复合材料弹簧成型工艺的研究

发布时间：2017-11-17 17:02

  本文关键词：复合材料弹簧成型工艺的研究

  更多相关文章： 碳纤维 复合材料 加捻 弹簧 编织角度

【摘要】：弹簧作为一种基础零件被广泛应用于工业生产实践中,但目前采用传统金属制造的弹簧质量大、性能的提升逐渐达到瓶颈。而碳纤维增强复合材料比强度高、密度低、耐腐蚀和耐疲劳性能优异,是未来高性能材料的发展趋势。本文首先对复合材料弹簧的环氧树脂基体进行配方的设计优化,通过对树脂基体力学性能实验确定了环氧树脂、固化剂、稀释剂的种类和配比。其次,采用模压法制备复合材料弹簧棒材并结合弹簧棒材的受力,探究加捻工艺对复合材料弹簧芯棒性能和微观结构的影响。最后,探究了碳纤维增强复合材料弹簧的制备工艺并结合弹簧的受力情况采用弹簧芯棒缠绕碳纤维加强层的方法对弹簧进行强化,研究碳纤维加强层编织角度以及编织层数对复合材料弹簧性能的影响。实验结果表明:采用芳香族胺固化剂能获得拉伸强度更高的环氧树脂基体。复配环氧树脂能有效的发挥树脂之间的协同作用,获得综合性能优异的环氧树脂基体。E-44环氧树脂有较高的拉伸强度而AG-80环氧树脂有着优秀的剪切强度,往AG-80环氧树脂中添加E-44能够保持较强的剪切强度的同时获得拉伸强度的提升。当mAG-80:mE-44=60:40时树脂基体有着最优异的力学性能,此时,树脂基体拉伸强度达到相比于纯E-44环氧树脂和纯AG-80环氧树脂分别提升了11.69%和34.38%。而活性稀释剂的加入能增加树脂基体的冲击韧性,虽然扫描电镜分析表明,稀释剂的添加并不能使环氧树脂基体转变为韧性材料,但是当稀释剂的添加量为15/100时,树脂基体冲击韧性提高了43.69%。综合分析确定以下树脂基体的配方为mAG-80:mE-44:m稀释剂:m固化剂=60:40:15:25,此时,剪切强度达到了127MPa,冲击韧性达到了46.7 KJm-2,拉伸强度为79MPa。碳纤维适当加捻能提高复合材料致密度的同时降低孔隙率。但是,捻度太大,反而不利于复合材料致密度的提升。当捻度为20n/m时,致密度最大为71.4%而孔隙率为0.293%。同时,采用模压法制备了碳纤维增强复合材料棒材,研究加捻工艺对复合材料棒材性能的影响。在一定的捻度范围内,随着捻度的增大,棒材的拉伸强度逐渐增大,但如果超过了捻度临界值,其拉伸强度反而下降。扫描电镜观察发现,适当的捻度有利于树脂与碳纤维的充分浸润,改善树脂与碳纤维的界面性能,从而提高复合材料棒材的拉伸性能。当捻度为20n/m时,拉伸强度最大为1521.5MPa,比未加捻时强度提高了有11.4%,断裂延伸率提高了9%;通过模压法制备了碳纤维增强复合材料弹簧,研究编织工艺对复合材料弹簧性能的影响。研究表明:碳纤维加强层编织角度对复合材料弹簧的性能有着至关重要的影响,当编织角度为45°时,所制备的弹簧有着最优秀的弹簧常数。碳纤维加强层为偶数层时,弹簧常数明显好于奇数层,本次实验当加强层数为4时,有着最好的弹簧常数;复合材料弹簧的密度,随着加强层数的增大逐步稳定在1.74g/cm3左右。
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33

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本文编号：1196706