一種復合材料車輪及其制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種復合材料車輪，其包括鋁合金輪盤(5)與輪輞(1)，其特征在于，所述的輪輞(1)是由碳纖維材料和金屬網制成的；所述的碳纖維材料為碳纖維布，并且和金屬網按層交替鋪設。本發明所述的復合材料車輪的有益技術效果在于車輪輪輞部位為熱量主要集聚區域，此方案易于使輪輞內部熱量分布均衡；此方案易于使輪胎內腔的熱量通過輪輞傳導至外部；此方案將多種材料結合使用，有易于推動車輪輕量化效果；以及此方案成型工藝簡單。
【專利說明】
一種復合材料車輪及其制造方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及汽車零部件領域，具體地涉及一種復合材料車輪。
【背景技術】
[0002] (1)碳纖維復合材料
[0003] 碳纖維復合材料具有輕質高強的特點，越來越被廣泛的應用。碳纖維主要是由碳 元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳 素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其 外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖 維比重小，因此有很高的比強度。
[0004] 碳纖維的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以 上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料 的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm 3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左 右，其比模量也比鋼高。
[0005] 碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成結構材料。碳纖維增強 環氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現有結構材料中是最高的。在密度、剛 度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維復合材 料都頗具優勢。
[0006] (2)車輪的輕量化及困難
[0007] 目前，人們希望制造重量更低的汽車部件，來降低汽車的重量，從而節約能源，提 高汽車的操控性能。目前，國內外多家汽車車輪生產企業都嘗試將碳纖維用于汽車車輪的 生產。
[0008] 然而，在采用碳纖維復合材料制造車輪時，由于受環氧環氧樹脂性能的影響，其整 體散熱性能差，汽車高速行駛時輪胎內腔的熱量得不到有效散發導致車輪輪輞部位熱量積 聚，從而易出現車輪變形失效問題，嚴重影響車輛行駛安全性。
[0009] 因此，迫切地需要生產一種復合材料車輪，既能實現輕量化，又能保證散熱效果。
【發明內容】
[0010] 因此，本發明的目的是提供一種具有良好散熱效果的復合材料車輪。
[0011] 為了實現以上的目的，本發明提供了以下的技術方案：
[0012] 在本發明的一個方面，提供了一種復合材料車輪，所述的車輪的輪輞是由碳纖維 材料和金屬網制成的;所述的碳纖維材料為碳纖維布，并且和金屬網按層交替鋪設。
[0013] 在本發明優選的方面，所述的金屬網是連續分布的。
[0014] 在本發明優選的方面，所述的金屬網是分散分布的，每塊金屬網在輪輞上覆蓋30-60度的角度。
[0015] 在本發明優選的方面，所述的車輪的輪輞包括2-5層金屬網。
[0016] 在本發明優選的方面，所述的車輪的輪輞包括5層金屬網。
[0017] 在本發明優選的方面，金屬網的厚度是0.1~0.3毫米。
[0018] 在本發明優選的方面，金屬網的金屬絲直徑是0.1~0.3毫米。
[0019] 在本發明優選的方面，金屬網是分散分布的，每塊金屬網在輪輞上覆蓋30-60度的 角度。
[0020] 在本發明優選的方面，金屬網一端延伸到輪輻，一端延伸到距離輪輞末端5~10_ 處。
[0021] 在本發明優選的方面，所述的金屬網（2)由鋁合金、銅或者鋼的一種或多種制成。
[0022] 在本發明的另一個方面，提供了制造前文所述的復合材料車輪的方法，其特征在 于，所述的方法包括步驟：（1)制備碳纖維復合材料預浸料和金屬網（2)預浸料與金屬網鋪 放；以及(3)固化成型。
[0023] 本發明的技術方案帶來了以下的技術效果：（1)車輪輪輞部位為熱量主要集聚區 域，此方案易于使輪輞內部熱量分布均衡；（2)此方案易于使輪胎內腔的熱量通過輪輞傳導 至外部；（3)此方案將多種材料結合使用，有易于推動車輪輕量化效果；以及(4)此方案成型 工藝簡單。
【附圖說明】
[0024]以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施方案，其中：
[0025] 圖1是本發明一種碳纖維復合材料車輪及其生產方法示意圖：
[0026] 圖2是圖1的局部放大圖。 圖中：1-輪輞;2-金屬網;3-碳纖維布;4-環氧樹脂;5-輪輻。
【具體實施方式】
[0027] 如圖1所示，本發明為一種碳纖維復合材料車輪及其生產方法，包括輪輞1、金屬網 2、碳纖維布3、環氧樹脂4和輪輻5。
[0028] 除非另外的說明，本發明中所使用的碳纖維布為：
[0029] (1)T300碳纖維布，其為12k的纖維布，購自日本；
[0030] (2)T700碳纖維布，其為12k的纖維布，購自江蘇。
[0031 ]本發明中所使用的樹脂材料為:環氧樹脂，購自江蘇。
[0032]本發明中所使用的金屬網為：
[0033] (1)鋁合金網，其中鋁合金絲的直徑為0.1111111，100-150目，密度為150-200克/平方 米。
[0034] (2)銅絲網，其中銅絲的直徑為0.1臟，100目，密度為450克/平方米。
[0035] (3)鋼絲網，其中鋼絲的直徑為0.1臟，100-150目，密度為300-400克/平方米。
[0036] 本發明中的輪輻部分為鋁合金鍛造制成的。
[0037] 在制造車輪過程中，鋪放T300或T700碳纖維布3的同時鋪放5-8層金屬網2，金屬網 2與碳纖維布3呈交替結合形成輪輞1，金屬網2由熱傳導系數高的材料鋁制成，且在鋪放過 程中是連續的，在整個輪輞1的內部接近于均布，即每層金屬網2之間相隔不止一層碳纖維 布3。制造過程中首先預制與車輪規格相匹配的金屬網2,然后在輪輞1處的碳纖維布3時，同 時纏繞金屬網2,最后再進行熱固化形成整體。
[0038] 按照以上所述的方法制成了如下的車輪，如表1所示：
[0039] 表1:本發明的復合材料車輪的參數
[0042] 對以上的試驗組1-6和對照組1-3進行以下的試驗：
[0043] (1)重量測量
[0044] 稱量各組的車輪的重量，結果如下：
[0045] 表2:試驗組1-6和對照組1-3的車輪的平均質量
[0047] 結果表明：實驗組4最輕、實驗組2次之、實驗組1第三。 [0048] (2)沖擊和徑向疲勞試驗
[0049] 按照彎曲疲勞試驗方法對試驗組1-6和對照組1-3的車輪進行試驗，結果如表3所 示：
[0050] 表3:試驗組1-6和對照組1-3的車輪的試驗結果
[0053]結果表明：試驗組1和6的徑向疲勞試驗無法滿足試驗要求，其它組試驗結果通過。 徑向疲勞試驗結果中1500000轉數的試驗組為達到試驗標準后手動停機。
[0054] (3)導熱試驗
[0055]將以上的除試驗組1和6各組車輪裝胎后進行試驗過程中，通過溫度傳感器收集和 記錄輪輞處的溫度信息。
[0056] 記錄如下：
[0057] 表4:各組車輪在試驗10分鐘時的溫度T1
[0059]以上的數據說明：加入導熱性較好的金屬對輪輞散熱起到了顯著作用。
[0060] 從以上的各組實驗的數據可以看出，試驗組4的車輪在很大程度上降低了車輪的 重量，并且獲得了較好的可靠性。
[0061] 以上僅就本發明較佳的實施例做了說明，但不能理解為是對權利要求的限制。本 發明不僅局限于以上實施例，金屬網的鋪放范圍也可加大或縮小，金屬網的鋪放層數可以 變化，金屬網也可以是整體不連續的。總之，凡在本發明獨立權利要求的保護范圍內所作的 各種變化均在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種復合材料車輪，其包括鋁合金輪盤(5)與輪輞（1)，其特征在于，所述的輪輞（1) 是由碳纖維材料和金屬網制成的；所述的碳纖維材料為碳纖維布，并且和金屬網按層交替 鋪設。2. 根據權利要求1所述的復合材料車輪，其特征在于，所述的金屬網是連續分布的。3. 根據權利要求1所述的復合材料車輪，其特征在于，所述的金屬網是分散分布的，每 塊金屬網在輪輞上覆蓋30-60度的角度。4. 根據權利要求1所述的復合材料車輪，其特征在于，所述的車輪的輪輞包括2-5層金 屬網。5. 根據權利要求4所述的復合材料車輪，其特征在于，所述的車輪的輪輞包括5層金屬 網。6. 根據權利要求1所述的復合材料車輪，其特征在于，金屬網的厚度是0.1~0.3毫米。7. 根據權利要求1所述的復合材料車輪，其特征在于，金屬網的金屬絲直徑是0.1~0.3 毫米。8. 根據權利要求1所述的復合材料車輪，其特征在于，金屬網一端延伸到輪福，一端延 伸到距離輪輞末端5~10mm處。9. 根據權利要求1所述的復合材料車輪，其特征在于，所述的金屬網（2)由鋁合金、銅或 者鋼的一種或多種制成。10. 制造權利要求1-9中任一項所述的復合材料車輪的方法，其特征在于，所述的方法 包括步驟：（1)制備碳纖維復合材料預浸料和金屬網（2)預浸料與金屬網鋪放；以及(3)固化 成型。
【文檔編號】B60B5/02GK106064550SQ201610202989
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月1日 公開號201610202989.3, CN 106064550 A, CN 106064550A, CN 201610202989, CN-A-106064550, CN106064550 A, CN106064550A, CN201610202989, CN201610202989.3
【發明人】張偉, 張東輝, 鄧赟, 阿拉騰
【申請人】中信戴卡股份有限公司