一种复合材料耐用传动轴的制作方法

[0001]
本实用新型属于汽车传动轴技术领域，具体涉及一种复合材料耐用传动轴。


背景技术：

[0002]
汽车传动轴是汽车传动系统中重要的动力传递部件，其作用是与变速箱、驱动桥一并将发动机运转过程中产生的动力有效传递给车轮以使得汽车产生驱动力；传动系统在自身工作中会因自重而消耗部分发动机的能量，目前传动轴多采用金属材质，其自重较大，会消耗发动机较大的能量。
[0003]
碳纤维混杂复合材料具有重量轻、强度高、耐摩擦等优异特性，可以适用于较高转速以及较长跨距的传动轴应用，同时复合材料的热膨胀系数低，可以降低传动噪声和振动摩擦，有效提高汽车燃油效率；传统的二维缠绕方式制备的复合材料传动轴虽然质量轻、强度高，但是无法满足较大扭矩的性能要求。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型克服了现有技术存在的不足，提供了一种力学性能更优良的、综合强度更高的、能够满足大扭矩性能要求的复合材料耐用传动轴。
[0005]
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
[0006]
一种复合材料耐用传动轴，包括：由外向内依次套设的混杂纤维表面强度层、第一过渡层、二维缠绕纤维混杂复合扭转层、第二过渡层和三维立体结构刚性层，所述第一过渡层的材质采用热塑性树脂基体复合材料，所述第二过渡层的材质采用多维混杂编织复合材料。
[0007]
所述混杂纤维表面强度层由高强度碳纤维和高韧性纤维编织而成，其编织方式采用平纹、斜纹或缎纹，优选的，两种纤维的混杂比例根据实际工况要求灵活调整。
[0008]
所述二维缠绕纤维混杂复合扭转层由高强度碳纤维和高模量碳纤维缠绕而成，其缠绕方式采用环向缠绕、螺旋缠绕或纵向缠绕，环向缠绕的缠绕角为85
°
～90
°
，螺旋缠绕的缠绕角为45
°
～70
°
，纵向缠绕的缠绕角小于等于25
°
，优选的，两种纤维的混杂比例根据实际工况要求灵活调整。
[0009]
所述三维立体结构刚性层由高强度碳纤维和高模量碳纤维编织而成，所述三维立体结构刚性层的编织结构为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向，优选的，两种纤维的混杂比例根据实际工况要求灵活调整。
[0010]
热塑性树脂基体复合材料包括：织物、铺缝纤维和热塑性树脂，所述织物由织物纤维编织而成，其编织方式采用平纹、斜纹或缎纹，织物纤维选用规格为t300、t700、t800或t1000的碳纤维；多层织物之间通过层间铺缝的方式设置有铺缝纤维，铺缝纤维选用t300碳纤维、t700碳纤维、t800碳纤维、t1000碳纤维、芳纶纤维或uhmwpe纤维；热塑性树脂选用聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、热塑性聚酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚酰胺或聚酰亚胺，热塑性树脂基体复合材料中热塑性树脂的含量为40%～60%。
[0011]
所述第二过渡层由高强度碳纤维和高模量碳纤维编织而成，所述第二过渡层的编织结构为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向，优选的，两种纤维的混杂比例根据实际工况要求灵活调整。
[0012]
高强度碳纤维的规格为t300、t700、t800或t1000。
[0013]
高韧性纤维选用规格为k29、k49或k129的芳纶纤维。
[0014]
高模量碳纤维的规格为m40、m40j、m55、m55j、m60或m60j。
[0015]
在混杂纤维表面强度层、二维缠绕纤维混杂复合扭转层、三维立体结构刚性层或第二过渡层的多层结构织物编织成型之后，对多层结构织物进行浸渍和热固化处理；
[0016]
浸渍处理采用了vari真空导入工艺，利用热固性树脂胶黏剂对多层结构织物进行快速浸渍；
[0017]
热固化处理过程在大型烘箱中进行，且热固化处理过程中保持真空，真空度为0.06～0.1mpa，热固性树脂胶黏剂的材质采用环氧树脂、酚醛树脂或不饱和聚酯树脂，热固性树脂含胶量为40%～60%，热固化温度和时间根据热固性树脂胶黏剂的特性灵活调整。
[0018]
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。
[0019]
一、本实用新型采用了复合材料，大大降低了汽车传动轴的重量，减少了能量的消耗；
[0020]
二、本实用新型采用了二维编织结构层与三维编织结构层相结合的方式，与传统的二维缠绕方式制备的复合材料传动轴相比，大幅度增强了传动轴的力学特性，提高了传动轴的综合强度，能够满足大扭矩性能要求。
附图说明
[0021]
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
[0022]
图1为本实用新型的结构示意图。
[0023]
图中：1为混杂纤维表面强度层，2为二维缠绕纤维混杂复合扭转层，3为三维立体结构刚性层，4为第一过渡层，5为第二过渡层。
具体实施方式
[0024]
下面结合具体实施例做进一步的说明。
[0025]
实施例1
[0026]
一种复合材料耐用传动轴，包括：由外向内依次设置的混杂纤维表面强度层1、第一过渡层4、二维缠绕纤维混杂复合扭转层2、第二过渡层5和三维立体结构刚性层3，所述第一过渡层4的材质采用热塑性树脂基体复合材料，所述第二过渡层5的材质采用多维混杂编织复合材料。
[0027]
所述混杂纤维表面强度层1由混杂比例为1：1的t300碳纤维和k29芳纶纤维斜纹编织而成。
[0028]
所述二维缠绕纤维混杂复合扭转层2由混杂比例为2：1的t700碳纤维和m40碳纤维缠绕而成，其缠绕方式为90
°
环向缠绕。
[0029]
所述三维立体结构刚性层3由混杂比例为1：1的t800碳纤维和m40j碳纤维编织而成，其编织结构为三维四向。
[0030]
热塑性树脂基体复合材料包括：织物、铺缝纤维和热塑性树脂，织物由t300碳纤维平纹编织而成，多层织物之间通过层间铺缝的方式设置有铺缝纤维，铺缝纤维选用t1000碳纤维，热塑性树脂选用聚碳酸酯，热塑性树脂基体复合材料中热塑性树脂的含量为40%。
[0031]
所述第二过渡层5由混杂比例为1：1的t300碳纤维和m60碳纤维编织而成，其编织结构为三维五向。
[0032]
混杂纤维表面强度层1、二维缠绕纤维混杂复合扭转层2、三维立体结构刚性层3或第二过渡层5的多层结构织物编织成型后，经过浸渍和热固化处理。
[0033]
实施例2
[0034]
一种复合材料耐用传动轴，包括：由外向内依次设置的混杂纤维表面强度层1、第一过渡层4、二维缠绕纤维混杂复合扭转层2、第二过渡层5和三维立体结构刚性层3，所述第一过渡层4的材质采用热塑性树脂基体复合材料，所述第二过渡层5的材质采用多维混杂编织复合材料。
[0035]
所述混杂纤维表面强度层1由混杂比例为2：1的t800碳纤维和k49芳纶纤维斜纹编织而成。
[0036]
所述二维缠绕纤维混杂复合扭转层2由混杂比例为1：1的t300碳纤维和m55碳纤维缠绕而成，其缠绕方式为20
°
纵向缠绕。
[0037]
所述三维立体结构刚性层3由混杂比例为1：1的t1000碳纤维和m60j碳纤维编织而成，其编织结构为三维五向。
[0038]
热塑性树脂基体复合材料包括：织物、铺缝纤维和热塑性树脂，织物由t1000碳纤维平纹编织而成，多层织物之间通过层间铺缝的方式设置有铺缝纤维，铺缝纤维选用t800碳纤维，热塑性树脂选用聚碳酸酯，热塑性树脂基体复合材料中热塑性树脂的含量为60%。
[0039]
所述第二过渡层5由混杂比例为2：1的t300碳纤维和m60j碳纤维编织而成，其编织结构为三维六向。
[0040]
混杂纤维表面强度层1、二维缠绕纤维混杂复合扭转层2、三维立体结构刚性层3或第二过渡层5的多层结构织物编织成型后，经过浸渍和热固化处理。
[0041]
上述实施方式仅示例性说明本实用新型的原理及其效果，而非用于限制本实用新型。对于熟悉此技术的人皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改进。因此，凡举所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。