CN106064550A - 一种复合材料车轮及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合材料车轮，其包括铝合金轮盘(5)与轮辋(1)，其特征在于，所述的轮辋(1)是由碳纤维材料和金属网制成的；所述的碳纤维材料为碳纤维布，并且和金属网按层交替铺设。本发明所述的复合材料车轮的有益技术效果在于车轮轮辋部位为热量主要集聚区域，此方案易于使轮辋内部热量分布均衡；此方案易于使轮胎内腔的热量通过轮辋传导至外部；此方案将多种材料结合使用，有易于推动车轮轻量化效果；以及此方案成型工艺简单。

Description

一种复合材料车轮及其制造方法
技术领域
本发明涉及汽车零部件领域，具体地涉及一种复合材料车轮。
背景技术
(1)碳纤维复合材料
碳纤维复合材料具有轻质高强的特点，越来越被广泛的应用。碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。
碳纤维的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000～43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。
(2)车轮的轻量化及困难
目前，人们希望制造重量更低的汽车部件，来降低汽车的重量，从而节约能源，提高汽车的操控性能。目前，国内外多家汽车车轮生产企业都尝试将碳纤维用于汽车车轮的生产。
然而，在采用碳纤维复合材料制造车轮时，由于受环氧环氧树脂性能的影响，其整体散热性能差，汽车高速行驶时轮胎内腔的热量得不到有效散发导致车轮轮辋部位热量积聚，从而易出现车轮变形失效问题，严重影 响车辆行驶安全性。
因此，迫切地需要生产一种复合材料车轮，既能实现轻量化，又能保证散热效果。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有良好散热效果的复合材料车轮。
为了实现以上的目的，本发明提供了以下的技术方案：
在本发明的一个方面，提供了一种复合材料车轮，所述的车轮的轮辋是由碳纤维材料和金属网制成的；所述的碳纤维材料为碳纤维布，并且和金属网按层交替铺设。
在本发明优选的方面，所述的金属网是连续分布的。
在本发明优选的方面，所述的金属网是分散分布的，每块金属网在轮辋上覆盖30-60度的角度。
在本发明优选的方面，所述的车轮的轮辋包括2-5层金属网。
在本发明优选的方面，所述的车轮的轮辋包括5层金属网。
在本发明优选的方面，金属网的厚度是0.1～0.3毫米。
在本发明优选的方面，金属网的金属丝直径是0.1～0.3毫米。
在本发明优选的方面，金属网是分散分布的，每块金属网在轮辋上覆盖30-60度的角度。
在本发明优选的方面，金属网一端延伸到轮辐，一端延伸到距离轮辋末端5～10mm处。
在本发明优选的方面，所述的金属网(2)由铝合金、铜或者钢的一种或多种制成。
在本发明的另一个方面，提供了制造前文所述的复合材料车轮的方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：(1)制备碳纤维复合材料预浸料和金属网(2)预浸料与金属网铺放；以及(3)固化成型。
本发明的技术方案带来了以下的技术效果：(1)车轮轮辋部位为热量主要集聚区域，此方案易于使轮辋内部热量分布均衡；(2)此方案易于使轮胎内腔的热量通过轮辋传导至外部；(3)此方案将多种材料结合使用，有易于推动车轮轻量化效果；以及(4)此方案成型工艺简单。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1是本发明一种碳纤维复合材料车轮及其生产方法示意图：
图2是图1的局部放大图。
图中：1-轮辋；2-金属网；3-碳纤维布；4-环氧树脂；5-轮辐。
具体实施方式
如图1所示，本发明为一种碳纤维复合材料车轮及其生产方法，包括轮辋1、金属网2、碳纤维布3、环氧树脂4和轮辐5。
除非另外的说明，本发明中所使用的碳纤维布为：
(1)T300碳纤维布，其为12k的纤维布，购自日本；
(2)T700碳纤维布，其为12k的纤维布，购自江苏。
本发明中所使用的树脂材料为：环氧树脂，购自江苏。
本发明中所使用的金属网为：
(1)铝合金网，其中铝合金丝的直径为0.1mm，100-150目，密度为150-200克/平方米。
(2)铜丝网，其中铜丝的直径为0.1mm，100目，密度为450克/平方米。
(3)钢丝网，其中钢丝的直径为0.1mm，100-150目，密度为300-400克/平方米。
本发明中的轮辐部分为铝合金锻造制成的。
在制造车轮过程中，铺放T300或T700碳纤维布3的同时铺放5-8层金属网2，金属网2与碳纤维布3呈交替结合形成轮辋1，金属网2由热传导系数高的材料铝制成，且在铺放过程中是连续的，在整个轮辋1的内部接近于均布，即每层金属网2之间相隔不止一层碳纤维布3。制造过程中首先预制与车轮规格相匹配的金属网2，然后在轮辋1处的碳纤维布3时，同时缠绕金属网2，最后再进行热固化形成整体。
按照以上所述的方法制成了如下的车轮，如表1所示：
表1：本发明的复合材料车轮的参数
对以上的试验组1-6和对照组1-3进行以下的试验：
(1)重量测量
称量各组的车轮的重量，结果如下：
表2：试验组1-6和对照组1-3的车轮的平均质量
结果表明：实验组4最轻、实验组2次之、实验组1第三。
(2)冲击和径向疲劳试验
按照弯曲疲劳试验方法对试验组1-6和对照组1-3的车轮进行试验，结果如表3所示：
表3：试验组1-6和对照组1-3的车轮的试验结果
结果表明：试验组1和6的径向疲劳试验无法满足试验要求，其它组试验结果通过。径向疲劳试验结果中1500000转数的试验组为达到试验标准后手动停机。
(3)导热试验
将以上的除试验组1和6各组车轮装胎后进行试验过程中，通过温度传感器收集和记录轮辋处的温度信息。
记录如下：
表4：各组车轮在试验10分钟时的温度T1
组号 T1/℃
试验组2 58.3
试验组3 55.2
试验组4 52.2
试验组5 57.7
对照组1 59.1
对照组2 59.5
对照组3 47.3
以上的数据说明：加入导热性较好的金属对轮辋散热起到了显著作用。
从以上的各组实验的数据可以看出，试验组4的车轮在很大程度上降低了车轮的重量，并且获得了较好的可靠性。
以上仅就本发明较佳的实施例做了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，金属网的铺放范围也可加大或缩小，金属网的铺放层数可以变化，金属网也可以是整体不连续的。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合材料车轮，其包括铝合金轮盘(5)与轮辋(1)，其特征在于，所述的轮辋(1)是由碳纤维材料和金属网制成的；所述的碳纤维材料为碳纤维布，并且和金属网按层交替铺设。
2.根据权利要求1所述的复合材料车轮，其特征在于，所述的金属网是连续分布的。
3.根据权利要求1所述的复合材料车轮，其特征在于，所述的金属网是分散分布的，每块金属网在轮辋上覆盖30-60度的角度。
4.根据权利要求1所述的复合材料车轮，其特征在于，所述的车轮的轮辋包括2-5层金属网。
5.根据权利要求4所述的复合材料车轮，其特征在于，所述的车轮的轮辋包括5层金属网。
6.根据权利要求1所述的复合材料车轮，其特征在于，金属网的厚度是0.1～0.3毫米。
7.根据权利要求1所述的复合材料车轮，其特征在于，金属网的金属丝直径是0.1～0.3毫米。
8.根据权利要求1所述的复合材料车轮，其特征在于，金属网一端延伸到轮辐，一端延伸到距离轮辋末端5～10mm处。
9.根据权利要求1所述的复合材料车轮，其特征在于，所述的金属网(2)由铝合金、铜或者钢的一种或多种制成。
10.制造权利要求1-9中任一项所述的复合材料车轮的方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：(1)制备碳纤维复合材料预浸料和金属网(2)预浸料与金属网铺放；以及(3)固化成型。
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