CN109486113A - 一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车轻量化领域，涉及一种弹性板材，具体是一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧及其制备方法，一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧由重量百分比为30％～40％的聚氨酯改性的环氧树脂及60％～70％的玄武岩纤维布的组成。本发明提供的玄武岩纤维布制弹性复合材料汽车板簧具有机械强度高、不开裂、使用温度范围宽、阻燃无烟、抗紫外线、耐候性、耐化学腐蚀性、防潮性好的特点，同时具有结构合理、密度小的优点，相对于传统钢制汽车板簧可减轻重量60％～70％，适用于轻量化的弧形汽车用复合材料板簧。

Description

一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车轻量化领域，涉及一种弹性板材，具体是指一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧及其制备方法。
背景技术
玄武岩纤维属于非金属的无机材料，是21世纪节能、环保新材料，也是无污染的“绿色工业材料”，是采用天然玄武岩矿石经高温熔融拉制而成。目前，已逐渐在我国的航天、汽车船舶、石油化工、武器装备、土建交通、节能环保、消防服装、体育器材等领域应用。
传统的汽车弹性板簧一般由金属材料制成，现行复合材料板簧的工艺大致有两种：一种是缠绕成型工艺。通过控制玻璃纤维的张力和缠绕轨迹将浸过树脂胶液的连续玻璃纤维绕到对模上，并经过固化、二次加工、打磨、检测、形成制品。另一种是模压成型，其工艺是先将玻璃纤维与基体树脂制成片状预浸料，通过裁剪、辅料和预成型将预浸料制备成具有一定形状的坯体，再经成型固化、打磨、检测、最终形成产品。上述工艺制成的产品有纵向开裂现象。也有用碳纤维来做这种弹性板簧的，但碳纤维价格很贵，不适合于大工业生产。如何解决上述技术问题成为本领域技术人员努力的方向。
发明内容
基于以上问题，本发明的目的在于解决现有复合材料板簧的不足，提供一种性能优异且纵向不开裂的玄武岩纤维布汽车弹性板簧。
本发明的另一目的在于提供一种上述弹性板簧的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述弹性板簧在汽车复合材料板簧上的应用。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧，包括以下组成：环氧树脂，玄武岩纤维布。
作为一种优选的方式，环氧树脂的重量百分比为30％～40％，玄武岩纤维布的重量百分比为60％～70％。
作为一种优选的方式，环氧树脂经过聚氨酯改性，玄武岩纤维布为平纹增强玄武岩纤维布。
一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，预浸布的制备：将成卷玄武岩纤维布开卷后在胶槽中浸渍环氧树脂，然后将带坯送入可连续烘焙的烘道，以除去带坯中的有机溶剂，并进行初步预聚，坯布烘干不粘手后出烘道，收卷，检查合格后待用。
步骤b，裁料：将合格的预浸料坯布裁切成需要的尺寸，放整齐备用。
步骤c，摆放坯料：按不同规格产品的要求，将坯料叠放整齐。
步骤d，入模预热：将叠放整齐的坯料放入热压模具中，布面向上，施加适当的接触压，将坯料压紧，保温一定时间，以利于传热。保温结束后适当松压放汽并继续升温。
步骤e，热模压固化：升温升压压制胶布，观察胶的流动情况，胶流动性变差打半压，凝胶前打全压，记录保温保压时间。
步骤f，脱模：保温保压一定时间后卸模。
步骤g，打磨：出模后的模压件需要去掉毛边，并打磨光滑。经检测合格即为成品。
作为一种优选的方式，步骤a中所述的环氧树脂固体量为40％～60％，所述环氧树脂经过聚氨酯改性。
作为一种优选的方式，步骤a中所述可连续烘焙的烘道的烘干温度为前段40℃～60℃，中段80℃～100℃，后段110℃～130℃，控制胶布挥发物含量在2％及以下，胶布胶含量为30％～40％之间。
作为一种优选的方式，步骤a中所述的玄武岩纤维布的厚度为0.10mm～0.30mm。
作为一种优选的方式，步骤d中所述热压模具的温度为90℃～110℃，保温时间为10分钟。
作为一种优选的方式，步骤e中所述的模压温度为100℃至130℃，模压压力为5MPa至15MPa，压制时间20～40分钟。
作为一种优选的方式，步骤f中所述的冷却脱模温度为130℃及以下。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明由于将采用的预浸料(仅有径向纤维缠绕)改为预浸布(同时有径向纤维和纬向纤维)，避免了用预浸料做弹性板簧易开裂的不足，所制的复合材料汽车板簧不开裂，性能好；
(2)本发明选用聚氨酯改性的环氧树脂作为粘合剂，用聚氨酯的弹性改良环氧树脂固化后的脆性，使其整体固化物既钢且柔，以起到给环氧树脂增韧的作用，克服了完全采用环氧树脂易脆裂的不足；
(3)本发明以往复合材料板簧总成一般由复合材料主体、卷耳、加载盒、橡胶垫片、螺栓等部件组成，本发明中将主体与卷耳连为一体，这样就优化了结构；
(4)本发明补强材料用玄武岩纤维布代替了玻璃纤维，制得的弹性板簧诸多性能更优异，如机械强度、耐高低温、耐候性、阻燃无烟、抗紫外线、耐化学腐蚀性、防潮性等；
(5)本发明玄武岩纤维布预浸料固化物的密度比钢材小3/4，制得的弹性板簧重量是钢材的1/3～1/5，在重量上可减轻60％～70％，可用于汽车用复合材料板簧；
(6)本发明采用模压与层压相结合的模塑料压制工艺，集两种工艺的有点，保证了产品的性能，如不开裂尺寸稳定等；
(7)本发明采用中、低温压制，并在研制过程中由原来的200℃、2小时固化降低到现在的130℃、半小时固化，降低了固化温度，缩短了固化时间，节约了能源和工时成本；
(8)本发明玄武岩纤维布制得的汽车复合材料板簧抗疲劳寿命远高于钢板簧和玻璃纤维布制的板簧，特别是针对钢板簧，远超于国家标准《GB/T 19844-2005》规定的重要指标八万次疲劳寿命，具有非常重大的意义。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1：
一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧，包括以下重量百分比的组成：34％的环氧树脂；66％的玄武岩纤维布。
环氧树脂经过聚氨酯改性。
玄武岩纤维布为平纹增强玄武岩纤维布。
一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，预浸布的制备：将成卷玄武岩纤维布开卷后在胶槽中浸渍环氧树脂，然后将带坯送入可连续烘焙的烘道，以除去带坯中的有机溶剂，并进行初步预聚，坯布烘干不粘手后出烘道，收卷，检查合格后待用。
步骤b，裁料：将合格的预浸料坯布裁切成需要的尺寸，放整齐备用。
步骤c，摆放坯料：按不同规格产品的要求，将坯料叠放整齐。
步骤d，入模预热：将叠放整齐的坯料放入105℃的热压模具中，布面向上，施加适当的接触压，将坯料压紧，保温10分钟，以利于传热。保温结束后适当松压放汽并继续朝130℃升温。
步骤e，热模压固化：升温升压压制胶布，观察胶的流动情况，胶流动性变差打半压，凝胶前打全压，记录保温保压时间。
步骤f，脱模：保温保压时间结束后卸模。
步骤g，打磨：出模后的模压件需要去掉毛边，并打磨光滑。经检测合格即为成品。
步骤a中的环氧树脂固体量为52％，环氧树脂经过聚氨酯改性。
步骤a中可连续烘焙的烘道的烘干温度为前段50℃，中段90℃，后段120℃，胶布挥发物含量为1.2％，胶布胶含量为36％。
步骤a中的玄武岩纤维布的厚度为0.20mm。
步骤e中的模压温度为130℃，模压压力为13MPa，压制时间30分钟。
步骤f中的冷却脱模温度为130℃以下。
玄武岩纤维布或带(经向纬向都有补强)，且玄武岩纤维有诸多优于玻璃纤维的性能。可以增加复合材料弹性板簧的寿命；选用聚氨酯改性的环氧树脂作为粘合剂，用聚氨酯的弹性改良环氧树脂固化后的脆性，使其整体固化物既钢且柔，以起到给环氧树脂增韧的作用。
实施例2：
一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧，包括以下重量百分比的组成：37％的环氧树脂；63％的玄武岩纤维布。
环氧树脂经过聚氨酯改性。
玄武岩纤维布为平纹增强玄武岩纤维布。
一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，预浸布的制备：将成卷玄武岩纤维布开卷后在胶槽中浸渍环氧树脂，然后将带坯送入可连续烘焙的烘道，以除去带坯中的有机溶剂，并进行初步预聚，坯布烘干不粘手后出烘道，收卷，检查合格后待用。
步骤b，裁料：将合格的预浸料坯布裁切成需要的尺寸，放整齐备用。
步骤c，摆放坯料：按不同规格产品的要求，将坯料叠放整齐。
步骤d，入模预热：将叠放整齐的坯料放入110℃的热压模具中，布面向上，施加适当的接触压，将坯料压紧，保温10分钟，以利于传热。保温结束后适当松压放汽并继续朝130℃升温。
步骤e，热模压固化：升温升压压制胶布过程中，观察胶的流动情况，胶流动性变差打半压，凝胶前打全压，记录保温保压时间。
步骤f，脱模：保温保压时间结束后卸模。
步骤g，打磨：出模后的模压件需要去掉毛边，并打磨光滑。经检测合格即为成品。
步骤a中的环氧树脂固体量为50％，环氧树脂经过聚氨酯改性。
步骤a中可连续烘焙的烘道的烘干温度为前段60℃，中段100℃，后段130℃，胶布挥发物含量为0.9％，胶布胶含量为37％。
步骤a中的玄武岩纤维布的厚度为0.14mm。
步骤e中的模压温度为130℃，模压压力为14MPa，压制时间32分钟。
步骤f中的冷却脱模温度为130℃及以下。
对比一：
取实施例1到2中制备玄武岩纤维汽车复合板簧的各取5个，取常规汽车用的钢制板簧5个，进行密度平均数值对比。
密度
玄武岩纤维布复合材料板簧 2.0g/cm3
钢制板簧 7.9g/cm3
从上述对比数据可以看出钢材的密度为玄武岩复合材料的3.95倍。在实际应用中，如用在城市轻型物流车钢板簧重19.8kg，复合材料板簧重5.7kg，减轻重量14.1kg，玄武岩纤维布复合材料板簧在重量上可减轻71.2％。
对比二：
取实施例1预浸布按实施例1的压制工艺制得压板100mm×100mm×2mm 5张，再取同样规格的钢板5涨，置于室外自然环境下(如日晒、雨淋、潮湿等)存放半年，测其质量损失见下表：
对比材料 质量损失(％)
玄武岩纤维布复合材料板 0.8
钢板 11.2
从上述对比数据可以看出玄武岩纤维布复合材料板的耐候性和防潮性优于钢板。
对比三：
将纤维布材料由玄武岩纤维布换成0.14mm的玻璃纤维布，其他材料不变，按实施例2的工艺过程制作玻璃纤维布复合材料板簧，两种复合材料板簧与钢板簧(国家标准《GB/T19844-2005》)的耐疲劳次数见下表：
综上所述，用玄武岩纤维布制得的汽车复合材料板簧与钢板簧相比，可以减轻重量70％，有利于提高汽车的续航能力，并且防潮性、耐候性也优于钢板簧，有利于提高板簧的使用寿命。另外玄武岩纤维布制得的汽车复合材料板簧抗疲劳寿命远高于钢板簧和玻璃纤维布制的板簧，特别是针对钢板簧，远超于国家标准《GB/T 19844-2005》规定的重要指标八万次疲劳寿命，具有非常重大的意义。此外玄武岩纤维布制汽车复合材料板簧还具有机械强度高、不开裂、温度使用范围宽、阻燃无烟、抗紫外线、耐候性、耐化学腐蚀性、防潮性能好的特点。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书所作的等同变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧，其特征在于：包括以下组分：环氧树脂，玄武岩纤维布。
2.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧，其特征在于：所述环氧树脂的重量百分比为30％～40％，所述玄武岩纤维布的重量百分比为60％～70％。
3.根据权利要求1～2任一项所述的一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧，其特征在于：所述环氧树脂经过聚氨酯改性。
4.一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a，预浸布的制备：将成卷玄武岩纤维布开卷后在胶槽中浸渍环氧树脂，然后将带坯送入可连续烘焙的烘道，以除去带坯中的有机溶剂，并进行初步预聚，坯布烘干不粘手后出烘道，收卷，检查合格后待用。
步骤b，裁料：将合格的预浸料坯布裁切成需要的尺寸，放整齐备用。
步骤c，摆放坯料：按不同规格产品的要求，将坯料叠放整齐。
步骤d，入模预热：将叠放整齐的坯料放入热压模具中，布面向上，施加适当的接触压，将坯料压紧，保温一定时间，以利于传热。保温结束后适当松压放汽并继续升温。
步骤e，热模压固化：升温升压压制胶布，观察胶的流动情况，胶流动性变差打半压，凝胶前打全压，记录保温保压时间。
步骤f，脱模：保温保压一定时间后卸模。
步骤g，打磨：出模后的模压件需要去掉毛边，并打磨光滑。经检测合格即为成品。
5.根据权利要求4所述的一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的环氧树脂固体量为40％～60％，所述环氧树脂经过聚氨酯改性。
6.根据权利要求5所述的一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧的制备方法，其特征在于：步骤a中所述可连续烘焙的烘道的烘干温度为前段40℃～60℃，中段80℃～100℃，后段110℃～130℃，控制胶布挥发物含量在2％及以下，胶布胶含量为30％～40％之间。
7.根据权利要求6所述的一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的玄武岩纤维布的厚度为0.10mm～0.30mm。
8.根据权利要求4～7任一项所述的一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧的制备方法，其特征在于：步骤d中所述热压模具的温度为90℃～110℃，保温时间为10分钟。
9.根据权利要求4～7任一项所述的一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧的制备方法，其特征在于：步骤e中所述的模压温度为100℃至130℃，模压压力为5MPa至15MPa，压制时间20～40分钟。
10.根据权利要求4～7任一项所述的一种玄武岩纤维布复合材料汽车板簧的制备方法，其特征在于：步骤f中所述的冷却脱模温度为130℃以下。
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