进而，能够保证复合材料板簧本体的性能。

在一些可能的实现方式中，该在模具中的与板簧的尺寸匹配的缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，以形成预成型板簧，包括：

将纤维布穿过基于该溶液，以获取经该溶液浸渍的纤维布；

在该缠绕空间内，铺设一层或多层经该溶液浸渍的纤维布；

在敷设了一层或多层该纤维布的该缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，以形成该预成型板簧。

本实施例中，通过在敷设了一层或多层该纤维布的该缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，以形成该预成型板簧，相当于，复合材料板簧本体在受力的情况下，该纤维布能够减轻纤维丝承受的层间剪切，进而有利于避免缠绕成型的纤维丝之间发生错位，进而，能够保证复合材料板簧本体的性能。可选的，该纤维布包括两个垂直方向上的纤维丝，该两个垂直方向上的纤维丝和缠绕的纤维丝均成45度夹角，以进一步提升该纤维布的受力性能。

在一些可能的实现方式中，该在敷设了一层或多层该纤维布的该缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，以形成预成型板簧，包括：

在敷设了一层或多层该纤维布的该缠绕空间内，同时缠绕经该溶液浸渍的纤维丝和经该溶液浸渍的纤维布，以形成该预成型板簧。

在一些可能的实现方式中，该对该预成型板簧固化，得到复合材料板簧本体，包括：

对该预成型板簧进行固化裁剪，得到多个待加工板簧单元；

在每一个待加工板簧单元的最外层的纤维丝上，缠绕经该溶液浸渍的一层或多层纤维布，得到预成型板簧单元；

对该预成型板簧单元进行二次固化，得到该复合材料板簧本体。

本实施例中，一个预成型板簧单元经过二次固化后，可得到一个复合材料板簧本体。针对裁剪后的预成型板簧单元缠绕经该溶液浸渍的一层或多层纤维布，能够裁剪工艺对纤维布的结构产生破坏，进而，能够保证纤维布对板簧本体的力学性能的提升效果。

在一些可能的实现方式中，该至少一层纤维丝的层数范围为1～10，该纤维段的长度范围为20～100mm。

第二方面，提供了一种复合材料板簧本体，包括：

根据第一方面或第一方面中的任一种可能的实现方式中所述的方法制备的复合材料板簧本体。

第三方面，提供了一种板簧总成，包括：

根据第一方面或第一方面中的任一种可能的实现方式中所述的方法制备的复合材料板簧本体，该复合材料板簧本体的两端固定设置有金属卷耳，该金属卷耳与车架固定连接，该复合材料板簧本体的中部通过U形螺栓固定在车轴上。

附图说明

图1为本申请提供的板簧总成的安装示意图。

图2是本申请实施例提供的复合材料板簧总成的示意图。

图3是本申请实施例提供的基于缠绕成型的复合材料板簧本体的制备方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

板簧在汽车上可以纵置或者横置。后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以只在少数轻、微型车上应用。纵置板簧能传递各种力和力矩，具有导向功能，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。

图1为本申请提供的板簧总成的安装示意图。

如图1所示，板簧总成包括钢板板簧本体13，钢板板簧本体13的中部设置有两个U形螺栓14，其用于将钢板板簧本体13固定在车轴15，钢板板簧本体13的前端通过钢板板簧本体13的前卷耳131和前支架12固定在车身11(车架)上；钢板板簧本体13的后端通过钢板板簧本体13的后卷耳132、吊耳16和后支架17固定在车身11(车架)上。

其中，钢板板簧本体13可由多片钢板组成，单片钢板本体的宽度不变，厚度有等截面和变截面两种，变截面又分线性变截面和抛物线变截面，由于抛物线变截面各处应力相等，变截面板簧多采用抛物线变截面。

随着科技发展，复合材料逐步用于汽车悬架弹簧元件。复合材料比强度比模量高、具有良好的耐疲劳性能、阻尼减振性能和耐腐蚀性能，因此，使用复合做弹性元件，可大幅提高车辆的平顺性和舒适性，而质量仅是钢板弹簧的1/4左右，不仅有效地提高了燃油效力，还降低了簧下质量，减小簧下振动，同时寿命大幅提高，在整车寿命范围内无需更换弹性元件，整车使用和维修成本相对较低。

复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起，组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。作为一个示例，单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力，不能承受弯曲、剪切和压应力，还不易做成固定的几何形状，是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起，可以做成各种具有固定形状的坚硬制品，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力，即可形成玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材，又含有玻璃组分，也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，其也可称为“玻璃钢”。

复合材料种类很多，一般由增强材料和基体材料组成，比如钢筋混泥土也是复合材料，混泥土是基体，钢筋是增强材料。

其中，基体材料包括但不限于环氧树脂、聚酯树脂、热可塑性树脂等。例如基体材料可以是树脂基体，即为树脂基复合材料的基体。树脂基体是指树脂和固化剂组成的胶液体系。作为示例，树脂基体可包括热固性树脂和热塑性树脂。热固性树脂只能一次加热和成型，在加工过程中发生固化，形成不熔和不溶解的网状交联型高分子化合物，因此不能再生。复合材料的树脂基体，以热固性树脂为主。热固性树脂包括但不限于：酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等。强化材料包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等。

强化材料包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等。强化材料可是强化纤维(Reinforced Fiber)，即树脂基复合材料的增强体。作为示例，按几何形状来分，强化材料包括零维的颗粒状、一维的纤维状、二维的片状(例如布状或毡状)和三维的立体结构。按属性来分则有无机强化材料和有机强化材料，其可以是合成的，也可以是天然的。无机强化材料可以是纤维状的，如无机的玻璃纤维、碳纤维，还有少量碳化硅等陶瓷纤维，有机强化材料包括芳酰胺纤维(芳纶)等。

作为示例，本申请涉及的复合材料板簧本体的增强材料可以是玻璃纤维、碳纤维，或玻璃纤维和碳纤维组成纤维束，其基体材料可以为环氧树脂等材料，也可以将其称之为纤维增强塑料(Fibred-Reinforced Plastic，FRP)板簧本体。

复合材料板簧的特点和传统的金属材料相比，最大特点就是比强度高、比模量高，耐温性好、抗冲击性好、可设计性强、减重70％以上、安全断裂等优点。国外不少已在量产车上使用复合材料板簧，国内外很多汽车厂家都在开发复合材料板簧。复合材料板簧的安装和钢板板簧的安装类似，需要像钢板板簧一样将中部固定到车轴上，两端连接到车身上。但是，由于很难在复合材料板簧两端做出卷耳，因此必须做出类似卷耳的构件。

图2是本申请实施例提供的复合材料板簧总成的示意图。

如图2所示，复合材料板簧总成20可包括复合材料板簧本体23，复合材料板簧本体23的两端分别设置有类似卷耳的构件231以及232，以将复合材料板簧本体23的两端连接到车身(车架)上；复合材料板簧本体23的中部要通过U形螺栓24固定在车轴上。作为本申请提供的一个示例，该类似卷耳的构件231以及232可以是车架铰接筒。可选的，该类似卷耳的构件231以及232还可以包括板簧夹持板，车架铰接筒与板簧夹持板固定连接，例如板簧夹持板可与车架铰接筒构成U型结构；可选的，板簧夹持板可设置在复合材料板簧本体23的内部，也可与复合材料板簧本体23通过紧固螺栓固定连接。

复合材料板簧的成型工艺通常分为连续纤维缠绕(Filament Winding)工艺和模压(Compressing Molding)工艺。纤维缠绕工艺可将浸入过树脂的纤维丝缠绕在具有固定形状的模具上，再进行固化，以得到成型产品。但是，纤维缠绕工艺的强度受到纤维丝之间的粘合程度影响较大，存在层间结合力不强，易劈裂等现象，进而导致其产品的耐疲劳性和强度较低，并不能很好的满足板簧的性能需求。因此，大多厂家研发的复合材料板簧都采用模压工艺，其精度相对于纤维缠绕工艺高，产品成型后，表面光滑，不需要进行二次加工。树脂转移模塑成形(Resin Transfer Molding，RTM)是一种典型的模压工艺，具体而言，在模腔中放入预成型的纤维增强材料，模具需有周边密封和紧固，并保证树脂可在内部流动顺畅；闭模后注入定量树脂，待树脂固化后即可脱模得到所期望产品。模压工艺能够成型结构复杂的构件，但是由于模压工艺是一次性成型的，导致生产的时间成本和模具损耗成本过高。

基于此，本申请提供了一种基于缠绕成型的复合材料板簧本体的制备方法及板簧本体，能够在控制时间成本和模具损耗成本的基础上，生产出满足性能要求的板簧。例如，能够在控制时间成本和模具损耗成本的基础上，生产出满足复合材料板簧本体对弯曲强度、层间剪切强度等保持率的要求，特别是高温场景下对力学性能保持率的要求。其中，层间剪切强度用于评估层间性能。

图3是本申请实施例提供的基于缠绕成型的复合材料板簧本体的制备方法30的示意性流程图。

如图3所示，该制备方法30可包括：

S31，将纤维丝穿过基于热固性树脂材料或热塑性树脂材料形成的溶液，以获取经该溶液浸渍的纤维丝；

S32，在模具中的与板簧的尺寸匹配的缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，以形成预成型板簧；缠绕过程中，每缠绕至少一层纤维丝后，在该至少一层纤维丝的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中；

S33，对该预成型板簧固化，得到复合材料板簧本体。

例如，该溶液为热固性树脂溶液，则可对该预成型板簧进行加热固化，以得到复合材料板簧本体。

本实施例中，通过在至少一层纤维丝的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中，不仅能够防止单向纤维丝在加热固化过程中纤维丝走向发生紊乱，还能够丰富沿所述纤维丝的缠绕方向的垂直方向上的纤维丝，进一步提升层间强度、层间断裂韧性以及疲劳寿命，保证了复合材料板簧本体能够满足性能要求；此外，由于纤维丝穿过基于热固性树脂材料或热塑性树脂材料形成的溶液后，会使得纤维丝附带有热固性树脂材料，因此，通过带有倒钩的针头以拱形的行驶将纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中的过程中，纤维丝附带有的热固性树脂材料可用于将纤维毡中的纤维段牢固的粘合至该至少一层纤维丝的内部，进一步提升了复合材料板簧本体的强度。此外，由于本申请是在连续纤维缠绕工艺上进行的改进，因此，会保留有连续纤维缠绕工艺的优点，即时间成本和模具损耗成本较低。

简言之，通过在至少一层纤维丝的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中，能够在控制时间成本和模具损耗成本的基础上，生产出满足性能要求的板簧。

换言之，可以将通过带有倒钩的针头以拱形的行驶将纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中的过程称为“针刺”作业，本申请中，通过在连续纤维缠绕工艺的基础上，引入“针刺”作业，能够补偿连续纤维缠绕工艺中纤维丝间的粘合力度不足的缺陷。

需要说明的是，由于在制备工艺领域中，基体材料、增强材料、缠绕方法等工艺参数必须互相匹配，否则不能充分发挥纤维的增强作用，进而对强度影响较大。通常情况下，针对不同的产品(例如不同的基体材料和增强材料形成的复合材料)，需要涉及专门为其设计一套制备工艺，以达到预期效果。本申请提供的方案，就是针对连续纤维缠绕工艺，在缠绕作业流程中，专门设计了“针刺”作业流程，以提升弯曲强度、层间剪切强度等保持率。

此外，本申请实施例对纤维丝和热固性树脂材料的具体类型不作限定。

例如，纤维丝也可称为纤维线，纤维线可以是合成纤维线，合成纤维线是一种将聚合物在高温、高压下熔融后，经过极细孔径的喷头喷出流丝，经凝固后加工制成纤维并纺成线的连结材料。合成纤维制成的连结线强度高，可用很细的线订缝书帖而不断裂，具有很好的牢固性且无接头。再如，热固性树脂材料也可称为热固性胶粘剂或热固性树脂胶粘剂。热固性树脂胶粘剂可以是以含有反应性基团的热固性树脂为粘料的胶粘剂。加入固化剂或加热时，液态粘料分子可进一步聚合和交联成体型网状结构，形成不熔的固态胶接层而达到胶接的目的。热固性树脂材料可加热固化，其也可称为加热固化型胶粘剂。热固性树脂材料在常温下可以为液体，可在室温下稳定的存在，贮存时不出现树脂化学成分和性质的改变。

此外，本申请实施例对在模具的缠绕空间内缠绕纤维丝的具体实现方式不作限定。

例如，本申请实施例中的缠绕方式依赖于缠绕空间的形状或构造。例如，针对横向放置的模具，可以从左向右或从右向左的方式进行缠绕，针对竖向放置的模具，可以由下到上或由下到上的方式进行缠绕。作为示例，可以在该缠绕空间内，均匀的缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，以形成预成型板簧。例如可以先在缠绕空间内，以从左向右的顺序缠绕第一层纤维丝，然后在第一层纤维丝的表面再次以从右到左的顺序缠绕第二层纤维丝，然后在第二层纤维丝的表面再次以从左向右的顺序缠绕第三层纤维丝，以此类推，直至缠绕的纤维丝充满所述缠绕空间。

在一些实施例中，针对该预成型板簧中的每一层纤维毡，该纤维段的长度根据该至少一层纤维丝的缠绕层数和纤维丝的直径确定。作为一个示例，该至少一层纤维丝的缠绕层数为N，该纤维丝的直径为M；其中，该纤维段的长度大于或等于2*M*N+L+P，其中，L与该倒钩的尺寸成正比，P为补偿量，M、N、L、P均为大于0的数值。

本实施例中，将该纤维段的长度设计为大于或等于2*M*N+L+P，能够保证纤维段嵌入的深度大于或等于该至少一层纤维丝的厚度，相当于，通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中以及该至少一层纤维丝下方的纤维毡中，即能够保证两层纤维毡中的纤维段之间存在交集，进而，能够进一步提升复合材料板簧本体的强度。

在一些实施例中，针对该预成型板簧中的每一层纤维毡，该纤维段的长度与已经缠绕在该模具上的纤维丝的缠绕总层数成正比。

本实施例中，将纤维段的长度设计为与已经缠绕在该模具上的纤维丝的缠绕总层数成正比，同样能够保证纤维段嵌入的深度大于或等于该至少一层纤维丝的厚度，相当于，通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中以及该至少一层纤维丝下方的纤维毡中，即能够保证两层纤维毡中的纤维段之间存在交集，进而，能够进一步提升复合材料板簧本体的强度。

在一些实施例中，沿该纤维丝的缠绕方向的垂直方向上，设置有与该缠绕空间的尺寸相同的至少一排该针头；其中，该S32可包括：

通过转动该模具，在该缠绕空间内，当该针头位于该至少一层纤维丝的起始区域的上方时，将该针头经该一层纤维毡，反复插入到该至少一层纤维丝中，直至该针头位于该至少一层纤维丝的结束位置；其中，该针头在反复插入该至少一层纤维丝的过程中，通过该倒钩以拱形的形式将该纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝中。

本申请实施例中，通过转动所述模具的方式将纤维丝缠绕在模具的缠绕空间内，能够降低缠绕纤维丝的工艺复杂度，有利于流水化作业以及实现批量化生产。此外，沿该纤维丝的缠绕方向的垂直方向上，设置有与该缠绕空间的尺寸相同的至少一排该针头，能够在缠绕纤维丝的同时，对已经缠绕的纤维丝进行“针刺”作业，进一步降低了“针刺”作业的工艺复杂度，有利于流水化作业以及实现批量化生产。

在一种实现方式中，通过控制该模具的转动速度的方式，控制该针头插入该至少一层纤维丝的实际密度。

作为一个示例，可以基于针头插入该至少一层纤维丝的插入频率，控制该模具的转动速度，进而，控制该针头插入该至少一层纤维丝的实际密度。当然，在其他可替代实施例中，也可以基于该模具的转动速度，控制或设置针头插入该至少一层纤维丝的插入频率，进而控制该针头插入该至少一层纤维丝的实际密度。在具体实现中，可通过伺服电机控制模具的转动速度，伺服电动机(servomotor)可以是用作自动控制装置中执行元件的微电机，又称执行电动机，其功能可以是用于将电信号转换成转轴的角位移和/或角速度。

本实施例中，通过控制该模具的转动速度的方式，控制该针头插入该至少一层纤维丝的实际密度，能够降低对针头的性能要求，避免涉及专用针头，能够降低研发成本以及设备成本，进而，能够有效控制复合材料板簧本体的生产成本。

在一种实现方式中，该针头插入该至少一层纤维丝的密度范围为2～200针每平方厘米。

当然，上述数值仅为本申请的示例，不应理解为对本申请的限制。例如，在其他可替代实施例中，该针头插入该至少一层纤维丝的密度范围为50～100针每平方厘米。再如，该针头在该至少一层纤维丝的边缘区域插入的密度范围大于该针头在该至少一层纤维丝的中心区域插入的密度范围；在一种实现方式中，至少一排该针头在该至少一层纤维丝的边缘区域的密度大于该针头在该至少一层纤维丝的中心区域的密度。

在一些实施例中，该S32可包括：

在该缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，并在缠绕过程中对经该溶液浸渍的每一根纤维丝施加小于第一阈值且大于第二阈值的张力，该第一阈值根据该针头插入该至少一层纤维丝时所需的空间大小确定。在一种实现方式中，该第一阈值根据该针头插入该至少一层纤维丝时所需的空间大小成反比。

作为示例，架设在纱辊上的纤维丝通过浸胶槽，以获取经该溶液浸渍的纤维丝。此时，也可以在纱辊和浸胶槽之间设置一组摩擦辊，使得纤维丝在进入浸胶槽之前被拉伸而具有一定张力。当然，也可以通过其他张力装置控制对每一根纤维丝施加张力。可选的，该第一阈值可以等于50牛顿，该第二阈值可以是30牛顿，当然，上述数值仅为本申请的示例，不应理解为对本申请的限制。可选的，为了实现智能化操作，还可以通过显示屏和人机交互界面，控制对每一根纤维丝施加的张力。可选的，由于复合材料板簧本体在制造时优选地应当在具有一定温度的环境下，以将纤维丝充分浸泡到树脂材料中，因此浸胶槽中还可以设有恒温加热装置和/或恒温加热浴槽。恒温加热装置或恒温加热浴槽中均可以通过加热管以实现，温度多为60±20℃，属于本领域技术人员能够掌握的技术，而不再赘述。

本实施例中，针对在缠绕过程中对经该溶液浸渍的每一根纤维丝施加的张力，将其设计为小于第一阈值且大于第二阈值，且该第一阈值根据该针头插入该至少一层纤维丝时所需的空间大小确定，相当于，在对每一根纤维丝施加的张力的过程中，能够使得“针刺”作业对作业空间的需求，避免由于没有足够的作业空间而导致纤维丝发生断裂的情况，相当于，能够在“针刺”作业过程中，保证纤维丝的连续性，进而，能够保证复合材料板簧本体的性能。

在一些可能的实现方式中，该S32可包括：

将纤维布穿过基于该溶液，以获取经该溶液浸渍的纤维布；在该缠绕空间内，铺设一层或多层经该溶液浸渍的纤维布；在敷设了一层或多层该纤维布的该缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，以形成该预成型板簧。可选的，该纤维布铺设在该缠绕空间的底面和侧面。

换言之，缠绕成型的纤维丝的底面和侧面可包覆一层纤维布。

本实施例中，通过在敷设了一层或多层该纤维布的该缠绕空间内，缠绕经该溶液浸渍的纤维丝，以形成该预成型板簧，相当于，复合材料板簧本体在受力的情况下，该纤维布能够减轻纤维丝承受的层间剪切，进而有利于避免缠绕成型的纤维丝之间发生错位，进而，能够保证复合材料板簧本体的性能。可选的，该纤维布包括两个垂直方向上的纤维丝，该两个垂直方向上的纤维丝和缠绕的纤维丝均成45度夹角，以进一步提升该纤维布的受力性能。

在一种实现方式中，在敷设了一层或多层该纤维布的该缠绕空间内，同时缠绕经该溶液浸渍的纤维丝和经该溶液浸渍的纤维布，以形成该预成型板簧。

作为示例，每缠绕至少一层纤维丝和至少一层纤维布后，在该至少一层纤维丝的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层纤维丝和该至少一层纤维布中。换言之，该至少一层纤维丝和该至少一层纤维布交错设置，该至少一层纤维丝和该至少一层纤维布的第一层为一层纤维布，且最后一层为一层纤维丝。

在一种实现方式中，该S33可包括：

对该预成型板簧进行固化裁剪，得到多个待加工板簧单元；在每一个待加工板簧单元的最外层的纤维丝上，缠绕经该溶液浸渍的一层或多层纤维布，得到预成型板簧单元；对该预成型板簧单元进行二次固化，得到该复合材料板簧本体。

本实施例中，一个预成型板簧单元经过二次固化后，可得到一个复合材料板簧本体。针对裁剪后的预成型板簧单元缠绕经该溶液浸渍的一层或多层纤维布，能够裁剪工艺对纤维布的结构产生破坏，进而，能够保证纤维布对板簧本体的力学性能的提升效果。可选的，该纤维布包括两个垂直方向上的纤维丝，该两个垂直方向上的纤维丝和缠绕的纤维丝均成45度夹角，以进一步提升该纤维布的受力性能。

当然，在本申请的其他可替代实施例中，缠绕成型的纤维丝的上侧可包覆一层纤维布。例如，可以在纤维丝缠绕结束，在最外层的纤维丝上缠绕经该溶液浸渍的一层或多层纤维布，以得到该预成型板簧，然后对该预成型板簧固化裁剪，裁剪后的一个单元可作为一个复合材料板簧本体。

需要说明的是，本申请实施例对纤维布的具体类型不作限定。例如，本申请实施例涉及的纤维布也可以成为碳素纤维布、碳纤维布、碳纤布、碳布、碳纤维织物、碳纤维带、碳纤维片材以及预浸布等。采用碳纤维制成的复合材料具有极高的强度，超轻以及耐高温高压等特性。

在一些实施例中，该至少一层纤维丝的层数范围为1～10，该纤维段的长度范围为20～100mm。

当然，在其他可替代实施例中，该至少一层纤维丝的层数范围和/或该纤维段的长度范围也可以是其他数值，本申请实施例对此不作具体限定。例如，该至少一层纤维丝的层数为20。

本申请还提供了一种利用基于缠绕成型的复合材料板簧本体的制备方法所制备的复合材料板簧本体。应理解，复合材料板簧本体实施例和制备复合材料板簧本体的方法实施例可以相互对应，类似的描述可以参照复合材料的具体实施例。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本发明说明书中描述板簧本体、复合材料板簧、复合材料板簧本体均可以是树脂基纤维复合材料板簧本体。

还应理解，上述列举的制备复合材料板簧本体的方法的各实施例，可以通过机器人或者数控加工方式来执行，用于执行所述方法的设备软件或工艺可以通过执行保存在存储器中的计算机程序代码来执行上述方法。需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的制备方法，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种基于缠绕成型的复合材料板簧本体的制备方法，其特征在于，包括：

将纤维丝穿过基于热固性树脂材料或热塑性树脂材料形成的溶液，以获取经所述溶液浸渍的纤维丝；

在模具中的与板簧的尺寸匹配的缠绕空间内，缠绕经所述溶液浸渍的纤维丝，以形成预成型板簧；缠绕过程中，每缠绕至少一层纤维丝后，在所述至少一层纤维丝的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将所述一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到所述至少一层纤维丝中；

对所述预成型板簧固化，得到复合材料板簧本体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述预成型板簧中的每一层纤维毡，所述纤维段的长度根据所述至少一层纤维丝的缠绕层数和纤维丝的直径确定。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一层纤维丝的缠绕层数为N，所述纤维丝的直径为M；其中，所述纤维段的长度大于或等于2*M*N+L+P，其中，L与所述倒钩的尺寸成正比，P为补偿量，M、N、L、P均为大于0的数值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述预成型板簧中的每一层纤维毡，所述纤维段的长度与已经缠绕在所述模具上的纤维丝的缠绕总层数成正比。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沿所述纤维丝的缠绕方向的垂直方向上，设置有与所述缠绕空间的尺寸相同的至少一排所述针头；

其中，所述通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将所述一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到所述至少一层纤维丝中，包括：

通过转动所述模具，在所述缠绕空间内，当所述针头位于所述至少一层纤维丝的起始区域的上方时，将所述针头经所述一层纤维毡，反复插入到所述至少一层纤维丝中，直至所述针头位于所述至少一层纤维丝的结束位置；其中，所述针头在反复插入所述至少一层纤维丝的过程中，通过所述倒钩以拱形的形式将所述纤维段的两端嵌入到所述至少一层纤维丝中。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述针头经所述一层纤维毡，反复插入到所述至少一层纤维丝中，包括：

通过控制所述模具的转动速度的方式，控制所述针头插入所述至少一层纤维丝的实际密度。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述针头插入所述至少一层纤维丝的密度范围为2～200针每平方厘米。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在模具中的与板簧的尺寸匹配的缠绕空间内，缠绕经所述溶液浸渍的纤维丝，包括：

在所述缠绕空间内，缠绕经所述溶液浸渍的纤维丝，并在缠绕过程中对经所述溶液浸渍的每一根纤维丝施加小于第一阈值且大于第二阈值的张力，所述第一阈值根据所述针头插入所述至少一层纤维丝时所需的空间大小确定。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一阈值根据所述针头插入所述至少一层纤维丝时所需的空间大小成反比。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在模具中的与板簧的尺寸匹配的缠绕空间内，缠绕经所述溶液浸渍的纤维丝，以形成预成型板簧，包括：

将纤维布穿过基于所述溶液，以获取经所述溶液浸渍的纤维布；

在所述缠绕空间内，铺设一层或多层经所述溶液浸渍的纤维布；

在敷设了一层或多层所述纤维布的所述缠绕空间内，缠绕经所述溶液浸渍的纤维丝，以形成所述预成型板簧。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述在敷设了一层或多层所述纤维布的所述缠绕空间内，缠绕经所述溶液浸渍的纤维丝，以形成预成型板簧，包括：

在敷设了一层或多层所述纤维布的所述缠绕空间内，同时缠绕经所述溶液浸渍的纤维丝和经所述溶液浸渍的纤维布，以形成所述预成型板簧。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述预成型板簧固化，得到复合材料板簧本体，包括：

对所述预成型板簧进行固化裁剪，得到多个待加工板簧单元；

在每一个待加工板簧单元的最外层的纤维丝上，缠绕经所述溶液浸渍的一层或多层纤维布，得到预成型板簧单元；

对所述预成型板簧单元进行二次固化，得到所述复合材料板簧本体。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一层纤维丝的层数范围为1～10，所述纤维段的长度范围为20～100mm。

14.一种复合材料板簧本体，其特征在于，包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的方法制备的复合材料板簧本体。

15.一种板簧总成，其特征在于，包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的方法制备的复合材料板簧本体，所述复合材料板簧本体的两端固定设置有金属卷耳，所述金属卷耳与车架固定连接，所述复合材料板簧本体的中部通过U形螺栓固定在车轴上。

Images