专利名称：一种纤维增强塑料板式弹簧的制造方法
技术领域：
本发明涉及ー种车辆悬架系统中部件的制造方法，具体涉及ー种纤维增强塑料板式弹簧的低成本制造方法，主要用于制作汽车复合材料板式弹簧。
背景技术：
板式弹簧多用于汽车悬架的减震，被广泛应用于各种车辆，如商用车(客车、货车等)、越野车及轨道车辆等。长久以来，弹簧钢制成的板式弹簧已广为人知。弹簧钢制板式弹簧的制造成本较为低廉，并具有较好的车辆减震效果，但该板式弹簧自重大且安全断裂(脆性断裂)性差，直接导致燃料消耗的増加及安全性能下降。
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同样被人广为人知的还有纤维增强塑料制成的板式弹簧。从上世纪八十年代开始，纤维复合材料板式弹簧得到了广泛应用。与同类钢制板式弹簧相比，纤维增强塑料板式弹簧具有重量轻、弾性应变大、比应变能高、疲劳寿命长及安全断裂(非脆性断裂)性好的特点，是钢板弹簧的替代品。目前，纤维增强塑料板式弹簧多采用树脂传递成型与纤维缠绕成型制备。树脂传递成型エ艺制备纤维增强塑料板式弹簧纤维含量较低，孔隙率大，成型时易出现树脂分布不均以及褶皱，影响板簧的性能。而缠绕成型制备纤维增强塑料板式弹簧适应性小，不能制备任意结构形式的板簧，且成型エ艺复杂，技术要求高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供ー种性能优异、低成本、制作エ艺简单的纤维增强塑料板式弹簧的制备方法。本发明通过以下技术方案实现的一种纤维增强塑料板式弹簧制造方法，至少包括以下步骤
(一)选料
选取0°单向纤维、±45°纤维编织布、0° /90°纤维编织布；其中，0°单向纤维为纤维是与布匹长度方向成0°方向(即水平方向)排布的纤维布，±45°纤维编织布为纤维是与布匹长度方向成45°交叉排布的纤维布，0° /90°纤维编织布为纤维是与布匹长度方向成0°方向和90°方向(即水平方向和垂直方向)十字交叉排布的纤维布。(ニ)制作预浸料
将0°单向纤維、±45°纤维编织布、0° /90°纤维编织布分别进行预浸处理，分别得到0°纤维方向预浸料、±45°纤维0° /90°纤维编织布方向预浸料及0° /90°纤维方向预浸料；其中，预浸料中纤维质量分数为50%-80%，其它为预浸树脂基体；0°纤维方向单向预浸料中纤维的纤维面密度800g/m2-2500g/m2 ;双向纤维预浸料中±45°纤维方向或0° /90°纤维方向预浸料中纤维的纤维面密度600g/m2-2500g/m2 ；
(三)裁剪将经过预浸处理的预浸料按照板簧形状进行裁剪；其中，0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料沿0°纤维方向裁剪，且0°纤维方向预浸料裁剪需保证纤维方向沿纵向方向平行排布；±45°纤维方向预浸料的裁剪方向与该预浸料纤维方向成45°角；上述裁剪后的预浸料形状与板簧相似，端部呈梯形，中部呈矩形；
(四)铺层
将裁剪的预浸料按照铺层方式贴合在模具上制成预成型体；
(五)热成型
将预成型体置于热压机内，调整好压机的温度、时间及压カ，对预成型体进行固化；
(六)后处理 热成型完成后，冷却、脱摸，将板簧放入烘箱内进行后热处理。目的是为了消除板簧内部应カ以及调整树脂固化程度。最后利用切割机等设备对板簧进行切割、打磨，除去飞边和毛刺。进ー步地，所述步骤(ニ)中的单向或双向纤维预浸料的预浸树脂基体为聚酯、こ烯基树脂、环氧树脂中的任意ー种；所述纤维为玻纤、碳纤、有机纤维中的任意ー种或几种。上述预浸料中的纤维是连续不经切断的。进ー步地，所述步骤(四)中预成型体可以是由0°纤维方向预浸料、±45°纤维方向预浸料或0° /90°纤维方向预浸料中的ー种或几种混合铺设而成。预成型体铺设形式有以下几种
1)0°纤维方向预浸料预成型体；
2)±45°纤维方向预浸料预成型体；
3)0°/90纤维方向。预浸料预成型体；
4)±45°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体；
5)O0纤维方向预浸料与±45°纤维方向预浸料混合预成型体；
6)0°纤维方向预浸料与0°/90°纤维方向预浸料混合预成型体；
7)0°纤维方向预浸料与±45°纤维方向预浸料及0°/90°纤维方向预浸料混合预成型体。进ー步地，所述单ー预浸料预成型体(0°纤维方向预浸料预成型体、±45°纤维方向预浸料预成型体、0° /90°纤维方向预浸料预成型体)按照预设的层数及纤维排布铺设。铺设±45°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体时，先设定预成型体的几何中间层为对称面，再紧贴模具铺设ー层或多层±45°纤维方向预浸料，然后再铺设ー层或多层0° /90°纤维方向预浸料，如此反复，直至完成预成型体的下面层铺设，最后再对称铺设预成型体的上面层。O0纤维方向预浸料与±45°纤维方向预浸料混合预成型体、0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体及0°纤维方向预浸料、±45°纤维方向预浸料及0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体的铺设与上述类似，先设定预成型体的几何中间层为对称面，再紧贴模具铺设ー层或多层双向预浸料，在双向预浸料上铺设ー层或多层单向预浸料，然后再铺设ー层或多层双向预浸料，如此反复，直至完成预成型体的下面层铺设，最后再对称铺设预成型体的上面层。上述预浸料铺层遵从以下原则0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料中的0°纤维沿预成型体的纵向方向平行铺设，±45纤维方向。预浸料中的纤维与预成型体纵向成45°角度铺设，且纤维不经切断地从板簧的一个轴向端部延伸到另ー轴向端部。预浸料在预成型体中以几何中间层为对称面成对称分布。进ー步地，所述步骤(五)热成型吋，先将模具预热至40_80°C，再把脱模剂均匀涂抹在模具型腔表面及模具分型面上，然后将预成型体放入模具中，合模，并保证初始接触压为3-10MPa。紧接着升温至70-120°C进行凝胶，待凝胶快结束吋，即胶液拔丝吋，加全压(10-30MPa)，进行保温保压固化。其固化条件为成型温度90-160 °C，成型时间1200s-7200s，成型压カ 10-30MPa。进ー步地，所述步骤(四)后热处理时，温度130-180 °C，时间2_6h。本发明的优点在于本发明制备的复合材料板式弹簧具有強度高，质量轻、耐疲劳，热稳定性好，变形量小，制作成本低的优点。尤其是本发明相对现有的纤维增强塑料板式弹簧具有纤维分布均匀，強度容易控制，且成型エ艺简单，技术要求低，所以可以大大提高效率，减低成本，适合批量生产。·
图I为纤维增强塑料板式弹簧的结构主视图。图2为纤维增强塑料板弹簧的制备流程图。其中，I-预浸料端部；2_预浸料中部；3_预成型体；4_模压机；5_烘箱；6_切割机;ト板簧模具。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进ー步说明。通过附图可以看出，本发明涉及一种纤维增强塑料板式弹簧制造方法，至少包括以下步骤
(一)选料
选取0°单向纤维、±45°纤维编织布、0° /90°纤维编织布；其中，0°单向纤维为纤维是与布匹长度方向成0°方向(即水平方向)排布的纤维布，±45°纤维编织布为纤维是与布匹长度方向成45°交叉排布的纤维布，0° /90°纤维编织布为纤维是与布匹长度方向成0°方向和90°方向(即水平方向和垂直方向)十字交叉排布的纤维布。(ニ)制作预浸料
将0°单向纤維、±45°纤维编织布、0° /90°纤维编织布分别进行预浸处理，分别得到0°纤维方向预浸料、±45°纤维0° /90°纤维编织布方向预浸料及0° /90°纤维方向预浸料；其中，预浸料中纤维质量分数为50%-80%，其它为预浸树脂基体；0°纤维方向单向预浸料中纤维的纤维面密度800g/m2-2500g/m2 ;双向纤维预浸料中±45°纤维方向或0° /90°纤维方向预浸料中纤维的纤维面密度600g/m2-2500g/m2 ；
(三)裁剪
将经过预浸处理的预浸料按照板簧形状进行裁剪；其中，0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料沿0°纤维方向裁剪，且0°纤维方向预浸料裁剪需保证纤维方向沿纵向方向平行排布；±45°纤维方向预浸料的裁剪方向与该预浸料纤维方向成45°角；上述裁剪后的预浸料形状与板簧相似，端部呈梯形，中部呈矩形；
(四)铺层
将裁剪的预浸料按照铺层方式贴合在模具上制成预成型体；
(五)热成型
将预成型体置于热压机内，调整好压机的温度、时间及压カ，对预成型体进行固化；
(六)后处理
热成型完成后，冷却、脱摸，将板簧放入烘箱内进行后热处理。目的是为了消除板簧内部应カ以及调整树脂固化程度。最后利用切割机等设备对板簧进行切割、打磨，除去飞边和毛刺。
进ー步地，所述步骤(ニ)中的单向或双向纤维预浸料的预浸树脂基体为聚酯、こ烯基树脂、环氧树脂中的任意ー种；所述纤维为玻纤、碳纤、有机纤维中的任意ー种或几种。上述预浸料中的纤维是连续不经切断的。进ー步地，所述步骤(四)中预成型体可以是由0°纤维方向预浸料、±45°纤维方向预浸料或0° /90°纤维方向预浸料中的ー种或几种混合铺设而成。预成型体铺设形式有以下几种
1)0°纤维方向预浸料预成型体；
2)±45°纤维方向预浸料预成型体；
3)0°/90纤维方向。预浸料预成型体；
4)±45°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体；
5)O0纤维方向预浸料与±45°纤维方向预浸料混合预成型体；
6)0°纤维方向预浸料与0°/90°纤维方向预浸料混合预成型体；
7)0°纤维方向预浸料与±45°纤维方向预浸料及0°/90°纤维方向预浸料混合预成型体。进ー步地，所述单ー预浸料预成型体(0°纤维方向预浸料预成型体、±45°纤维方向预浸料预成型体、0° /90°纤维方向预浸料预成型体)按照预设的层数及纤维排布铺设。铺设±45°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体时，先设定预成型体的几何中间层为对称面，再紧贴模具铺设ー层或多层±45°纤维方向预浸料，然后再铺设ー层或多层0° /90°纤维方向预浸料，如此反复，直至完成预成型体的下面层铺设，最后再对称铺设预成型体的上面层。O0纤维方向预浸料与±45°纤维方向预浸料混合预成型体、0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体及0°纤维方向预浸料、±45°纤维方向预浸料及0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体的铺设与上述类似，先设定预成型体的几何中间层为对称面，再紧贴模具铺设ー层或多层双向预浸料，在双向预浸料上铺设ー层或多层单向预浸料，然后再铺设ー层或多层双向预浸料，如此反复，直至完成预成型体的下面层铺设，最后再对称铺设预成型体的上面层。上述预浸料铺层遵从以下原则0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料中的0°纤维沿预成型体的纵向方向平行铺设，±45纤维方向。预浸料中的纤维与预成型体纵向成45°角度铺设，且纤维不经切断地从板簧的一个轴向端部延伸到另ー轴向端部。预浸料在预成型体中以几何中间层为对称面成对称分布。
进ー步地，所述步骤(五)热成型吋，先将模具预热至40_80°C，再把脱模剂均匀涂抹在模具型腔表面及模具分型面上，然后将预成型体放入模具中，合模，并保证初始接触压为3-10MPa。紧接着升温至70-120°C进行凝胶，待凝胶快结束吋，即胶液拔丝吋，加全压(10-30MPa)，进行保温保压固化。其固化条件为成型温度90-160 °C，成型时间1200s-7200s，成型压カ 10-30MPa。进ー步地，所述步骤(四)后热处理时，温度130-180 0C,时间2_6h。实施例一
一种纤维增强塑料板式弹簧制造方法，至少包括预浸料、裁剪、铺层、热成型、后处理エ序(见附图2所示)。具体制作步骤如下
预浸料单向或双向纤维预浸料的基体为聚酯、こ烯基树脂、环氧树脂中的任意ー种，增强纤维为玻纤、碳纤、有机纤维中的任意ー种或几种。其中单向0°纤维方向预浸料中的纤·维质量分数50%-80%，纤维面密度800g/m2-2500g/m2 ;双向纤维预浸料为±45°纤维方向或0° /90°纤维方向预浸料，纤维质量分数50%-80%，纤维面密度400g/m2-2500g/m2。上述预浸料中的纤维是连续不经切断的。裁剪エ艺0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料沿0°纤维方向裁剪，且O0纤维方向沿纵向方向平行排布。±45°纤维方向预浸料的裁剪方向与预浸料纤维成45°角。上述裁剪后的预浸料形状与板簧相似，裁剪后的预浸料端部I呈梯形，中部2呈矩形。铺层エ艺预浸料的铺层至关重要。将已裁剪的预浸料按照铺层方式贴合在模具上制成预成型体3。预成型体可以是由单向0°纤维方向预浸料、±45°纤维方向预浸料及0° /90°纤维方向预浸料中的ー种或几种混合铺设而成。预成型体铺设形式有以下几种0°纤维方向预浸料预成型体、±45°纤维方向预浸料预成型体、0° /90°纤维方向预浸料预成型体、±45°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体、0°纤维方向预浸料与±45°纤维方向预浸料混合预成型体、0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体、0°纤维方向预浸料、±45°纤维方向预浸料及0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体。其中单ー预浸料预成型体(包括0°纤维方向预浸料预成型体、±45°纤维方向预浸料预成型体、0° /90°纤维方向预浸料预成型体)按照预设的层数及纤维排布铺设。±45°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体铺设时，先设定预成型体3的几何中间层为对称面，再紧贴模具7铺设ー层或多层±45°纤维方向预浸料，然后再铺设ー层或多层0° /90°纤维方向预浸料，如此反复，直至完成预成型体的下面层铺设，最后再对称铺设预成型体3的上面层。0°纤维方向预浸料与±45°纤维方向预浸料混合预成型体、0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体及0°纤维方向预浸料、±45°纤维方向预浸料及0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体的铺设与上述类似，先设定预成型体3的几何中间层为对称面，再紧贴模具7铺设ー层或多层双向预浸料，在双向预浸料上铺设ー层或多层单向预浸料，然后再铺设ー层或多层双向预浸料，如此反复，直至完成预成型体的下面层铺设，最后再对称铺设预成型体3的上面层。上述预浸料铺层遵从以下原则0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料中的0°方向纤维沿预成型体3的纵向方向平行铺设，±45°纤维方向预浸料中的纤维与预成型体3纵向成45°角度铺设，且纤维不经切断地从板簧的一个轴向端部2延伸到另ー轴向端部2。预浸料在预成型体3中以几何中间层为对称面成对称分布。
热成型エ艺(至关重要)先将模具预热至40_80°C，再把脱模剂均匀涂抹在模具型腔表面及模具分型面上，然后将预成型体放入成型模具4中，合摸，保证初始接触压为3-10MPa。紧接着升温至70-120°C进行凝胶，待凝胶快结束时，即胶液拔丝吋，加全压(10-30MPa)，进行保温保压固化。其固化条件为成型温度90-160 °C，成型时间1200s-7200s，成型压カ 10-30MPa。后处理工艺热成型完成后，冷却、脱摸，将板簧放入130-180 °C的烘箱内5进行后固化2-6h，以便调节树脂固化程度，消除板簧内部应力。最后将后热处理过的板簧进行切害I]、打磨，除去飞边和毛刺。·
权利要求
1.一种纤维增强塑料板式弹簧的制造方法； 其特征在于至少包括以下步骤 (一)选料 选取0°单向纤维、±45°纤维编织布、0° /90°纤维编织布；其中，0°单向纤维为纤维是与布匹长度方向成0°方向(即水平方向)排布的纤维布，±45°纤维编织布为纤维是与布匹长度方向成45°交叉排布的纤维布，0° /90°纤维编织布为纤维是与布匹长度方向成0°方向和90°方向(即水平方向和垂直方向)十字交叉排布的纤维布； (二)制作预浸料 将0°单向纤维、±45°纤维编织布、0° /90°纤维编织布分别进行预浸处理，分别得到0°纤维方向预浸料、±45°纤维0° /90°纤维编织布方向预浸料及0° /90°纤维方向预浸料；其中，预浸料中纤维质量分数为50%-80%，其它为预浸树脂基体；0°纤维方向单向预浸料中纤维的纤维面密度800g/m2-2500g/m2 ;双向纤维预浸料中±45°纤维方向或0° /90°纤维方向预浸料中纤维的纤维面密度600g/m2-2500g/m2 ； (三)裁剪 将经过预浸处理的预浸料按照板簧形状进行裁剪；其中，0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料沿0°纤维方向裁剪，且0°纤维方向预浸料裁剪需保证纤维方向沿纵向方向平行排布；±45°纤维方向预浸料的裁剪方向与该预浸料纤维方向成45°角；上述裁剪后的预浸料形状与板簧相似，端部呈梯形，中部呈矩形； (四)铺层 将裁剪的预浸料按照铺层方式贴合在模具上制成预成型体； (五)热成型 将预成型体置于热压机内，调整好压机的温度、时间及压力，对预成型体进行固化； (六)后处理 热成型完成后，冷却、脱模，将板簧放入烘箱内进行后热处理； 目的是为了消除板簧内部应力以及调整树脂固化程度； 最后利用切割机等设备对板簧进行切割、打磨，除去飞边和毛刺。
2.根据权利要求I所述纤维增强塑料板式弹簧的制造方法，其特征在于所述步骤(一)中的单向或双向纤维预浸料的基体为聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂中的任意一种，增强纤维为玻纤、碳纤、有机纤维中的任意一种或几种； 上述预浸料中的纤维是连续不经切断的。
3.根据权利要求I所述纤维增强塑料板式弹簧的制造方法，其特征在于所述权利要求I步骤(四)中预成型体可以是由0°纤维方向预浸料、±45°纤维方向预浸料或0° /90°纤维方向预浸料中的一种或几种混合铺设而成。
4.根据权利要求I所述纤维增强塑料板式弹簧的制造方法，其特征在于所述单一预浸料预成型体按照预设的层数及纤维排布铺设。
5.根据权利要求4所述纤维增强塑料板式弹簧的制造方法，其特征在于铺设±45°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体时，先设定预成型体的几何中间层为对称面，再紧贴模具铺设一层或多层±45°纤维方向预浸料，然后再铺设一层或多层0° /90°纤维方向预浸料，如此反复，直至完成预成型体的下面层铺设，最后再对称铺设预成型体的上面层。
6.根据权利要求4所述纤维增强塑料板式弹簧的制造方法，其特征在于:0。纤维方向预浸料与±45°纤维方向预浸料混合预成型体、0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体及0°纤维方向预浸料、±45°纤维方向预浸料及0° /90°纤维方向预浸料混合预成型体的铺设与上述类似，先设定预成型体的几何中间层为对称面，再紧贴模具铺设一层或多层双向预浸料，在双向预浸料上铺设一层或多层单向预浸料，然后再铺设一层或多层双向预浸料，如此反复，直至完成预成型体的下面层铺设，最后再对称铺设预成型体的上面层。
7.根据权利要求5或6所述纤维增强塑料板式弹簧的制造方法，其特征在于预浸料铺层遵从以下原则0°纤维方向预浸料与0° /90°纤维方向预浸料中的0°纤维沿预成型体的纵向方向平行铺设，±45纤维方向。预浸料中的纤维与预成型体纵向成45°角度铺设，且纤维不经切断地从板簧的一个轴向端部延伸到另一轴向端部；预浸料在预成型体中以几何中间层为对称面成对称分布。
8.根据权利要求I所述纤维增强塑料板式弹簧的制造方法，其特征在于所述步骤(五)热成型时，先将模具预热至40-80°C，再把脱模剂均匀涂抹在模具型腔表面及模具分型面上，然后将预成型体放入模具中，合模，并保证初始接触压为3-10MPa ； 紧接着升温至70-120°C进行凝胶，待凝胶快结束时，即胶液拔丝时，加全压(10-30MPa)，进行保温保压固化； 其固化条件为成型温度90-160 °C，成型时间1200s-7200s，成型压力10_30Mpa。
9.根据权利要求I所述纤维增强塑料板式弹簧的制造方法，其特征在于所述步骤(五)热成型时，先将模具预热至40-80°C，再把脱模剂均匀涂抹在模具型腔表面及模具分型面上，然后将预成型体放入模具中，合模，并保证初始接触压为3-10MPa ； 紧接着升温至70-120°C进行凝胶，待凝胶快结束时，即胶液拔丝时，加全压(10-30MPa)，进行保温保压固化； 其固化条件为成型温度90-160 °C，成型时间1200s-7200s，成型压力10_30Mpa。
10.根据权利要求I所述纤维增强塑料板式弹簧的制造方法，其特征在于所述步骤(四)后热处理时，温度130-180 °G，时间2-6h。
全文摘要
本发明涉及一种纤维增强塑料板式弹簧的制造方法，主要包括以下步骤预浸料、裁剪、铺层、热成型、后处理。其实施过程将单向纤维预浸料与双向纤维预浸料中的裁剪成所需形状，并按设定的铺层方式贴合在模具上制成预成型体。预成型体可以是单向预浸料及双向预浸料中的一种或几种铺设而成。预成型体经由层压成型、后热处理及机加工即可制成所需的复合材料板式弹簧。板簧的热成型通过温度、时间及压力进行控制。本发明制备的复合材料板式弹簧具有强度高，质量轻、耐疲劳，热稳定性好，变形量小的优点。
文档编号B29C71/02GK102785372SQ20121032299
公开日2012年11月21日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者吴辉, 姜其斌, 曾竟成, 李再柯, 王春花, 王甲世 申请人:株洲时代新材料科技股份有限公司