本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種復(fù)合材料汽車連接桿的制備方法。

背景技術(shù)：

復(fù)合材料連接桿是工程上常用的一種結(jié)構(gòu)件，桿件制品的特點(diǎn)是中空、環(huán)向封閉、軸向具有一定的長度，具有較高的軸向和環(huán)向力學(xué)性能，可以承受軸向拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)和震動，具有較高的結(jié)構(gòu)效率，是各種結(jié)構(gòu)中常見的結(jié)構(gòu)零部件形式之一。常見的桿件制品有飛機(jī)、車船、航天器中受力桿件、緩沖吸能裝置中的吸能管等。在材料輕量化的今天，抗彎、抗扭、抗振動強(qiáng)度高的更輕的復(fù)合材料桿件成為現(xiàn)今結(jié)構(gòu)件的必要選擇。目前一般采用厚度較大的鋪層提高復(fù)合材料的抗彎、抗扭和抗振疲勞性能。有報道采用石膏模具制備具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的復(fù)合材料桿件，抗彎剛度、抗扭、抗振疲勞性能差，且制備方法復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)快速批量化生產(chǎn)。

目前用于大多數(shù)汽車連接桿的材質(zhì)為鋼質(zhì)，復(fù)合材料汽車連接桿具有重量輕、強(qiáng)度高，適用于懸臂梁、大扭矩、無規(guī)律振動和高加速度應(yīng)用，熱膨脹系數(shù)低、可隔絕噪聲與振動等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足不同的工程應(yīng)用。未見報道復(fù)合材料汽車連接桿且可承受無規(guī)律振動、大扭矩和懸臂梁抗彎的文獻(xiàn)，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)復(fù)合材料汽車連接桿的制備，解決在實(shí)際應(yīng)用中汽車連接笨重的難題?？梢愿鶕?jù)不同的應(yīng)用性能要求制備重量輕、大扭矩、高抗振的汽車復(fù)合材料連接桿。該連接桿可以提高燃油效率，實(shí)現(xiàn)汽車輕量，在汽車行業(yè)有很大應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合材料汽車連接桿的制備方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的復(fù)合材料汽車連接桿的制備方法，所述復(fù)合材料汽車連接桿包括固定底座；

所述固定底座采用RTM工藝或預(yù)浸料碎布模壓工藝制備。

優(yōu)選地，當(dāng)采用RTM工藝制備固定底座時，包括如下步驟：

步驟A1：將一層增強(qiáng)材料鋪放在RTM模具上，所述RTM模具為根據(jù)固定底座尺寸制造的成型模具，首先根據(jù)RTM模具型腔面裁剪相應(yīng)尺寸的增強(qiáng)材料，然后將一層增強(qiáng)材料鋪放到RTM模具上；

步驟A2：在當(dāng)前層增強(qiáng)材料上按照準(zhǔn)各向同性的原則依次鋪放多層增強(qiáng)材料,直到鋪設(shè)至第一設(shè)定層增強(qiáng)材料；其中，相鄰層增強(qiáng)材料之間噴涂固定膠；

步驟A3：將金屬預(yù)埋件固定在外層的第一設(shè)定層增強(qiáng)材料上；

步驟A4：在第一設(shè)定層增強(qiáng)材料上按照準(zhǔn)各向同性的原則再次依次鋪放多層增強(qiáng)材料,直到鋪層至第二設(shè)定層增強(qiáng)材料后，將RTM模具的型腔鋪滿形成固定底座；

步驟A5：合上RTM模具的外模到設(shè)定的位置，然后采用RTM注膠設(shè)備將RTM模具的型腔注入樹脂基體材料，充分浸漬增強(qiáng)材料；

步驟A6：對所述的固定底座施加壓力擠出一定的樹脂基體，然后按照設(shè)定的固化制度使所述固定底座固化定型后，拆除RTM模具，得到具有金屬預(yù)埋件的固定底座。

優(yōu)選地，當(dāng)采用碎布預(yù)浸料模壓工藝制備固定底座時，包括如下步驟：

步驟B1：將碎布預(yù)浸料裝填到模壓成型模具的模腔中，所述模壓成型模具為根據(jù)固定底座尺寸制造的成型模具，首先根據(jù)固定底座的結(jié)構(gòu)將金屬預(yù)埋件固定在模腔中，然后將的碎布預(yù)浸料裝填到模腔中并壓實(shí)；

步驟B2：采用壓機(jī)進(jìn)行壓制升溫固化定型后，拆除模壓成型模具，得到具有金屬預(yù)埋件的固定底座。

優(yōu)選地，所述第一設(shè)定層為5層；

所述第二設(shè)定層為15～20層。

優(yōu)選地，所述增強(qiáng)材料采用碳纖維和碳纖維織物、玻璃纖維和玻璃纖維織物、芳綸纖維和芳綸纖維織物、高模量聚乙烯纖維和高模量聚乙烯纖維織物、玄武巖纖維和玄武巖纖維織物中的任兩種或者兩種以上組合；

所述增加材料為高性能纖維或者高性能纖維布，在輕量化方面選擇碳纖維，在低成本高強(qiáng)度可以選擇玻璃纖維，而對韌性方面要求較高可以選擇無機(jī)纖維和有機(jī)纖維組合。

優(yōu)選地，所述碎布預(yù)浸料采用碳纖維預(yù)浸料或碳纖維布預(yù)浸料、玻璃纖維預(yù)浸料或玻璃纖維布預(yù)浸料、芳綸纖維預(yù)浸料或芳綸布預(yù)浸料、高模量聚乙烯纖維預(yù)浸料或高模量聚乙烯纖維布預(yù)浸料、玄武巖纖維預(yù)浸料或玄武巖纖維布預(yù)浸料中的任兩種或者兩種以上組合制成；所述預(yù)浸料為高性能纖維布預(yù)浸料或織物預(yù)浸料；織物預(yù)浸料為寬度10～1000mm的布帶。

優(yōu)選地，所述RTM模具的型腔成型注入的樹脂基體為熱固性樹脂，包括環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂的任一種。綜合力學(xué)性能、成型工藝、耐疲勞性方面的特點(diǎn)，選擇了以上五種樹脂。

優(yōu)選地，所述固定底座在通過RTM模具成型的脫模前通過在壓機(jī)加壓或機(jī)械鎖緊，再在設(shè)定的溫度和時間下固化、脫模；通過壓機(jī)加壓或者機(jī)械鎖緊，可以控制固定底座的含膠量和產(chǎn)品的致密度；通過對樹脂基的研究，分兩段加熱，可以控制交聯(lián)速度，消除反應(yīng)過程產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

優(yōu)選地，所述固定底座在通過模壓成型模具成型時，脫模前通過在壓機(jī)加壓合模，再通過對模壓成型模具加熱升溫，在設(shè)定的溫度和時間下固化、脫模。

優(yōu)選地，所述固定底座的金屬預(yù)埋件部分鑲嵌凹陷件，凹陷件主體直徑為5～0mm，凹陷件深度為固定底座的1/5～1/3；

所述金屬預(yù)埋件為鋁合金、鎂合金、鈦合金或鋼材制成，保證了連接的剛度。

本發(fā)明提供的復(fù)合材料汽車連接桿的制備方法，所述復(fù)合材料汽車連接桿包括承力的懸臂梁；

所述懸臂梁采用纖維纏繞或預(yù)浸料卷管工藝制備。

優(yōu)選地，當(dāng)采用纖維纏繞工藝制備懸臂梁時，包括如下步驟：

步驟X1：將浸漬有樹脂基體的增強(qiáng)材料纏繞至懸臂梁模具上，所述懸臂梁模具包括按照懸臂梁的內(nèi)腔制造的芯模和外模，首先浸漬過樹脂的增強(qiáng)材料在芯模上纏繞一層；

步驟X2：然后按照準(zhǔn)各向同性將浸漬樹脂基體的增強(qiáng)材料在設(shè)定張力下纏繞至設(shè)定的循環(huán)數(shù)結(jié)束，形成復(fù)合材料管；

步驟X3：將所述復(fù)合材料管裝入外模中，進(jìn)行加熱加壓固化定型后，拆除懸臂梁模具，得到懸臂梁。

優(yōu)選地，當(dāng)采用預(yù)浸料卷管工藝制備懸臂梁時，包括如下步驟：

步驟Y1：將按照懸臂梁尺寸裁剪的預(yù)浸料鋪貼在懸臂梁模具上，所述懸臂梁模具為按照懸臂梁內(nèi)腔制造的芯模；

步驟Y2：將鋪貼有預(yù)浸料的懸臂梁模具放置在卷管設(shè)備的下板上，且懸臂梁模具的鋪貼預(yù)浸料口和卷管設(shè)備上板呈水平狀態(tài)，通過卷管設(shè)備卷管成型，形成復(fù)合材料的懸臂梁卷管毛坯；

步驟Y3：將熱縮帶纏繞到復(fù)合材料的懸臂梁卷管毛坯外表面，進(jìn)行加熱固化定型后，撕去熱縮帶，得到懸臂梁。

優(yōu)選地，所述增強(qiáng)材料采用碳纖維和碳纖維織物、玻璃纖維和玻璃纖維織物、芳綸纖維和芳綸纖維織物、高模量聚乙烯纖維和高模量聚乙烯纖維織物、玄武巖纖維和玄武巖纖維織物中任兩種或者兩種以上組合。

優(yōu)選地，所述樹脂基體為熱固性樹脂，包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂中的任一種。

優(yōu)選地，所述步驟X2具體為當(dāng)按照準(zhǔn)各向同性將浸漬樹脂基體的增強(qiáng)材料在設(shè)定張力下纏繞時，纏繞張力為0～10N，纏繞角度為0～90°，纏繞循環(huán)數(shù)為5～20個循環(huán)；選擇不同的纏繞張力，可以消除纏繞過程中內(nèi)松外緊固化時起皺損失強(qiáng)度和剛度；選擇不同的纏繞角度和不同的纏繞循環(huán)數(shù)，可以得到抵抗不同的扭擺力矩、振動頻率以及彎曲剛度的汽車連接桿。

優(yōu)選地，當(dāng)采用纖維纏繞工藝制備懸臂梁時，在固化脫模前，通過壓機(jī)加壓、機(jī)械加壓或者熱壓罐加壓，再對懸臂梁模具加熱升溫，在設(shè)定的溫度和時間下固化后脫模；通過壓機(jī)加壓、機(jī)械加壓或者熱壓罐加壓，排出一定的樹脂得到纖維體積含量和致密度高的懸臂梁制品；通過對樹脂的研究，分兩段加熱，可以控制交聯(lián)速度，消除反應(yīng)過程產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

優(yōu)選地，當(dāng)采用預(yù)浸料卷管工藝制備懸臂梁時，在固化前，通過控制纏繞張力為0～20N，纏繞一層熱縮帶，熱縮帶寬度為5～20mm，熱縮帶單層厚度為0.03～0.10mm，熱縮帶耐溫溫度不低于150℃；通過控制纏繞張力纏繞一層熱縮帶，在固化過程中熱縮帶收縮勒緊懸臂梁，提高其致密度，排出層間氣泡。

所述懸臂梁與固定底座連接通過機(jī)械連接、膠接連接；對于無規(guī)律扭擺、單點(diǎn)支撐振動和高速運(yùn)行的汽車連接桿使用機(jī)械連接、膠接以及以上兩種組合比較合適。

所述機(jī)械連接包括鉚接、螺紋連接、錐螺紋連接。所述膠接為通過膠粘劑粘接。所述膠粘劑為環(huán)氧類、不飽和樹脂類；綜合膠接力學(xué)性能、批量化工藝性和耐溫方面的特點(diǎn)，選擇了以上兩種類型的膠粘劑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明中復(fù)合材料汽車連接桿充分發(fā)揮了復(fù)合材料比鋼制連接桿的固有頻率高的優(yōu)勢，具有極高的耐疲勞性和扭性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以滿足汽車在運(yùn)動中對承力懸臂梁上下震動和無規(guī)則晃擺彎曲的變化要求，可以應(yīng)用于乘務(wù)車、商務(wù)車、越野車和跑車等各種路況的車型；

2、本發(fā)明中從輕量化效果方面來看可以達(dá)到減重30～50％的目標(biāo)，同時剛性、抗震、耐疲勞性不會降低，有利于節(jié)能減排。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1、圖2示出了本發(fā)明中固定底座與懸臂梁連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3、圖4示出了本發(fā)明中固定底座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中懸臂的梁結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1為懸臂梁；

2為固定底座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

本發(fā)明提供的復(fù)合材料汽車連接桿制備方法，如圖1所示，復(fù)合材料汽車連接桿包括固定底座和承力的懸臂梁，所述固定底座與汽車框架連接，所述承力的懸臂梁與固定底座連接，所述懸臂梁與固定底座采用膠接、鉚接相結(jié)合的形式連接，所述制備方法包括以下步驟：

固定底座采用RTM工藝制備，具體為：

步驟1：將按照模具尺寸裁剪的無堿玻璃纖維方格布鋪放在RTM模具上，方格布的單層厚度為0.4mm，裁剪時允許將方格布的尺寸適當(dāng)放大；

步驟2：方格布之間噴涂少量的3M固定膠，起始布的經(jīng)向方向與模具上規(guī)定的0°方向一致，然后按照0°/+45°/-45°/90°鋪4層，將與汽車框架連接的金屬預(yù)埋件固定在相應(yīng)位置；

步驟3：重復(fù)步驟2，鋪層角度按照90°/-45°/+45°/0°/0°/+45°/-45°/90°鋪8層，將金屬預(yù)埋件位置的無堿玻纖布裁剪掉，局部加強(qiáng)筋采用插層的方式填補(bǔ)無堿玻璃纖維方格布；

步驟4：將與懸臂梁連接的金屬預(yù)埋件模具的外層的增強(qiáng)材料上的相應(yīng)位置上，重復(fù)步驟2，鋪層角度按照/90°/-45°/+45°/0°鋪4層，將金屬預(yù)埋件位置的無堿玻纖布裁剪掉，局部加強(qiáng)筋采用插層的方式填補(bǔ)無堿玻璃纖維方格布直至將型腔鋪滿；

步驟5：合上外模，RTM模具間隙控制在1～1.5mm，采用RTM注膠設(shè)備注入環(huán)氧樹脂，待所有出膠口溢出的樹脂中沒有氣泡時，關(guān)閉所有的出膠口和進(jìn)膠口；

步驟6：采用壓機(jī)對RTM模具進(jìn)行加壓至完全合模，擠出一定量的樹脂，然后加熱升溫至收到的溫度和時間下固化，最后脫模外模，得到帶金屬預(yù)埋件的固定底座2，如圖2所示。

當(dāng)采用纖維纏繞工藝制備懸臂梁時，具體為：

步驟1：先將無堿玻璃纖維進(jìn)行環(huán)氧樹脂浸漬，然后纏繞到懸臂梁模具上，無堿玻璃纖維與懸臂梁模具軸向角度為4°、+45°、-45°、90°交替纏繞，在纏繞張力為10N纏繞11層結(jié)束，形成復(fù)合材料管材；

步驟2：將纏繞成型的復(fù)合材料管材，裝入外?？蛑?，采用壓機(jī)或者熱壓罐對外模框進(jìn)行加壓，將復(fù)合材料管材進(jìn)一步擠壓密實(shí)，排出纏繞過程中夾裹的空氣和多余的樹脂，然后在設(shè)定的溫度和時間下固化。最后脫外模，得到復(fù)合材料懸臂梁2，如圖3所示。

步驟3：將步驟2制得的懸臂梁料通過膠接、鉚接相結(jié)合連接到固定底座上，即制得復(fù)合材料汽車連接桿，如圖1所示。膠接所用的膠粘劑為環(huán)氧膠，膠層厚度控制在0.2～0.3mm。

實(shí)施例2

本發(fā)明提供的復(fù)合材料汽車連接桿制備方法，如圖1所示，復(fù)合材料汽車連接桿包括固定底座和承力的懸臂梁，所述固定底座與汽車框架連接，所述承力的懸臂梁與固定底座連接，所述懸臂梁與固定底座采用鉚接形式連接，所述制備方法包括以下步驟：

固定底座采用預(yù)浸料模壓制備，具體為：

步驟1：首先將無堿玻璃纖維布/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料分切為單片尺寸為20mm×20mm的碎布預(yù)浸料；

步驟2：將金屬預(yù)埋件固定在模壓成型模具的模腔中；

步驟3：將模壓成型模具預(yù)熱至30～40℃，然后將碎布預(yù)浸料裝填到模腔中，邊添加邊進(jìn)行預(yù)壓實(shí)，直至密實(shí)的充滿整個模腔；

步驟4：裝上外模，并采用壓機(jī)將其充分合模，然后加熱升溫至設(shè)定的溫度和時間下固化，最后脫模外模，得到帶金屬預(yù)埋件的固定底座2，如圖2。

懸臂梁采用卷管工藝制備，具體為：

步驟1：按照目標(biāo)產(chǎn)品尺寸裁剪的無堿玻璃纖維布/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料鋪貼在懸臂梁模具上，預(yù)浸料經(jīng)向與模具軸向角度為0°/+45°/-45°/90°交替鋪貼4層，且每次錯開拼接縫。

步驟2：將鋪貼有預(yù)浸料的懸臂梁模具按標(biāo)準(zhǔn)角度放置在卷管設(shè)備的下板上，且懸臂梁模具的鋪貼預(yù)浸料口和卷管設(shè)備的上板呈水平狀態(tài)，按下卷管設(shè)備開關(guān)卷管成型，形成復(fù)合材料懸臂梁卷管毛坯。

步驟3：重復(fù)步驟1和2反復(fù)卷管11層；

步驟4：將復(fù)合材料懸臂梁卷管毛坯外表面纏繞一層耐溫180℃、寬度為10mm、厚度為0.05mm的熱縮帶，纏繞張力為20N，形成復(fù)合材料管材；

步驟5：所述復(fù)合材料管材，在設(shè)定的溫度和時間下固化，撕去熱縮帶，得到復(fù)合材料的懸臂梁，如圖3所示。

將制得的懸臂梁通過膠接連接到制得的固定底座上，即制得復(fù)合材料汽車連接桿，如圖1所示。膠接所用的膠粘劑為環(huán)氧膠，膠層厚度控制在0.2～0.3mm。

實(shí)施例3

本發(fā)明提供的復(fù)合材料汽車連接桿制備方法，如圖1所示，復(fù)合材料汽車連接桿包括固定底座和承力的懸臂梁，所述固定底座與汽車框架連接，所述承力的懸臂梁與固定底座連接，所述懸臂梁與固定底座采用膠接形式連接，所述制備方法包括以下步驟：

固定底座采用預(yù)浸料模壓制備，具體為：

步驟1：首先將無堿玻璃纖維布/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料分切為單片尺寸為20mm×20mm的碎布預(yù)浸料；

步驟2：將金屬預(yù)埋件固定在模壓成型模具的模腔中；

步驟3：將模壓成型模具預(yù)熱至30～40℃，然后將碎布預(yù)浸料裝填到模腔中，邊添加邊進(jìn)行預(yù)壓實(shí)，直至密實(shí)的充滿整個模腔；

步驟4：裝上外模，并采用壓機(jī)將其充分合模，然后加熱升溫至設(shè)定的溫度和時間下固化，最后脫模外模，得到帶金屬預(yù)埋件的固定底座2，如圖2。

當(dāng)采用纖維纏繞制備懸臂梁時，具體為：

步驟1：先將無堿玻璃纖維進(jìn)行鋇酚醛樹脂浸漬，然后纏繞到懸臂梁模具上，無堿玻璃纖維與懸臂梁模具軸向角度為4°纏繞，在纏繞張力為10N；

步驟2：將碳纖維(T700-6K)進(jìn)行鋇酚醛樹脂浸漬，然后纏繞到懸臂梁模具上，碳纖維(T700-6K)與懸臂梁模具軸向角度為+45°、-45°纏繞，在纏繞張力為5N；

步驟3：將無堿玻璃纖維進(jìn)行鋇酚醛樹脂浸漬，然后纏繞到懸臂梁模具上，無堿玻璃纖維與懸臂梁模具軸向角度為90°纏繞，纏繞張力為10N；

步驟4：重復(fù)步驟1、2、3反復(fù)纏繞，重復(fù)次序?yàn)椋翰襟E2/步驟1/步驟3/步驟1/步驟2/步驟3/步驟2/步驟1，總共纏繞11層。

步驟5：將纏繞成型的復(fù)合材料管材，裝入外?？蛑校捎脡簷C(jī)或者熱壓罐對外?？蜻M(jìn)行加壓，將復(fù)合材料管材進(jìn)一步擠壓密實(shí)，排出纏繞過程中夾裹的空氣和多余的樹脂，然后在設(shè)定的溫度和時間下固化。最后脫模外模，得到復(fù)合材料懸臂梁2，如圖3所示。

將制得的懸臂梁通過膠接相結(jié)合連接制得的固定底座上，即可。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。