一种石墨烯纤维汽车排气管及其生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯纤维排气管及其生产工艺，其采用电加热芯模，石墨烯纤维集束浸胶后，在张力控制下直接缠绕到电加热芯模上；在缠绕初期对芯模进行100‑120℃之间的恒温加热，直至缠绕的石墨烯纤维层厚度达到预设缠绕厚度的1/4；然后，以5‑10℃/0.1mm缠绕厚度的升温速率对芯模进行梯度升温，直至达到预设缠绕厚度，缠绕停止；随后芯模在140‑160℃之间进行恒温加热，直至完成石墨烯纤维排气管的固化成型。所述工艺能够使得制备得到的排气管足够牢固，能够达到甚至超过铁素体不锈钢排气管，同时加工快速容易。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽车配件
，尤其涉及一种汽车排气管及其生产工艺。
技术介绍
汽车排气管是汽车，特别是内燃机汽车，中重要的配件之一。其对汽车机身的作用而言，起到减震降噪，延长排气消声系统寿命的作用。对于一般的汽车而言，由于汽车的废气离开引擎时压力很大，其产生的噪音可能会让人感觉到发狂，这时起到主要消音的作用就是汽车的排气管，在其内部安装消音器，大大的降低了汽车的噪音。而其主要工作原理是通过多通道使气流分流，这些分流只见互相摩擦撞击使得气流的流速逐渐降低，如此反复循环，最终使得废气通过汽车的排气管排放流出，使得噪音降低，从而达到日常汽车降低噪音的效果。汽车排气管的主要材质是铁素体不锈钢，或含少量贵金属Ni、Nb、Ti稳定化处理的铁素体不锈钢。由于排气管在工作时，表面的温度非常高，并且一般厂家不会进行喷漆，因为排气管会长时间裸露在外面，会受到来自地面各种酸碱物质、污水的伤害，再加上是处于高温的工作环境，时间一长是排气管外部难免会生锈。同时，由于汽车的燃料是碳氢化合物，其燃烧会产生水。在排气管中随着温度的降低，其会遇冷冷凝成液态，液态水会从排气管中预设的排水孔中留出。但由于复杂的使用环境，会导致排水孔堵塞，积水只能从排气管的尾段排出，在这个过程中，不可避免的会导致排气管内部腐蚀，并导致整个排气管锈穿。在众多的使用报告中，排气管锈穿是非常常见的现象之一。排气管生锈或锈穿之后，不能修复，一般是整个更换排气管。这给用户造成极大的花费，同时也造成废物污染。除此之外，因为铁素体不锈钢排气管材质是不锈钢，重量较大。目前主流的设计方向是在保持强度的同时，实现轻量化，以达到汽车减重的目的。碳纤维由于其坚固且重量轻，耐腐蚀，在高端车辆及特殊要求的排气管中已经有应用。CN105804847A公开了一种碳纤维汽车排气管，包括：碳纤维排气管本体，倾斜孔和散热层，所述的碳纤维排气管本体由至少两层碳纤维层组成，碳纤维层按照0°、45°、180°、135°的顺序叠层，所述的相邻两层碳纤维层的中间夹有玻璃纤维布。但现有的碳纤维汽车排气管，因为成本原因，更主要的是因为强度的原因，难以在汽车领域大规模推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种石墨烯纤维排气管及其生产工艺(制备方法)，能够全面替代碳纤维排气管。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种汽车石墨烯纤维排气管，其由石墨烯纤维经由纤维缠绕成型工艺制备得到。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、强度最高的材料。因此，相较于传统的铁素体不锈钢排气管，石墨烯纤维排气管可以做的很薄，强度又远超铁素体不锈钢排气管，因此其重量可以很轻，只有传统铁素体不锈钢排气管重量的1/30左右。相较于碳纤维排气管，本专利技术的石墨烯纤维排气管强度是其30倍，但重量只有其1/4左右，因此其可以全面替代碳纤维排气管。本专利技术的纤维缠绕成型工艺为湿法缠绕。现有技术的湿法缠绕是将纤维集束(纱式带)浸胶后，在张力控制下直接缠绕到芯模上，然后在烘箱或加热釜内将热量通过辐射、传导和对流等方式传递到制件，以将其固化成型。现有技术的湿法缠绕，为保证产品质量，一般要采用分层固化工艺。即在芯模上先缠绕一定厚度的纤维，使其固化，再缠绕第二次，然后再使其固化，按照该方法依次进行直至产品厚度达到要求。分层固化尽管有种种优点，但其缺陷同样明显，其由于多次固化、多次缠绕，造成生产效率低下，能源消耗增加，不适合大批量的产品生产。为克服该缺陷，本专利技术的目的之一还在于提供一种石墨烯纤维汽车排气管的生产方法。一种汽车石墨烯纤维排气管的生产方法，包括：其采用电加热芯模，石墨烯纤维集束浸胶后，在张力控制下直接缠绕到电加热芯模上；在缠绕初期对芯模进行100-120℃之间的恒温加热，直至缠绕的石墨烯纤维层厚度达到预设缠绕厚度的1/4；然后，以5-10℃/0.1mm缠绕厚度的升温速率对芯模进行梯度升温，直至达到预设缠绕厚度，缠绕停止；随后芯模在140-160℃之间进行恒温加热，直至完成石墨烯纤维排气管的固化成型。本专利技术的石墨烯纤维汽车排气管的生产工艺由于缠绕和固化在一体机上完成，因对于厚壁壳体可以在缠绕的初期对芯模进行恒温加热，使缠绕的石墨烯纤维层逐渐固化，当缠绕到一定厚度时进行梯度升温，使内缠绕层固化，同时将热量传递到外层已缠绕和正在缠绕的复合材料，逐渐由内到外实现缠绕的同时进行固化，当达到预定缠绕厚度后，缠绕停止，固化继续进行，直至完成整个壳体的固化成型，从而实现缠绕的连续进行，克服了传统湿法缠绕需要多次固化、多次缠绕的缺陷。本专利技术的生产工艺采用电加热芯模，排气管固化时的温度是由内向外逐渐传递的，排气管也是逐层固化。固化时芯模的热量和内层固化反应放出的热量传递给外层，致使外层升温速度加快，排气管沿径向的固化速度也越来越快，最终导致筒体表面层温度迅速升高，并快速完成固化过程。因此本专利技术的石墨烯纤维排气管能够迅速固化，生产效率能够大幅提高。优选的，在缠绕初期对芯模进行恒温加热时，加热温度为100-110℃，进一步优选105℃。进行梯度升温时，升温速率优选5-8℃/0.1mm缠绕厚度，进一步优选5-6℃/0.1mm缠绕厚度。优选的，缠绕时上下两层石墨烯纤维集束交叉角度为30-90度，优选45-90度。本专利技术通过采用电加热芯模的湿法缠绕工艺，能够快速制备得到石墨烯纤维汽车排气管。所述工艺能够使得石墨烯纤维排气管足够牢固，能够达到甚至超过铁素体不锈钢，同时加工快速容易。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例1一种汽车石墨烯纤维排气管的生产方法，包括：其采用电加热芯模，石墨烯纤维集束浸胶后，在张力控制下直接缠绕到电加热芯模上；在缠绕初期对芯模进行100℃下的恒温加热，直至缠绕的石墨烯纤维层厚度达到预设缠绕厚度的1/4；然后，以5℃/0.1mm缠绕厚度的升温速率对芯模进行梯度升温，直至达到预设缠绕厚度，缠绕停止；随后芯模在140℃下进行恒温加热，直至完成石墨烯纤维排气管的固化成型。实施例2一种汽车石墨烯纤维排气管的生产方法，包括：其采用电加热芯模，石墨烯纤维集束浸胶后，在张力控制下直接缠绕到电加热芯模上；在缠绕初期对芯模进行120℃下的恒温加热，直至缠绕的石墨烯纤维层厚度达到预设缠绕厚度的1/4；然后，以10℃/0.1mm缠绕厚度的升温速率对芯模进行梯度升温，直至达到预设缠绕厚度，缠绕停止；随后芯模在160℃下进行恒温加热，直至完成石墨烯纤维排气管的固化成型。实施例3一种汽车石墨烯纤维排气管的生产方法，包括：其采用电加热芯模，石墨烯纤维集束浸胶后，在张力控制下直接缠绕到电加热芯模上；在缠绕初期对芯模进行110℃下的恒温加热，直至缠绕的石墨烯纤维层厚度达到预设缠绕厚度的1/4；然后，以6℃/0.1mm缠绕厚度的升温速率对芯模进行梯度升温，直至达到预设缠绕厚度，缠绕停止；随后芯模在150℃下进行恒温加热，直至完成石墨烯纤维排气管的固化成型。对实施例1-3制备得到的石墨烯纤维汽车排气管进行检测，其厚度只有传统铁素体不锈钢排气管的1/5，其抗冲击能力超过铁素体不锈钢排气管，且不腐蚀，因此可以全面替代碳纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯纤维汽车排气管，其由石墨烯纤维经由纤维缠绕成型工艺制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯纤维汽车排气管，其由石墨烯纤维经由纤维缠绕成型工艺制备得到。2.如权利要求1所述的石墨烯纤维汽车排气管，所述纤维缠绕成型工艺为湿法缠绕工艺。3.一种权利要求1或2所述的石墨烯纤维汽车排气管的生产方法，包括：其采用电加热芯模，石墨烯纤维集束浸胶后，在张力控制下直接缠绕到电加热芯模上；在缠绕初期对芯模进行100-120℃之间的恒温加热，直至缠绕的石墨烯纤维层厚度达到预设缠绕厚度的1/4；然后，以5-10℃/0.1mm缠绕厚度的升温速率对芯模进行梯度升温，直至达到预设缠绕厚度，缠绕停止；随后芯模在140...

【专利技术属性】
技术研发人员：张达明，
申请(专利权)人：无锡市明盛强力风机有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32