[發明專利]碳纖維復合材料彈簧及其制造方法

在審

• 申請號: 201510074128.7
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104690984A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 趙京
• 申請（專利權）人: 廣西安捷訊電子科技有限公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54;B29C33/38;F16F1/368
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李珊

技術領域

本發明涉及一種彈性體，具體是一種碳纖維復合材料彈簧及其制造方法。

背景技術

彈簧或彈簧狀的彈性體傳統上都是采用金屬材料，但有些地方需要使用較輕的彈簧，如航空航天和汽車領域，可通過減輕設備的重量提高燃料的使用效率，又如頭盔和鞋,?可提供更強的緩沖墊子以增加保護效果和舒適性，如果能實現彈簧的輕質化將為這些應用帶來前所未有的好處。

碳纖維復合材料是一種由基體和碳纖維組合而成，具有多層次結構形式的增強復合材料，其比模量可以比鋼和鋁合金高5倍，比強度可以比鋼和鋁合金高3倍，但比重卻很小，每單位體積的重量只有鋼的20%，一個與鋼彈簧具有相同阻力的碳纖維復合材料彈簧其重量可能只有鋼彈簧的1?/?15，而且碳纖維復合材料彈簧具有較高的耐化學性和較低的熱膨脹性，比鋼彈簧更耐用而且不生銹。

然而，碳纖維復合材料彈簧的性能深受其構造的影響，由于碳纖維自身相對較軟，一束碳纖維束彎曲不會產生足夠的張力給螺旋或葉片狀彈簧提供反彈性，做成常規螺旋或葉片狀的碳纖維復合材料彈簧比同樣形狀的金屬彈簧的承載能力更差，故用碳纖維復合材料制作彈簧面臨著一些挑戰，如彈性差、易碎、各向異性高，這些特性本質上是不適合彈簧，從而已知造出的碳纖維復合材料彈簧形變小，彈性系數低，承載負荷小，利用碳纖維復合材料的獨特的高抗拉強度，彈簧結構必須特殊設計和測試，才能達到大承載能力。另外，目前各種形狀的碳纖維復合材料部件主要使用抽真空工藝和熱壓工藝制成的，真空和熱壓工藝使用真空壓力將環氧樹脂浸漬過的碳纖維復合材料固定在模具里，在不斷升高的溫度下固化，這種工藝復雜、勞動密集、耗費工時，要求設備資本投入大，材料浪費嚴重，因此生產的碳纖維復合材料部件成本高，這些昂貴的工藝限制了碳纖維復合材料的應用范圍。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種形變較大,?彈性系數高，承載負荷大的碳纖維復合材料彈簧，同時也提供此種碳纖維復合材料彈簧的制造方法，該方法工藝簡單,材料浪費較少，效率較高，實現低成本產出。

本發明所采用的技術方案是：提供一種碳纖維復合材料彈簧，所述的彈簧包括至少一個彈性片，所述的彈性片包括中間弧形隆起的弧形部和兩端平直的平直部，所述的彈性片通過弧形部或平直部相互連接。

所述的弧形部和平直部之間設有承接部，所述承接部的一端連接弧形部，承接部的另一端連接平直部，承接部和平直部形成開口狀。

所述的承接部為外凸的弧形狀，平直部朝內延伸。

所述的彈簧由兩個彈性片組成，兩個彈性片通過弧形部相互連接形成十字連接結構。

所述的彈簧由兩個彈性片組成，兩個彈性片分別通過兩端的平直部相互連接，形成環狀或橢圓環狀。??????????????????

所述的彈簧由多個彈性片組成，多個彈性片通過平直部連接形成一個長的帶狀彈簧。

所述的彈簧由多個彈性片組成，多個彈性片平行設置，通過設在弧形部上的連接片連接形成一個長的帶狀彈簧。

本發明還提供了一種碳纖維復合材料彈簧的制造方法，該方法將浸漬樹脂的碳纖維復合材料放置到下模的彈簧模腔內，碳纖維復合材料沿曲面鋪設，將上模壓制到碳纖維復合材料上擠壓它，同時對上模和下模加熱，溫度大于60⁰C，然后待碳纖維復合材料冷卻固化后脫模；其中所述的下模為硬模具，由金屬制成，上模為軟的硅橡膠模具，是由硅橡膠材料注入模具中成型固化而得。

以上結構的碳纖維復合材料彈簧設計有許多優勢用來作為緩沖件，首先，這種結構充分利用了碳纖維的抗拉強度增加彈簧的最大負載力，使之有良好的動能吸收能力；其次，生產的彈簧允許最大的自由變形，允許變形超過其原始高度的80%，從而吸收和儲存更多的動能；第三，由于碳纖維的特征，它非常輕，輕于厚度相同聚合物泡沫墊；第四，長帶狀的彈簧設計有效地利用了材料，減少了浪費，而且彈簧可直接使用碳纖維，不需要使用昂貴的碳纖維編織布；第五，彈簧提供高效的能源存儲和釋放能力；第六，通過改變弓的形狀和厚度及堆碼形式，可根據應用定制適應各種沖力要求的彈簧；最后，它可以通過模具實現規?；a，提供給消費者優質并可接受價格的廣泛應用方案。

????這種新工藝不需要真空萃取或熱壓工藝和需消耗多余的材料，這個工藝專為復雜的碳纖維復合材料結構制造設計，軟模可重復使用，本創新結合了三個方面：1）用非常柔軟的模子能夠將壓力施加到復雜的曲面;2）橡膠材料被加熱時可以自我產生較大的按壓力;3）上模具不會粘到碳纖維。