一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，及其制备方法、用途技术

本发明专利技术属于纤维增强复合材料零件制造技术领域，尤其涉及一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，及其制备方法、用途。本发明专利技术利用了金属包连续长纤维预浸料处于未固化状态时，是可以进行变形加工的特点，在此基础上先将金属包树脂基连续纤维通过模具轴缠绕成型，然后利用金属外覆层本身的导电特性对树脂基进行均匀加热快速固化，以制备性能优良的复合材料弹簧。与现有技术相比，本发明专利技术的有益效果是：固化成型时不需要模具，不会产生脱模困难的问题，同时浸渍后的纤维丝束被金属层包覆，胶料不会下滴脏污设备和环境。工艺过程便捷高效，且便于大长度生产。产品具有金属外覆层，耐候性、耐腐蚀性、抗冲击性极佳。抗冲击性极佳。抗冲击性极佳。

【技术实现步骤摘要】
一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，及其制备方法、用途


[0001]本专利技术属于纤维增强复合材料零件制造
，尤其涉及一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，及其制备方法、用途。

技术介绍

[0002]树脂基复合材料（Resin Matrix Composite）是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，俗称玻璃钢。因其优良的弹性性能，树脂基复合材料被广泛应用于制备弹簧等相关零部件，例如基于碳纤维的树脂基复合材料制备螺旋弹簧。
[0003]目前用于制备弹簧的树脂基纤维增强复合材料，使用连续长纤维作为增强相，工艺要求高，生产效率较低。通常的树脂基纤维增强材料弹簧，都必须经过树脂浸渍、预成型、固化、保温和冷却阶段，例如公开号为CN111396484A的中国专利技术专利公开了一种树脂基纤维复合材料板簧本体及其制造方法，具体为将欲成形的玻璃纤维进行干燥，然后将玻璃纤维按照预设路径排布，进行玻璃纤维的预成型，接着将玻璃纤维预制件放置在与之形状相匹配的模具中，最后向模具中高压注入树脂然后脱模。然而这种常规方法存在脱模困难、胶料浪费、且绕制过程中胶料下滴导致基体胶量不足而影响产品性能、且脏污设备与环境等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，及其制备方法、用途。利用了金属包连续长纤维预浸料处于未固化状态时，是可以进行变形加工的特点，在此基础上先将金属包树脂基连续纤维通过模具轴缠绕成型，然后利用金属外覆层本身的导电特性对树脂基进行均匀加热快速固化，以制备性能优良的复合材料弹簧。
[0005]本专利技术解决上述问题采用的技术方案是：一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，弹簧由复合弹簧线缠绕成螺旋状构成，所述复合弹簧线由内向外依次包括：纤维内芯，所述纤维内芯由多个纤维丝束集束或缠绕构成，结构连续且能够弯曲；树脂基，所述树脂基在室温下为液态，且加热后固化；金属外覆层，所述金属外覆层用于将树脂基包覆在纤维内芯外环面上。
[0006]其中纤维内芯为一种以上的连续纤维丝束，当纤维内芯采用集束方式构成时，纤维丝束之间基本处于平行状态，而当纤维内芯采用缠绕方式构成时，纤维丝束之间存在加捻和/或绞合。纤维丝束经过在具备一定压力的容器中进行树脂基浸渍后，根据所需不同金属加工特性选择金属外覆层进行包覆工艺得到复合弹簧线，复合弹簧线经过模具变形后制成所需截面形状，然后装盘待用。将复合弹簧线单丝一端固定在中心轴上，单丝线盘围绕中心轴公转并放线，且同时单丝盘沿着中心轴轴向方向水平匀速移动，即可绕制成螺旋形弹簧，在绕制过程中，同步绕成螺旋线的弹簧段加热固化，固化完成后即得到一种金属包树脂基连续纤维增强复合材料弹簧。
[0007]进一步优选的技术方案在于：所述树脂基包括热固性树脂或热塑性树脂。
[0008]热固性树脂在加热下进行化学反应，交联固化成为不溶不熔物质；热塑性树脂具有受热软化、冷却硬化的性能，而且不起化学反应，无论加热和冷却重复进行多少次，均能保持这种性能。当树脂基选用热塑性树脂时，可跳过最后对弹簧段加热固化的步骤，在室温下冷却固化即可。
[0009]进一步优选的技术方案在于：所述热固性树脂包括环氧树脂或酚醛树脂中的一种或两种混合物。
[0010]环氧树脂(C
11
H
12
O3)n具有优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。酚醛树脂由苯酚醛或其衍生物缩聚而得，其性能与环氧树脂相似，可作为环氧树脂的替代品。
[0011]进一步优选的技术方案在于：所述热固性热塑性环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂一种或两种混合物。
[0012]双酚A型环氧树脂是由双酚A、环氧氯丙烷在碱性条件下缩合，经水洗，脱溶剂精制而成的环氧树脂，是环氧树脂中产量最大、使用最广的一种品种。双酚F型环氧树脂是由苯酚与甲醛在酸性催化下反应生成双酚F，再与环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下进行缩聚反应制得。双酚F型和双酚A型共混的环氧树脂具有良好的耐热性、耐水性和电学性能。
[0013]进一步优选的技术方案在于：所述热固性树脂固化温度为150
‑
200℃。
[0014]固化温度范围通过在热固性树脂中添加多种助剂以调控，便于后续的固化生产过程，以及维持热固性树脂固化后的机械性能。
[0015]进一步优选的技术方案在于：所述纤维内芯包括碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维中的任意一种或多种纤维缠绕组合。
[0016]碳纤维指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，单丝直径为5
‑
10μm，同等直径的碳纤维力学强度在铝合金4倍以上，碳纤维的前驱体一般为聚丙烯腈，也可以用部分粘胶纤维替代。玻璃纤维以叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石六种矿石为原料经高温熔制成的，单丝直径为5
‑
20μm，每束纤维原丝包括500
‑
1000根单丝，其特点是抗拉强度大，且耐热性好，可作为碳纤维的替代品。
[0017]进一步优选的技术方案在于：所述金属外覆层包括不锈钢、镀锌钢、铝或铝合金中的其中一种或多种合金。
[0018]不锈钢根据中国国家标准GB/T20878
‑
2007所规定的参数制备而成，其中铬含量不低于11.0%，碳含量小于1.0%。镀锌钢指钢表面经过镀锌加工，也具有有效防止钢材腐蚀生锈的性能，可作为不锈钢的替代品。铝合金主要以防锈为主，主要合金元素为锰和镁，加锰可提高其抗蚀能力，加镁使其强化并降低比重，亦可以直接使用铝材作为金属外覆层的材料。
[0019]一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧的制备方法，包括下列步骤：S1、向浸渍装置中添加足量的树脂基，浸渍装置中的温度保证树脂基不会固化，将所述纤维内芯穿过浸渍装置，以在其表面浸渍所述树脂基，得到纤维预浸料单线；其中，将作为纤维内芯的纤维丝束，按照一定方式分布，穿过内有空腔的浸渍装置，浸渍装置通过进胶管射入树脂基胶料，在一定压力下使纤维丝束充分浸渍。
[0020]S2、将所述纤维预浸料单线与所述金属外覆层以相同速度通过纵向连续焊接装
置，将不锈钢纵包焊管，得到金属包纤维预浸料单线；其中，浸渍过程中纤维丝束在牵引作用下匀速前进，浸渍过后的树脂通过纵包焊管或挤包的方式外覆管状金属层，包覆速度和纤维丝束前进速度一致，金属层与预浸料无相对位移。当使用挤包法时，主要是针对金属外覆层选用铝材的情况下，将熔融状态的铝通过挤铝机挤出包覆在纤维内芯外层，S3、将所述金属包纤维预浸料单线经过拉挤变形模具，拉挤变形成所需截面形状；S4、将变形后的所述金属包纤维预浸料单线经过校直装置校直，然后通过收线装置收入线盘；S5、将所述线盘围绕中心轴公转，同时根据所需螺距，以一定匀速延中心轴轴向做相对水平直线运动，将所述金属包纤维预浸料单线绕制成螺旋线型弹簧；S6、将接触式电极置于螺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，其特征在于，弹簧由复合弹簧线缠绕成螺旋状构成，所述复合弹簧线由内向外依次包括：纤维内芯，所述纤维内芯由多个纤维丝束集束或缠绕构成，结构连续且能够弯曲；树脂基，所述树脂基在室温下为液态，且加热后固化；金属外覆层，所述金属外覆层用于将树脂基包覆在纤维内芯外环面上。2.根据权利要求1所述的一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，其特征在于，所述树脂基包括热固性树脂或热塑性树脂。3.根据权利要求2所述的一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，其特征在于，所述热固性树脂包括环氧树脂或酚醛树脂中的一种或两种混合物。4.根据权利要求3所述的一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，其特征在于，所述热固性环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂一种或两种混合物。5.根据权利要求2所述的一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，其特征在于，所述热固性树脂固化温度为150
‑
200℃。6.根据权利要求1所述的一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，其特征在于，所述纤维内芯包括碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维中的任意一种或多种纤维缠绕组合。7.根据权利要求1所述的一种金属包树脂基连续纤维复合材料弹簧，其特征在于，所述金...

【专利技术属性】
技术研发人员：张砚，仝伟，徐发春，宋宁宁，刘须尧，宋磊，
申请(专利权)人：江苏易鼎复合技术有限公司，
类型：发明
国别省市：