【地坪網(wǎng)資訊】張小燕，席長飛，王大鵬，王慶明
(北京中材汽車復合材料有限公司，北京102101)
摘要:采用玻璃纖維/環(huán)氧樹脂為原材料，根據(jù)纖維纏繞/手糊復合成型工藝制得FRP板簧，對其進行靜載及疲勞性能測試。結(jié)果證明，其各性能指標均滿足設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞:復合材料，板簧，纖維纏繞，復合工藝

近年來，在汽車輕量化發(fā)展大趨勢下，汽車各部件的輕量化發(fā)展的重視度日益提高。相關(guān)科院院所、企業(yè)單位將汽車零部件的輕量化作為重要研究課題。汽車懸掛系統(tǒng)中彈性元件鋼板簧由于在汽車總重中占有較大比重，該部件的輕量化顯得意義重大。
玻璃纖維和環(huán)氧樹脂復合得到的復合材料板簧用于重卡、輕卡、客車等中代替鋼板簧。對于傳統(tǒng)的貨車和客車，復合材料板簧不僅能夠起到改善車輛的運行特性，并且能夠減輕重量，節(jié)約能耗，提高舒適度［1，2］。國外該研究已經(jīng)達到一定水平［3］，而國內(nèi)由于受人們的一些認識及研究水平的限制，復合材料板簧還處于研發(fā)階段，未實現(xiàn)商業(yè)化應用。本文中以北京中材汽車復合材料有限公司自制的一款變厚變寬等截面積的復合材料板簧為研究對象。
1原材料
1.1增強材料
考慮到材料使用溫度范圍、力學性能、結(jié)構(gòu)使用及工藝性等因素，且碳纖維的高模量導致過硬而不適合使用，我們在制作單片厚簧時，多選用玻璃纖維作為增強材料。在本文中，使用的增強材料為E-璃纖維，起到承載的作用，板簧在受力過程中由基體將外力傳遞給纖維，同時纖維與纖維之間的界面剪切力由基體承受。在制備過程中，纖維需始終保持伸直狀態(tài)，以使其實現(xiàn)最大的承載功能。E玻纖的性能參數(shù)［4］如表1所示

1.2樹脂的選擇
對于基體材料，主要考慮其在工作過程中長期反復受力作用，應具有較好的耐疲勞性，耐腐蝕性能，且具有一定的韌性以及低毒性、低刺激性等因素，且需價格合理。經(jīng)過反復的試驗，最終選擇了高溫固化的環(huán)氧樹脂作為基體材料。
1.3單向板性能測試
采用E-玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂，通過纖維纏繞的方式制備單向板，對其進行力學性能測試。以此驗證玻璃纖維與環(huán)氧樹脂的性能及板簧制備工藝過程是否合理可用，單向板各項力學性能數(shù)據(jù)見表2。

通過對以上數(shù)據(jù)的分析可知，E-玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料高溫配方的力學性能優(yōu)勢較明顯，基本能夠達到制備復合材料板簧所需的材料性能指標，確定C配方為復合材料板簧制造配方。
2成型工藝路線
當前復合材料板簧的制備方法有纖維纏繞、模壓成型、RTM等工藝，但這些工藝也各自存在一定的問題。纏繞工藝生產(chǎn)效率較高，但是存在層間結(jié)合力不強，易劈裂等現(xiàn)象，增加環(huán)向的玻璃纖維可以改善層間結(jié)合情況。
針對以上工藝的缺陷，本文主要采用纖維纏繞/手糊成型制備變寬變厚等截面積的復合材料板簧，通過玻璃纖維紗與玻璃纖維布預浸料相結(jié)合的增強材料形成非單向纏繞，使得板簧在不同方向具有較好的強度，綜合性能得到提高。其工藝流程路線見圖1。