[发明专利]一种FRP复合材料板簧本体制造工艺

说明书

本发明涉及一种FRP复合材料板簧本体制造工艺，通过真空吸管去除模腔中气泡、水分和小分子等，树脂注入压力不低于160bar，进一步挤出模腔中的水等小分子，使纤维与树脂产生充分物理包裹结合，同时，在物理包裹结合基础上高压高温使增强纤维和树脂的界面产生更多化学极性结合，甚至化学键结合，大幅提高增强纤维与树脂的界面结合，提高FRP复合材料板簧本体的性能。

技术领域

本发明属于复合材料板簧制备技术领域，特别是指一种FRP复合材料板簧本体制造工艺。

背景技术

钢板弹簧在汽车上可以纵置或者横置。后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以只在少数轻、微型车上应用。纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩，具有导向功能，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。板簧受力复杂，对整车性能影响也很大，因此，对板簧的材料要求也很高。

复合材料是两种以上的材料组合在一起、通过材料之间有效界面结合、性能优于原有的材料。现代工业所指的复合材料主要是玻璃纤维复合材料(GFRP)和碳纤维复合材料(CFRP)，基体是塑料(或叫树脂)，增强材料是玻璃纤维或碳纤维，现代复合材料板簧的增强材料主要是玻璃纤维，也有碳纤维，基体多为环氧树脂。

随着科技发展，复合材料板簧逐步用于汽车悬架弹簧元件。现在汽车板簧使用的复合材料都是纤维增强塑料，即FRP复合材料，FRP是英文Fibre-Reinforced Plastic简写。FRP复合材料比强度比模量高、具有良好的耐疲劳性能、阻尼减振性能和耐腐蚀性能，因此，使用FRP复合材料做板簧，可大幅提高车辆的平顺性和舒适性，而质量仅是钢板弹簧的1/4左右，不仅有效地提高了燃油效力，还降低了簧下质量，减小簧下振动，同时寿命是钢板弹簧的3倍左右，在整车寿命范围内无需更换弹性元件，整车使用和维修成本相对较低。

FRP复合材料的性能不仅取决于纤维和基体的材料特性，更取决于纤维与基体的界面结合，界面结合包括物理包裹结合、化学极性结合和化学键结合等，没有物理包裹结合就没有化学极性结合和化学键结合，化学键结合很少，因此界面结合主要是物理包裹结合、化学极性结合。而要提高物理包裹结合，就必须提高FRP复合材料板簧模具内排泡程度，也就是在成型过程中排出模具内的气泡、小分子和水分等。同时，排泡程度高也提高FRP复合材料的紧密度。

复合材料成型工艺很多，但现在复合材料板簧的成型工艺主要有两种：连续纤维缠绕工艺和模压工艺，这两种工艺合模压力都比较低，排泡不充分，产品内部还有细微的间隙，很大程度影响纤维和基体的结合，对板簧的可靠性、刚度特性、产品一致性等影响很大。

如图1所示为现有技术FRP板簧连续纤维缠绕法示意图，包括增强纤维01、预浸池02、张力调整器03、缠绕机04、FRP板簧05及模具06；现行FRP板簧的制造，不少采用连续纤维缠绕法(Filament Winding)，增强纤维在预浸池内预浸后，控制纤维的张力，用缠绕机缠绕到模具上，然后再经过合模、加压、固化、脱模等工序形成FRP板簧。

这种工艺只能形成变宽变厚等截面板簧，不能同时满足板簧的强度和性能要求；缠绕模具结构复杂，对设备的需求高，这些因素使得缠绕工艺小批量生产成本高；排泡不足，产品内部还有细微的间隙，界面的物理包覆结合率和化学极性结合率较低，对板簧性能影响很大；紧密度差，使用一段时间FRP复合材料板簧本体容易脱丝，造成板簧悬架失效。

现也有技术采用FRP板簧的模压成型法(Compression Molding)，就是将纤维布切割成一定形状，预浸树脂后叠加在一起放入模具内，经过加压加热固化成型的一种方法。这种模压工艺对模具要求较高，模具制造较为复杂，受压机等成型设备的制约，不能生产大件复合材料制品，加热固化时间长，不适合大批量生产；压力不足，空气不能彻底排出，产品内部还有细微的间隙，很大程度影响纤维和基体之间的界面结合，对板簧性能影响很大；紧密度差，使用一段时间FRP复合材料板簧本体容易脱丝，造成板簧失效；纤维层与层之间结合不足，因负荷疲劳后层与层之间剥离而失效。

发明内容