專利名稱：應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明隸屬一種復合材輪框的制備技術(shù)，具體而言指一種多角度、且連續(xù)性的應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框及其制造方法，借以能提升復合材輪框的強度，并大量節(jié)省材料及工時。
背景技術(shù)：
按，受到材料技術(shù)的發(fā)展與多樣化，現(xiàn)有汽車用輪框以金屬材質(zhì)所成型，然在強調(diào)材質(zhì)輕量化的前提下，上述金屬材質(zhì)的輪框?qū)崯o法滿足輕量化的要求。為達減輕重量的目的，改良后的輪框于內(nèi)模外貼合纏繞輕量化、且具強韌度的復合材所制成，其中復合材選自如碳纖維Carbon Fiber、玻璃強化纖維Glass Fiber、聚酯纖維Polyester及芳香族聚酰胺類纖維Kevlar等。 而現(xiàn)有的復合材輪框選用不編織的UD碳纖維Un1-Directional,如圖1所示，其制造方法的步驟包括有一備料，預先準備UD碳纖維布；一含浸樹脂，將該UD碳纖維布含浸于樹脂槽內(nèi)；一裁切，將含浸樹脂后的UD碳纖維布裁切成所需的多個片狀體；一貼合纏繞，將片狀的UD碳纖維布逐一橫貼于內(nèi)模外周面如圖2所示;一入模，將完成UD碳纖維布貼合纏繞的粗胚置入模具內(nèi)；一加熱加壓，于模具內(nèi)對該粗胚進行加熱及加壓的動作；一表面處理，將完成加熱加壓的粗胚于冷卻后取出模具，并經(jīng)研磨與涂裝等表面處理程序，從而完成一復合材輪框的制作。前述現(xiàn)有復合材輪框的制作方法中，最大的問題是，由于汽車輪框表面除了具有供輪胎定位嵌固的卡溝外，同時為了提高輪框能支撐汽車重量的強度，通常輪框的斷面是具有若干環(huán)狀凸肋及斜度，而非呈平順狀，由于UD碳纖維布的延展性不足，因此如UD碳纖維布是以連續(xù)狀環(huán)繞于內(nèi)模表面，則會因這些凸起不平而產(chǎn)生皺折，所以必需采用如圖2所示的片狀UD碳纖維布逐一貼片形成一個圓的方式來處理，且在貼片過程中更需進行錯開及局部補強的動作，無形間不僅增加制造的難度及時間的浪費，同時也會制造出很多的接合線、使得UD碳纖維布無法連續(xù)性纏繞，造成其強度減弱的現(xiàn)象，如此該現(xiàn)有復合材輪框于實際使用時，可能因高速行駛于不平路面而裂開，影響到行車安全。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明人乃針對前述現(xiàn)有復合材輪框在制造中所面臨的問題深入探討，并借由多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的研發(fā)與制造經(jīng)驗積極尋求解決之道，經(jīng)不斷努力的研究與試作，終于成功的開發(fā)出一種應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框及其制造方法，借以解決現(xiàn)有復合材輪框因無法連續(xù)纏繞所造成的不便與困擾。因此，本發(fā)明的主要目的在提供一種應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框，借以利用其多層數(shù)、多角度的設(shè)計，不僅可使復合材輪框輕量化，且能大幅提高復合材輪框的強度，以增進行車安全。又，本發(fā)明的另一主要目的在提供一種應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法，其能使碳纖維布以連續(xù)性、多層數(shù)、且多角度的方式纏繞，而達到輕量化、一體化、高強度的目的，并可大量節(jié)省材料成本及工時。為此，本發(fā)明主要通過下列的技術(shù)手段，來具體實現(xiàn)本發(fā)明的各項目的與效能該復合材輪框的制造步驟至少包含有
首先，進行備料的步驟，將碳纖維編織成每股紗束成單經(jīng)向的碳纖維布；
接著，進行含浸樹脂的步驟，將單經(jīng)向編織的碳纖維布含浸于樹脂槽中，使樹脂可完全填充于所述碳纖維布表面與內(nèi)部縫隙；
之后，進行多角度裁切的步驟，將經(jīng)含浸樹脂的單經(jīng)向編織的碳纖維布利用裁剪技術(shù)裁切成多種角度的片狀碳纖維布；
緊接著，進行逐層纏繞內(nèi)模的步驟，將所述述片狀碳纖維布逐層循環(huán)纏繞于一內(nèi)模的周緣表面，而形成多層數(shù)且多角度纏繞的粗胚結(jié)構(gòu)；
隨后，進行加熱加壓步驟，將該粗胚結(jié)構(gòu)置入對應(yīng)復合材輪框外形的模具內(nèi)，并利用加熱、加壓技術(shù)對所述粗胚結(jié)構(gòu)進行加熱及加壓，讓碳纖維布可完全結(jié)合成一體狀復合材輪框的制作。優(yōu)選地，該備料的步驟是使碳纖維布為經(jīng)向呈紗束、而緯向以細小紗束連結(jié)交織，其中經(jīng)向紗束與緯向紗束的數(shù)量比例為9:1。優(yōu)選地，該含浸樹脂的步驟中的樹脂選自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚對苯二甲酸乙丁二醇酯、聚醚醚酮或聚醚酰亞胺的至少其中之一。優(yōu)選地，該多角度裁切的步驟中片狀碳纖維布分別呈正45度、負45度、90度及0度。優(yōu)選地，該多角度裁切的步驟中可進一步剪裁有條片狀碳纖維布，而條片狀碳纖維布可于該逐層纏繞內(nèi)模的步驟中纏繞于片狀碳纖維布間或最后，形成供輪胎固定的卡溝或凸肋，使之后成型的復合材輪框斷面呈不均厚狀。優(yōu)選地，該條片狀碳纖維布呈0度。優(yōu)選地，該加熱加壓的步驟后可增加一表面處理的步驟，表面處理的步驟是通過研磨與涂裝進行復合材輪框的修整。優(yōu)選地，該含浸樹脂的步驟中樹脂的含量為樹脂與碳纖維布總重量的22% 40%。優(yōu)選地，該加熱加壓的步驟中加熱溫度為120至180攝氏度，持續(xù)30分鐘至60分鐘。本發(fā)明提供一種應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框，該復合材輪框利用上述方法所制得。本發(fā)明提供一種應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框，其由多個片狀的碳纖維布及多個條片狀的碳纖維布逐層環(huán)繞，且該等碳纖維布選自單經(jīng)向編織的碳纖維布體，又該等片狀的碳纖維布與相鄰層的片狀的碳纖維布呈不同夾角的配置；
經(jīng)含浸樹脂與加熱加壓而制得。優(yōu)選地，該復合材輪框并利用條片狀的碳纖維布使斷面呈不均厚狀，用以形成供固定輪胎的卡溝。借此，通過本發(fā)明前述技術(shù)手段的展現(xiàn)，使得本發(fā)明的復合材輪框可因應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維布的特性，形成一種多層數(shù)與多角度的結(jié)構(gòu)，不僅可使復合材輪框達到一體化、連續(xù)性及輕量化的目的,且能有效節(jié)省材料成本,并縮短工時，同時可大幅提高復合材輪框的強度，以增進行車安全，從而使本發(fā)明的復合材輪框在「輕量化、提高強度、節(jié)省材料及節(jié)省工時」等方面較現(xiàn)有者更具功效增進。


圖1 :為現(xiàn)有復合材輪框的制造方法的流程示意圖。圖2 :為現(xiàn)有復合材輪框的制造方法中于貼合UD碳纖維布的參考示意圖。圖3 :為本發(fā)明應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法的流程示意圖。圖4 :為本發(fā)明的復合材輪框制造方法中單經(jīng)向編織的碳纖維布的外觀示意圖。圖5 A 圖5 D :為本發(fā)明的復合材輪框制造方法中單經(jīng)向編織的碳纖維布于多角度裁切時的參考示意圖。圖6 A 圖6 E :為本發(fā)明的復合材輪框制造方法中單經(jīng)向編織的碳纖維布于逐層纏繞時的參考示意圖。圖7 :為本發(fā)明的復合材輪框的外觀示意圖。主要組件符號說明
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法，其特征在于，步驟至少包含有 首先，進行備料的步驟，將碳纖維編織成每股紗束成單經(jīng)向的碳纖維布； 接著，進行含浸樹脂的步驟，將單經(jīng)向編織的碳纖維布含浸于樹脂槽中，使樹脂可完全填充于所述碳纖維布表面與內(nèi)部縫隙； 之后，進行多角度裁切的步驟，將經(jīng)含浸樹脂的單經(jīng)向編織的碳纖維布利用裁剪技術(shù)裁切成多種角度的片狀碳纖維布； 緊接著，進行逐層纏繞內(nèi)模的步驟，將所述述片狀碳纖維布逐層循環(huán)纏繞于一內(nèi)模的周緣表面，而形成多層數(shù)且多角度纏繞的粗胚結(jié)構(gòu)； 隨后，進行加熱加壓步驟，將該粗胚結(jié)構(gòu)置入對應(yīng)復合材輪框外形的模具內(nèi)，并利用加熱、加壓技術(shù)對所述粗胚結(jié)構(gòu)進行加熱及加壓，讓碳纖維布可完全結(jié)合成一體狀復合材輪框的制作。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法，其特征在于，該備料的步驟是使碳纖維布為經(jīng)向呈紗束、而緯向以細小紗束連結(jié)交織，其中經(jīng)向紗束與緯向紗束的數(shù)量比例為9 :1。
3.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法，其特征在于，該含浸樹脂的步驟中的樹脂選自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚對苯二甲酸乙丁二醇酯、聚醚醚酮或聚醚酰亞胺的至少其中之一。
4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法，其特征在于，該多角度裁切的步驟中片狀碳纖維布分別呈正45度、負45度、90度及O度。
5.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法，其特征在于，該多角度裁切的步驟中可進一步剪裁有條片狀碳纖維布，而條片狀碳纖維布可于該逐層纏繞內(nèi)模的步驟中纏繞于片狀碳纖維布間或最后，形成供輪胎固定的卡溝或凸肋，使之后成型的復合材輪框斷面呈不均厚狀。
6.如權(quán)利要求5所述的應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法，其特征在于，該條片狀碳纖維布呈O度。
7.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法，其特征在于，該加熱加壓的步驟后可增加一表面處理的步驟，表面處理的步驟是通過研磨與涂裝進行復合材輪框的修整。
8.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法，其特征在于，該含浸樹脂的步驟中樹脂的含量為樹脂與碳纖維布總重量的22% 40%。
9.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法，其特征在于，該加熱加壓的步驟中加熱溫度為120至180攝氏度，持續(xù)30分鐘至60分鐘。
10.一種應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框，該復合材輪框利用如權(quán)利要求1至9中任一項所述的應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框制造方法所制得。
11.一種應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框，其特征在于，其由多個片狀的碳纖維布及多個條片狀的碳纖維布逐層環(huán)繞，且該等碳纖維布選自單經(jīng)向編織的碳纖維布體，又該等片狀的碳纖維布與相鄰層的片狀的碳纖維布呈不同夾角的配置；經(jīng)含浸樹脂與加熱加壓而制得。
12.如權(quán)利要求11所述的連續(xù)性纖維積層板，其特征在于，該復合材輪框利用條片狀的碳纖維布使斷面呈不均厚狀，以形成供固定輪胎的卡溝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用單經(jīng)向編織碳纖維的復合材輪框及其制造方法，特別指一種輕易化、且高強度的復合材輪框，該復合材輪框由多個片狀的碳纖維布及多個條片狀的碳纖維布逐層環(huán)繞，且該等碳纖維布選自單經(jīng)向編織的碳纖維布體，又該等片狀的碳纖維布與相鄰層的片狀的碳纖維布呈不同夾角的配置，借此，經(jīng)含浸樹脂與加熱加壓而制得，使本發(fā)明的復合材輪框能利用其多層數(shù)、多角度的設(shè)計，不僅可使復合材輪框連續(xù)性、一體化與輕量化，且能大幅節(jié)省材料與工時，并提高復合材輪框的強度。
文檔編號B32B27/04GK102991045SQ201110275180
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者馬水源 申請人:馬水源