[发明专利]一种纤维复合材料汽车传动轴的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车零部件制造领域，尤其设计一种纤维复合材料(FRP)汽车传动轴的制备方法。

背景技术

传动轴是汽车传动系统中传递动力的重要部件，它的作用是与变速箱、驱动桥一起将发动机产生的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力。研究表明，传动系统自身运转将消耗掉发动机产生能量的17-22％，这些能量消耗主要由传动系统的重量较大造成的，因此减少传动系统重量将会提升发动机能量利用效率。

纤维复合材料由于轻质高强等优点，已被用作汽车轻量化的材料。目前已经有相当多的文献和专利对于纤维复合材料汽车传动轴进行了介绍和研究，比如中国公开专利CN 103322012A就介绍了传动轴和传动轴组件及其制备方法，中国公开专利CN 101112795A也介绍了传动轴的制造步骤和方法。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：但是对于纤维复合材料汽车传动轴的制造过程，将制备得到的纤维复合材料套筒从芯模上脱模是其中一大难点，采用可敲碎芯模的话，每次都要将其进行敲碎，不仅浪费芯模，而且无法满足大规模生产。采用硬纸管芯模的话，树脂会粘在芯模上，难以脱模。另外，由于传动轴最重要的作用是进行力的传递，因此提高纤维复合材料套筒与万向节叉及花滑叉等周围组件的连接力，满足扭转作用也是纤维复合材料汽车传动轴设计和制造过程中需要重点考虑的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维复合材料套筒可以方便的从芯模上脱模，并且芯模可以重复使用，满足大规模生产要求的纤维复合材料汽车传动轴的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种纤维复合材料汽车传动轴的制备方法，包括如下过程：

1)选取金属筒作为芯模，

2)在金属筒外缠绕纤维复合材料，形成纤维复合材料套筒；

3)在缠绕好的纤维复合材料套筒外裹上保护层，并将其放置于高温中进行固化；

4)固化后的纤维复合材料套筒及芯模放置到室温中冷却，除去纤维复合材料套筒外的保护层；

5)将纤维复合材料套筒及芯模在低温下放置一段时间后进行脱模；

6)将脱模后的纤维复合材料套筒内外壁涂上结构胶，塞入加工好的万向节叉中，结构胶固化后即可得到纤维复合材料汽车传动轴。

金属筒在缠绕纤维复合材料之前需在金属筒表面涂脱模剂。

选取金属筒作为芯模后，需对金属筒表面进行打磨，并采用丙酮对打磨后的金属筒进行清洗。

通过有限元分析软件，选定合适的树脂体系和纤维；并通过有限元分析软件设计纤维复合材料套筒的铺层角度、铺层顺序，确定纤维复合材料套筒的内外径工艺参数。

在第2步中，缠绕时在金属筒两端预留纤维复合材料过渡区。

对第5步脱模后的纤维复合材料套筒的纤维复合材料过渡区进行切除，得到规定的纤维复合材料套筒。

对第5步脱模后的纤维复合材料套筒表面进行打磨抛光处理。

第3步的保护层从内到外为可收缩隔离膜、透气毡和真空袋薄膜，所述可收缩隔离膜为带孔的可收缩隔离膜。

所述金属筒的热膨胀系数大于20×10-6/K，优选铝及其合金。

固化温度高于100℃，第5步中的低温为-30℃-0℃。

树脂可以为环氧树脂、不饱和聚酯、乙烯基树脂中的一种。树脂的粘度范围为0.5-15pa·s，优选1-5pa·s，树脂的固化温度高于100℃，优选120℃-160℃。树脂体系固化后得到的材料要有优良的低温冲击韧性；树脂的试用期要高于2小时，优选高于5小时的树脂。

纤维为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维中的一种或者是几种纤维的组合体。

芯模表面采用砂纸进行打磨，分多次打磨过程。采用丙酮对打磨后的套筒进行清洗三次，每次清洗中间间隔10分钟。之后对套筒表面涂覆脱模剂两次，中间间隔5分钟。砂纸打磨工艺可以采用多次打磨，首先采用400目或者是600目的砂纸进行打磨，之后逐渐过渡到2000目的砂纸进行打磨。

结构胶的剪切强度要高于20MPa，优选高于25MPa。

有限元分析软件确定的铺层角度、铺层顺序为：从芯轴一端开始纤维丝束的取向角度从90°过渡到15°～45°，缠绕到另一端后取向角度从15°～45°过渡到90°，一直保持此种缠绕方式直到缠绕到规定的厚度。该角度范围纤维复合材料套筒固化效果最好，形成的纤维复合材料套筒强度最高。