碳纤维复合材料弹簧及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维复合材料弹簧及其制造方法，所述的弹簧包括至少一个弹性片，弹性片包括弧形部、平直部，弹性片通过弧形部或平直部相互连接；该方法将碳纤维复合材料放置到下模的弹簧模腔内，碳纤维复合材料沿曲面铺设，将上模压制到碳纤维复合材料上挤压它，同时对上模和下模加热，温度大于600C，然后待碳纤维复合材料冷却固化后脱模；其中下模为硬模具，由金属制成，上模为软的硅橡胶模具，是由硅橡胶材料注入模具中成型固化而得，该弹簧形变较大,弹性系数高，承载负荷大，该方法有利于低成本、快速、少浪费材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种弹性体，具体是一种。
技术介绍
弹簧或弹簧状的弹性体传统上都是采用金属材料，但有些地方需要使用较轻的弹簧，如航空航天和汽车领域，可通过减轻设备的重量提高燃料的使用效率，又如头盔和鞋，可提供更强的缓冲垫子以增加保护效果和舒适性，如果能实现弹簧的轻质化将为这些应用带来前所未有的好处。碳纤维复合材料是一种由基体和碳纤维组合而成，具有多层次结构形式的增强复合材料，其比模量可以比钢和铝合金高5倍，比强度可以比钢和铝合金高3倍，但比重却很小，每单位体积的重量只有钢的20%，一个与钢弹簧具有相同阻力的碳纤维复合材料弹簧其重量可能只有钢弹簧的I / 15，而且碳纤维复合材料弹簧具有较高的耐化学性和较低的热膨胀性，比钢弹簧更耐用而且不生锈。然而，碳纤维复合材料弹簧的性能深受其构造的影响，由于碳纤维自身相对较软，一束碳纤维束弯曲不会产生足够的张力给螺旋或叶片状弹簧提供反弹性，做成常规螺旋或叶片状的碳纤维复合材料弹簧比同样形状的金属弹簧的承载能力更差，故用碳纤维复合材料制作弹簧面临着一些挑战，如弹性差、易碎、各向异性高，这些特性本质上是不适合弹簧，从而已知造出的碳纤维复合材料弹簧形变小，弹性系数低，承载负荷小，利用碳纤维复合材料的独特的高抗拉强度，弹簧结构必须特殊设计和测试，才能达到大承载能力。另外，目前各种形状的碳纤维复合材料部件主要使用抽真空工艺和热压工艺制成的，真空和热压工艺使用真空压力将环氧树脂浸溃过的碳纤维复合材料固定在模具里，在不断升高的温度下固化，这种工艺复杂、劳动密集、耗费工时，要求设备资本投入大，材料浪费严重，因此生产的碳纤维复合材料部件成本高，这些昂贵的工艺限制了碳纤维复合材料的应用范围。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供一种形变较大，弹性系数高，承载负荷大的碳纤维复合材料弹簧，同时也提供此种碳纤维复合材料弹簧的制造方法，该方法工艺简单，材料浪费较少，效率较高，实现低成本产出。本专利技术所采用的技术方案是:提供一种碳纤维复合材料弹簧，所述的弹簧包括至少一个弹性片，所述的弹性片包括中间弧形隆起的弧形部和两端平直的平直部，所述的弹性片通过弧形部或平直部相互连接。所述的弧形部和平直部之间设有承接部，所述承接部的一端连接弧形部，承接部的另一端连接平直部，承接部和平直部形成开口状。所述的承接部为外凸的弧形状，平直部朝内延伸。所述的弹簧由两个弹性片组成，两个弹性片通过弧形部相互连接形成十字连接结构。所述的弹簧由两个弹性片组成，两个弹性片分别通过两端的平直部相互连接，形成环状或椭圆环状。所述的弹簧由多个弹性片组成，多个弹性片通过平直部连接形成一个长的带状弹簧。所述的弹簧由多个弹性片组成，多个弹性片平行设置，通过设在弧形部上的连接片连接形成一个长的带状弹簧。本专利技术还提供了一种碳纤维复合材料弹簧的制造方法，该方法将浸溃树脂的碳纤维复合材料放置到下模的弹簧模腔内，碳纤维复合材料沿曲面铺设，将上模压制到碳纤维复合材料上挤压它，同时对上模和下模加热，温度大于60°c,然后待碳纤维复合材料冷却固化后脱模；其中所述的下模为硬模具，由金属制成，上模为软的硅橡胶模具，是由硅橡胶材料注入模具中成型固化而得。以上结构的碳纤维复合材料弹簧设计有许多优势用来作为缓冲件，首先，这种结构充分利用了碳纤维的抗拉强度增加弹簧的最大负载力，使之有良好的动能吸收能力；其次，生产的弹簧允许最大的自由变形，允许变形超过其原始高度的80%，从而吸收和储存更多的动能；第三，由于碳纤维的特征，它非常轻，轻于厚度相同聚合物泡沫垫；第四，长带状的弹簧设计有效地利用了材料，减少了浪费，而且弹簧可直接使用碳纤维，不需要使用昂贵的碳纤维编织布；第五，弹簧提供高效的能源存储和释放能力；第六，通过改变弓的形状和厚度及堆码形式，可根据应用定制适应各种冲力要求的弹簧；最后，它可以通过模具实现规模化生产，提供给消费者优质并可接受价格的广泛应用方案。这种新工艺不需要真空萃取或热压工艺和需消耗多余的材料，这个工艺专为复杂的碳纤维复合材料结构制造设计，软模可重复使用，本创新结合了三个方面:1)用非常柔软的模子能够将压力施加到复杂的曲面；2)橡胶材料被加热时可以自我产生较大的按压力；3)上模具不会粘到碳纤维。因此，本专利技术的橡胶模具法有利于低成本、快速、少浪费地生产碳纤维复合材料弹簧，在弹簧制造中，最好将碳纤维朝一个方向堆码在曲面上，然后通过升高温度固化树脂。这是第一不需要使用真空的方法用于生产复杂弯曲的碳纤维复合材料。【附图说明】图1a为本专利技术具有一个弹性片的的示意图。图1b为图1a中的弹簧在压缩状态下时的示意图。图2a为本专利技术具有两个弹性片的不意图。图2b为图2a中的弹簧在压缩状态下时的示意图。图3a为本专利技术具有两个弹性片的另一不意图。图3b为图3a所示弹簧在压缩状态下的示意图。图4为由多个弹性片连接形成的弹簧带的结构示意图。图5为由多个弹性片连接形成的弹簧带的另一结构示意图。图6是两个用于制造碳纤复合材料弹簧模具的立体三维图。图7所示是一个带有碳纤维复合材料弹簧作后跟缓冲垫的鞋。图8是几种鞋跟在不同力量作用下形变力比较图，一种鞋跟是用图1a中的弹簧作后跟的，一种是用传统橡胶作的，另外一种是用金属作的。图9是一个配有碳纤维复合材料弹簧缓冲垫的头盔。图10是一个配置了碳纤维复合材料弹簧缓冲垫的座椅。图中，1、弹性片，1.1、平直部，1.2、弧形部，1.3、承接部，2、连接片，3、下模，4、上模。【具体实施方式】以下结合附图和实施例对本专利技术做详细的说明。如图la~图5所示，本专利技术碳纤维复合材料弹簧，包括至少一个弹性片1，弹性片I包括中间弧形隆起的弧形部1.2和两端平直的平直部1.1，当包括两个或两个以上的弹性片I时，弹性片I通过弧形部1.2或平直部1.1相互连接。弹性片I的弧形部1.2和平直部1.1之间设有承接部1.3，承接部1.3的一端连接弧形部1.2，承接部1.3的另一端连接平直部1.1，承接部1.3和平直部1.1形成开口状。本专利技术在具体实施时，承接部1.3可以采用外凸的弧形状，平直部1.1朝内延伸，所谓的内是指弧形部1.2所对应的圆心区域，弹簧由两个弹性片I组成时，两个弹性片I通过弧形部相互连接形成十字连接结构，具体如图2a、图2b所示；另一种结构是两个弹性片I通过两端的平直部1.1相互连接，形成环状或椭圆环状，也就是两个弹性片I相对设置，通过平直部1.1连接，具体如图3a、图3b。弹簧由多个弹性片I组成时，多个弹性片I通过平直部1.1连接形成一个长的带状弹簧，也就是一个弹性片I通过平直部1.1长度方向上的端面和另一弹性片I的平直部1.1长度方向的端面连接，也可以多个弹性片I平行设置，通过设在弧形部1.2上的连接片2将多个弹性片I连接形成一个长的带状弹簧，具体如图4、图5。本专利技术碳纤维复合材料弹簧的制造方法是，该方法将浸溃树脂的碳纤维复合材料放置到下模3的弹簧模腔内，碳纤维复合材料沿曲面铺设，将上模4压制到碳纤维复合材料上挤压它，同时对上模4和下模3加热,温度大于60°C,然后待碳纤维复合材料冷却固化后脱模；其中所述的下模3为硬模具，由金属制成，上模4为软的硅橡胶模具，是由硅橡胶材料注入模具中成型固化而得。以下通过举例的方式来详细描述本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维复合材料弹簧，其特征在于：所述的弹簧包括至少一个弹性片（1），所述的弹性片（1）包括中间弧形隆起的弧形部（1.2）和两端平直的平直部（1.1），所述的弹性片（1）通过弧形部（1.2）或平直部（1.1）相互连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵京，
申请(专利权)人：广西安捷讯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45