[發明專利]一種汽車吊車用碳纖維復合材料吊臂的制備方法

有效

• 申請號: 201310345454.8
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN104339664B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 楊曉峰;馬曉坤;張東杰;俆永田;劉聰;付愉;王賢慧;石大川
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: B29C70/30
• 分類號: B29C70/30
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術領域：

本發明涉及一種復合材料吊臂，特別是汽車吊車用碳纖維復合材料吊臂及其制備方法，屬于復合材料領域。

背景技術：

汽車吊車作為港口、車間、工地等地的起吊搬運機械，用來裝卸大型零件、包裝件、散件貨物和建筑構件，具有機動、靈活、幅度長、起重量大、行駛速度快的優點。目前，我國汽車吊車的占有量已經達到了全國起重機械總量的21%，占據全球市場56%以上的份額。汽車吊車的迅速發展必將帶動其相關結構部件的發展。

吊臂是汽車吊車上最重要的金屬結構部件和主要受力構件，承受著吊車的各種外載荷，主要為鋼質結構，一般占總機重量的20％。隨著汽車起重機向大噸位起重量和高起升高度發展，其吊臂的重量也不斷增大。吊臂重量的增加直接影響著整個吊車的作業和安全性能。盡管設計人員采用有限元分析技術對吊臂結構進行了優化設計，適當減輕了吊臂的重量，但是吊臂在使用過程中旁彎變形和折臂事故仍舊存在。本專利的關鍵就是從改變吊臂材質本身自重出發，利用高強度、高模量、重量輕的碳纖維復合材料來減輕汽車吊臂的重量。

國內實用新型專利CN202214986U公開了一種混凝土泵車用碳纖維復合材料臂架的制備方法，該專利中在箱型梁上鋪貼不同角度的碳纖維布預浸料，能夠使臂架減重40～60%。但是該種鋪貼方法生產效率低、勞動強度大、尺寸精度較差、工藝穩定性差，不適合連續大規模生產。

本專利中采用纏繞成型工藝，能夠按照產品的受力情況設計纏繞規律，能夠充分發揮纖維的強度；工藝條件確定后，纏繞出來的產品質量穩定，精度高；易實現機械化和自動化生產，生產效率高；在同一產品上，可以合理配選樹脂和纖維的種類，使其達到最佳的技術經濟效果，合理降低成本。

碳纖維復合材料是近年來被廣泛應用的一種新型材料，具有高強度、高模量、重量輕等優異性能，將其用于制備汽車吊臂，可以大大減輕吊臂的重量，提高吊臂的強度、剛度和穩定性，從而改善吊臂的性能。

發明內容：

本發明的目的是提供一種重量輕、強度高、剛度和穩定性好的碳纖維復合材料汽車吊臂的制備方法。

本發明提供了一種碳纖維復合材料汽車吊臂的制備方法，該吊臂由內向外依次為吊臂芯模1、脫模劑涂層2、纖維纏繞復合材料層3和玻璃纖維復合材料外防護層4，其特征在于該方法的制備步驟如下：

首先將吊臂芯模安裝在纏繞機架上；在吊臂芯模1外表面涂抹一層脫模劑涂層2；將配置好的樹脂膠液倒入浸膠槽；將纖維安裝在紗架上，并施加一定的張力；采用濕法纏繞工藝制備纖維纏繞復合材料層3，在張力作用下使纖維通過樹脂浸膠槽經過繞絲嘴纏繞在涂層2的外表面上；在纖維纏繞復合材料層3的外表面環向纏繞二層玻璃纖維復合材料外防護層4；將纏好的吊臂放入固化爐內進行固化；固化完成后將吊臂芯模脫掉。

本發明所述的吊臂芯模為不銹鋼材質。

本發明所述的脫模劑為氟系列的常規脫模劑。

本發明所述的樹脂膠液為環氧樹脂體系。

本發明所述的纖維纏繞復合材料層采用玻璃纖維、或碳纖維、或不同型號碳纖維混雜復合纖維，纖維纏繞復合材料層的厚度為3～12mm。

本發明所述的作為纖維纏繞復合材料層的不同型號碳纖維混雜復合纖維為12K的T700碳纖維和12K的T800碳纖維。

本發明所述纖維纏繞復合材料層由纖維復合材料在所述的吊臂芯模上以連續螺旋向及環向交替纏繞方式構成。

本發明所述的作為纖維纏繞復合材料層的不同型號碳纖維混雜復合纖維的纏繞方式為先用T700碳纖維進行連續環向及螺旋向纏繞，再用T800碳纖維進行連續環向及螺旋向纏繞。

在本發明中，纖維纏繞復合材料層以連續縱向及環向交替纏繞方式進行纏繞。螺旋向纏繞主要提供吊臂軸向方向的強度而環向纏繞主要提供吊臂徑向的強度。需要用網格理論的計算采用有限元分析軟件對纖維纏繞復合材料層的纏繞角度以及纏繞順序進行優化，最終確定纖維纏繞復合材料層的厚度、纏繞角度以及鋪層順序。本發明中的環向纏繞的角度為85～90°，螺旋向的纏繞角度為10～45°，纏繞層的厚度為3～12mm。