一種纖維復合材料汽車傳動軸的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于汽車零部件制造領域，尤其設計一種纖維復合材料(FRP)汽車傳動軸的制備方法。
【背景技術】
[0002]傳動軸是汽車傳動系統中傳遞動力的重要部件，它的作用是與變速箱、驅動橋一起將發動機產生的動力傳遞給車輪，使汽車產生驅動力。研宄表明，傳動系統自身運轉將消耗掉發動機產生能量的17-22%，這些能量消耗主要由傳動系統的重量較大造成的，因此減少傳動系統重量將會提升發動機能量利用效率。
[0003]纖維復合材料由于輕質高強等優點，已被用作汽車輕量化的材料。目前已經有相當多的文獻和專利對于纖維復合材料汽車傳動軸進行了介紹和研宄，比如中國公開專利CN103322012A就介紹了傳動軸和傳動軸組件及其制備方法，中國公開專利CN 101112795A也介紹了傳動軸的制造步驟和方法。
[0004]在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題:但是對于纖維復合材料汽車傳動軸的制造過程，將制備得到的纖維復合材料套筒從芯模上脫模是其中一大難點，采用可敲碎芯模的話，每次都要將其進行敲碎，不僅浪費芯模，而且無法滿足大規模生產。采用硬紙管芯模的話，樹脂會粘在芯模上，難以脫模。另外，由于傳動軸最重要的作用是進行力的傳遞，因此提高纖維復合材料套筒與萬向節叉及花滑叉等周圍組件的連接力，滿足扭轉作用也是纖維復合材料汽車傳動軸設計和制造過程中需要重點考慮的問題。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種纖維復合材料套筒可以方便的從芯模上脫模，并且芯模可以重復使用，滿足大規模生產要求的纖維復合材料汽車傳動軸的制備方法。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:一種纖維復合材料汽車傳動軸的制備方法，包括如下過程:
[0007]I)選取金屬筒作為芯模，
[0008]2)在金屬筒外纏繞纖維復合材料，形成纖維復合材料套筒；
[0009]3)在纏繞好的纖維復合材料套筒外裹上保護層，并將其放置于高溫中進行固化；
[0010]4)固化后的纖維復合材料套筒及芯模放置到室溫中冷卻，除去纖維復合材料套筒外的保護層；
[0011]5)將纖維復合材料套筒及芯模在低溫下放置一段時間后進行脫模；
[0012]6)將脫模后的纖維復合材料套筒內外壁涂上結構膠，塞入加工好的萬向節叉中，結構膠固化后即可得到纖維復合材料汽車傳動軸。
[0013]金屬筒在纏繞纖維復合材料之前需在金屬筒表面涂脫模劑。
[0014]選取金屬筒作為芯模后，需對金屬筒表面進行打磨，并采用丙酮對打磨后的金屬筒進行清洗。
[0015]通過有限元分析軟件，選定合適的樹脂體系和纖維；并通過有限元分析軟件設計纖維復合材料套筒的鋪層角度、鋪層順序，確定纖維復合材料套筒的內外徑工藝參數。
[0016]在第2步中，纏繞時在金屬筒兩端預留纖維復合材料過渡區。
[0017]對第5步脫模后的纖維復合材料套筒的纖維復合材料過渡區進行切除，得到規定的纖維復合材料套筒。
[0018]對第5步脫模后的纖維復合材料套筒表面進行打磨拋光處理。
[0019]第3步的保護層從內到外為可收縮隔離膜、透氣氈和真空袋薄膜，所述可收縮隔離膜為帶孔的可收縮隔離膜。
[0020]所述金屬筒的熱膨脹系數大于20X 10-6/K，優選鋁及其合金。
[0021]固化溫度高于100°C，第5步中的低溫為-30°C -0°C。
[0022]樹脂可以為環氧樹脂、不飽和聚醋、乙稀基樹脂中的一種。樹脂的粘度范圍為0.5-15pa *s，優選l_5pa *s，樹脂的固化溫度高于100。。，優選120。。-160。。。樹脂體系固化后得到的材料要有優良的低溫沖擊韌性；樹脂的試用期要高于2小時，優選高于5小時的樹脂。
[0023]纖維為碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維中的一種或者是幾種纖維的組合體。
[0024]芯模表面采用砂紙進行打磨，分多次打磨過程。采用丙酮對打磨后的套筒進行清洗三次，每次清洗中間間隔10分鐘。之后對套筒表面涂覆脫模劑兩次，中間間隔5分鐘。砂紙打磨工藝可以采用多次打磨，首先采用400目或者是600目的砂紙進行打磨，之后逐漸過渡到2000目的砂紙進行打磨。
[0025]結構膠的剪切強度要高于20MPa，優選高于25MPa。
[0026]有限元分析軟件確定的鋪層角度、鋪層順序為:從芯軸一端開始纖維絲束的取向角度從90°過渡到15°?45°，纏繞到另一端后取向角度從15°?45°過渡到90°，一直保持此種纏繞方式直到纏繞到規定的厚度。該角度范圍纖維復合材料套筒固化效果最好，形成的纖維復合材料套筒強度最高。
[0027]上述技術方案中的一個技術方案具有如下優點或有益效果，采用纏繞的方式將纖維及樹脂纏繞到芯模上，并高溫固化成型。由于纖維復合材料的熱膨脹系數要遠遠低于金屬的熱膨脹系數，因此可以利用較大溫差下，纖維復合材料及金屬不同的熱膨脹性能，在較低溫度下通過熱脹冷縮的原理進行脫模，最后將套筒用結構膠粘接到重新進行結構設計的萬向節叉上，最終得到滿足要求的質量輕，性能優的FRP汽車傳動軸。纖維復合材料套筒可以方便的從芯模上脫模，并且可以重復使用，滿足大規模生產要求。另外制備得到的纖維復合材料汽車傳動軸可以很牢固的與傳動軸組件連接，滿足力的傳遞要求。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明實施例中提供的纖維復合材料汽車傳動軸的結構示意圖；
[0029]上述圖中的標記均為:1、纖維復合材料套筒，2、萬向節叉筒上薄壁，3、萬向節叉筒下薄壁，4、萬向節叉安裝口。
【具體實施方式】
[0030]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0031]具體采用的方案中:下面實例中制備使用的樹脂體系為北京航空材料研宄院的5222環氧樹脂以及固化劑，纖維為中復神鷹3K的T300單向碳纖維絲。所述的芯模金屬材料為6061-T6鋁合金。所述的結構膠牌號為漢高樂泰EA9394。實例中，復合材料傳動軸套筒的厚度為6_，萬向節叉筒薄壁厚度為5_。
[0032]實例一
[0033](I)準備一個銷合金芯模，長度為160cm，外徑為12cm;
[0034](2)對鋁合金芯模進行兩次砂紙拋光，第一次采用2000目砂紙，第二次采用4000目砂紙，采用丙酮對打磨后的套筒進行清洗三次，每次清洗中間間隔10分鐘。之后對套筒表面涂覆脫模劑兩次，中間間隔5分鐘；
[0035](3)將芯模裝上纏繞機，將預浸5222環氧樹脂的纖維絲束搭接到芯模頂端，開始纏繞，其中前5cm為過渡區，纖維絲束的取向角度從90°過渡到15°，纏繞到距離另外一個頂端5cm后取向角度從15°過渡到90°，一直保持此種纏繞方式只到纏繞的厚度為6mm ；
[0036](4)在纏繞好的套筒上裹上兩層帶孔的可收縮隔離膜，之后再裹上一層透氣氈和一層真空袋薄膜，并將其放置于150°C的熱壓罐中進行固化；
[0037](5)固化后的套筒及芯模放置到自然環境中冷卻，除去套筒表面的隔離膜、透氣氈以及真空袋薄膜。之后在-20°C下放置5-10min后進行脫模，由于熱脹冷縮及脫模劑的作用，芯模可以輕松的從纖維復合材料套筒中拿出；
[0038](6)切除兩端各5cm的過渡區，得到規定要求的FRP套筒，對套筒表面進行打磨拋光處理；
[0039](7)將套筒兩端內外壁都涂覆上結構膠，并快速塞入加工好的萬向節叉中，本實例的萬向節叉為單層搭接萬向節叉，與圖1對比為沒有上薄壁2的萬向節叉。結構膠層厚度為0.2_。結構膠固化后即可得到FRP汽車傳動軸。
[0040]實例一最終得到的碳纖維復合材料傳動軸的扭矩為2143MPa。
[0041]實例二
[0042](I)準備一個銷合金芯模，長度為160cm，外徑為12cm;
[0043](2)對鋁合金芯模進行兩次砂紙拋光，第一次采用2000目砂紙，第二次采用4000目砂紙，采用丙酮對打磨后的套筒進行清洗三次，每次清洗中間間隔10分鐘。之后對套筒表面涂覆脫模劑兩次，中間間隔5分鐘；
[0044](3)將芯模裝上纏繞機，將預浸5222環氧樹脂的纖維絲束搭接到芯模頂端，開始纏繞，其中前5cm為過渡區，纖維絲束的取向角度從90°過渡到15°，纏繞到距離另外一個頂端5cm后取向角度從15°過渡到90°，一直保持此種纏繞方式只到纏繞的厚度為6mm ；
[0045](4)在纏繞好的套筒上裹上兩層帶孔的可收縮隔離膜，之后再裹上一層透氣氈和一層真空袋薄膜，并將其放置于150°C的熱壓罐中進行固化；
[0046](5)固化后的套筒及芯模放置到自然環境中冷卻，除去套筒表面的隔離膜、透氣氈以及真空袋薄膜。之后在-20°C下放置5-10min后進行脫模，由于熱脹冷縮及脫模劑的作用，芯模可以輕松的從纖維復合材料套筒中拿出；
[0047](6)切除兩端各5cm的過渡區，得到規定要求的FRP套筒，對纖維復合材料套筒表面進行打磨拋光處理；
[0048](7)將纖維復合材料套筒兩端內外壁都涂覆上結構膠，并快速塞入加工好的萬向節叉中，本實例的萬向節叉為圖1所示的萬向節叉。結構膠層厚度為0.2_。結構膠固化后即可得到FRP汽車傳動軸。
[0049]實例二最終得到的碳纖維復合材料傳動軸的扭矩為3351MPa。
[0050]實例三
[0051](I)準備一個銷合金芯模，長度為160cm，外徑為12cm;
[0052](2)對鋁合金芯模進行兩次砂紙拋光，第一次采用2000目砂紙，第二次采用4000目砂紙，采用丙酮對打磨后的套筒進行清洗三次，每次清洗中間間隔10分鐘。之后對套筒表面涂覆脫模劑兩次，中間間隔5分鐘；
[0053](3)將芯模裝上纏繞機，將預浸5222環氧樹脂的纖維絲束搭接到芯模頂端，開始纏繞，其中前5cm為過渡區，纖維絲束的取向角度從90°過渡到30°，纏繞到距離另外一個頂端5