[发明专利]基于连续纤维与普通纤维的轻量化部件制作方法及制品

说明书

基于连续纤维与普通纤维的轻量化部件制作方法及制品，以热塑性高分子材料为基体材料，先利用含有连续纤维增强热塑性复合材料通过绕制方法制作出连续纤维热塑性高分子材料外围层，再将连续纤维热塑性高分子材料外围层放入成型模具中，并让连续纤维热塑性高分子材料外围层紧贴在成型模具的内壁，形成中部空腔，通过往中部空腔中填充含有普通纤维的热塑性高分子材料，并让普通纤维的热塑性高分子材料与热塑性高分子材料外围层复合在一起，形成轻量化部件。本发明通过将连续纤维与普通纤维与热塑性高分子材料分别形成轻量化部件的外围和内体不同部分，再将两部分复合制得轻量化部件，不仅轻量化效果显著，而且可以大幅提升轻量化部件的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种轻量化部件的制作方法及其制品，尤其是指一种基于连续纤维与普通纤维的轻量化部件制作方法及制品，该种基于连续纤维与普通纤维的轻量化部件制作方法及制品以连续纤维增强热塑性高分子材料外围层作为嵌件，再与普通长短纤维的热塑性高分子材料混合形成的轻量化部件，不仅具有轻量化效果好，而且可以大大提高轻量化部件的疲劳性能。

背景技术

“轻量化”这一概念最先起源于赛车运动，它的作用其实不难理解，重量轻了，可以带来更好的操控性，发动机输出的动力能够产生更高的加速度；随着“节能环保”和“高效低耗”越来越成为了广泛关注的技术发展趋势，“轻量化”已经广泛应用到汽车领域，以及各行各业；“轻量化”目前已经成为一种完善技术方案的热名词，在各行各业逐步推行起来。“轻量化”的主要指导思想是：在确保稳定提升性能的基础上，节能化设计各总成零部件，持续优化部件结构。

虽说“轻量化”有很多技术方案，然而“以塑代钢”已经成为了目前“轻量化”的一个主要的手段；在节能减排压力下，“以塑代钢”的概念在汽车业广为流传。据美国化学工业学会的资料显示，目前汽车塑料零部件的重量总和还不及汽车总重量的十分之一，因此，可以扩展应用的空间还非常广阔；所谓“以塑代钢”就是为了使零部件进行轻量化，采用塑料制品取代以前的金属制品。在现在的“以塑代钢”的轻量化部件结构中，分为采用热固性塑料来制作和采用热塑性塑料来制作轻量化部件两种方式；其中，采用热固性塑料来制作轻量化部件，由于热固性塑料再次受热不再具有可塑性且不能再回收利用的塑料，比较不环保，所以其发展趋势不被看好；而采用热塑性塑料能反复加热软化和冷却变硬的塑料,它可以再回收利用，比较环保，节省材料，是当今所推行的发展方向。

可是目前采用热塑性塑料制作轻量化部件，多为直接采用普通纤维以注塑成型，或挤出成型，或模压成型方式制得轻量化部件；也有采用连续纤维制作轻量化部件的，但几乎都是先制成骨架，然后在骨架上缠绕连续纤维复合材料，或用连续纤维复合材料缠绕制得骨架，再以骨架为增强件通过注塑热塑性塑料制得轻量化部件。这些轻量化部件的制作方法，都仍然存在一个强度不够的问题；如果以连续纤维作为骨架，在骨架与轻量化部件其它部分结合处容易形成强度薄弱环节；如果以其他材料作为骨架，在骨架上进行缠绕连续纤维复合材料，形成轻量化部件，具有骨架材料与连续纤维复合材料性能不一致，容易出现分裂和应力不一致的问题，也会导致轻量化部件性能受到影响；因此，很有必要对此加以改进。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、申请号为CN 201520561731.3，名称为“轨道车辆用轻量化连杆”，申请人为株洲时代新材料科技股份有限公司的中国发明专利，该专利公开了一种轨道车辆用轻量化连杆，包括杆体和装在杆体两端的节点，其特征在于所述的杆体为以环氧树脂为基体高强纤维为增强剂的高子分复合材质，所述的杆体采用缠绕工艺或模压工艺成型，杆体的重量为8kg~12kg、拉伸载荷大于200kN，长度为200mm~500mm。该专利提到先用浸润了环氧树脂的高强纤维丝布线形成与杆体1结构相同的骨架，所述的高强纤维可选用玻璃纤维和碳纤维。其中高强纤维丝布线形成的骨架的尺寸随杆体的横截面积和强度要求而定，横截面积大强度要求高则杆体骨架的尺寸大，高强纤维丝的用量就多。骨架烘干后放入杆体的模具中并向模具中注入环氧树脂液体，通过压模工艺制得杆体，杆体制造成型后，将节点通过过盈压装压入杆体1两端的节点压装孔中，完成连杆的制造。