汽车复合材料板弹簧单向层压板的性能研究研究论文电子版下载

汽车复合材料板弹簧单向层压板的性能研究研究论文电子汽车复合材料板弹簧单向层压板的性能研究研究论文电子 版下载版下载 设计研究汽车实用技术AUTOMOBILE APPIIED TECHNOIOGYxx年第2期xxN0 2汽车复合材料板弹簧单向层压板的性 能研究樊凯 丁智平 张亚新 李再轲 吕文丽 1 湖南工业大学 机械工程学院 湖南株洲41207 2 湖南株洲时代新材料科技股份 有限公司 湖南株洲41207 摘要本文研究了复合材料板弹簧用层压 板的基本力学性能 耐高低温性能和耐油性能 结果表明复合材料层压板的性能满足板弹簧实际工况的要求 复合材料层压板的拉伸强度和弯曲强度分别为120MPa和1329MP a 复合材料层压板的拉伸强度在 40 C环境下保留率为94 15 70 C环境下保留率为98 复合材料层压板的弯曲强度在机油 93 汽油和O 柴油中浸泡9O天后 的变化率分别为 3 25 2 9 和 2 05 关键词板弹簧 复合材料层合板 力学性能 耐高低温 耐油U465 6A671 798 xx 02 15 03Anal y i s of Lami nat eUs edf or t heCompos i t e Le af Spr i ng i n t he Automobi l e Fa n Kai Di ngZhi pi ng Zha ngYaxi n Li Zaike Lv Wenl i 1 S c h o l o f Meh n i c a lE ge r i n g U i v e r s i to fT e c h n ol i g y Hu n a nZ h u zh o u41207 2 Z zhui ms Ne w Mae ri a l T e ch nl g y Co L td H n a nZ zh ou41207 Ab s t r ac tThi s wo rk f oc uso n t h e mec ha ni ca lpr o p r t i e s h r e i s t a nc e to h igh l ow t e mpe t u r e a nd i lpe f o r ma nc e o ft hepos i t e l a mi na t e f or ma n fa c t uri ng l e a f s p ri ng I i nd i c s ha t he pefo rmanc eo ft hep os i te l a mi na tem t hewor ki ngc di t ion qui r e me n so t h le a f s pr i ng T hni l sr e ng t h a nd fle xur a l s t re ng h of t h eompos i la mi na tewr e1120MP a nd1329MPa r e s pc t ive l y T t i nr ans il srenghofthepo si te la mi na te was94 15 a t一40 C and98 a t70 C r e spc t i ve l y Af te r soc ke d90da ys h r a te ofcha nge offle xu a str eng thwa s一3 25 i n engi neoi l 一2 99 i n93 ga sol ine and 2 05 in0di s el oil r e sp ec ti vel y Ke ywords Leafs pring Compo si tela mina te me chani cal pr op rtie s hi gh l owt empe rat ure i stanc e oi lrei st ance CLO U465 6Do cumen t Code A Artic le ID167l一7988 20l5 0215 03刖吾目前 全球的能源紧张 环境污染等问题 迫使人们想方设 法来实现车辆的轻质化以减少油耗 保护环境 钢板弹簧作为汽车悬架系统的一部分 其在车体自重中所占比例约 为l 5 1 01 如果使用复合材料 其质量可减轻60 70 21 此外 复合材料的模量小 比重轻 比强度高 抗疲劳性能好 可 提高驾驶的舒适性 稳定性及耐用性L3 美国于1981年利用缠绕技术成功制备出了玻纤复合材作者简介樊凯 硕士研究生 就职于株洲时代新材料科技股份有限公司 主要从 事现代机械强度理论的应用与研究 料板弹簧 英国GKN公司生产的复合材料板弹簧也已成功实现了产业 化德 日 法等国也都对复合材料板弹簧开展了大量的基础性研究 工4l E1前 我国还没有关于汽车复合材料板弹簧产业化的相关报道 关 于汽车复合材料板弹簧的研究还处于初步的探索与试验阶段 复合材料板弹簧的制造更多的利用了层压工艺 具有生产速度快 产品致密度高 质量稳定等特点 复合材料层压板的性能直接决定 了复合材料板弹簧性能的好坏 本文主要对某型号汽车复合材料层压板进行了力学性能研究 同时 考虑到复合材料板弹簧在实际运行过程中受高低温环境和各种油类 化学介质的影响 对层压板的耐高低温性能和耐油性能进行了研究 xx年第2期樊凯等汽车复合材料板弹簧单向层压板的性能研究 161 试验部分1 1原材料树脂工业级 双酚A型环氧树脂 环氧值 为0 51 0 54 淡黄色粘稠液体 Hu n t sman有限公司 增强材料工业级 单向E玻璃纤维 重庆国际有限公 司 促进剂DMP一30 工业级 由上海三爱思试剂有限公司生产 胺 类固化剂I PDA 化学纯9 北京丰特斯化工材料有限公司 1 2复合材料层压板的制备首先将玻璃纤维和树脂基体制备成预浸 料 预浸料由纤维增强材料和树脂基体材料通过热熔法制备而成 其中树脂基体由环氧树脂 I PDA固化剂和DMP 30促进剂组成 其添加比例为10251 具体制各过程是将充分混合的树脂基体加热到80 C 使树脂基体熔 融 然后从纱架引出纤维 调节张力 使纤维嵌入树脂基体中 之后经 过冷却 加P E膜 切边和收卷制成预浸料 制备的每块预浸料的厚度为2mm 然后采用层压工艺成型将预浸料制备成复合材料层压板 具体过程是将制备成的预浸料裁剪为360mm 360mm的大小共6块 然 后将裁剪完的预浸料依次平铺在模具上 铺层时应注意保证预浸料 中间无间隙 无空隙 纤维走向均匀 平齐 按照90 C l h 125 l h的固化制度固化 成型压力为1O MPa 1 3测试和表征1 3 1拉伸性能p J采用J YT 19CMT5305微机控制电子万能试验机测量 根据GB T147 205纤维 增强塑料拉伸性能测试方法进行拉伸性能测试 试样规格为250mmx2 5mm 2mm 实验加载速度为2r rd min 每组拉伸样品取五个样 结果取平均值 1 3 2弯曲性能采用J YW 67GP TS20S电子万能试验机测量 根据GB T149 205纤维增强塑料弯曲性能测试方法进行弯曲性能测试 试样规格为 10mmx15mm 4mm 实验加载速度为2mm min 每组弯曲样品取五个样 结果取平均值 1 3 3高低温力学性能测试 6 采用J Y 19CMT5305微机控制电子万能试验机测量 根据GB T79 205纤维增 强塑料高低温力学性能方法进行高低温力学性能测试 试样放置于70 C及 40 环境下30min 从环境箱取出后6min内完成 力学性能试验 1 3 4耐油性能测试采用J YT 19CMT5305微机控制电子万能试验机测量 根据GB T1690 206纤维 增强塑料高低温力学性能方法进行高低温力学性能测试 将复合材料板弹簧层压板分别浸泡在机油 93 汽油和0 柴油中30d 60d和90d 取出后按标准制成试样测试其弯曲性能 2 结果与讨论2 1复合材料层压板的力学性能复合材料层压板的基 本力学性能直接决定了板弹簧在使用的过程中性能的好坏 因此本 文对复合材料层压板的基本力学性能进行了分析 其中复合材料层压板的拉伸应力一应变曲线图和三点弯曲载荷下复 合材料层压板的载荷一位移曲线图分别如图1和2所示 取平均值可知复合材料层压板在常温环境下的拉伸强度和拉伸模量 分别为120MP a和46 3GP a 弯曲强度和弯曲模量分别为1329MP a和43 47GP a 目前复合材料板弹簧用于替代钢板簧 优质合金钢的断裂强度一般 在10MP a 130MP a 由测试结果可知层压板的基本力学性能满足板弹簧的产品性能要 求 图1复合材料层压板拉伸应力一应变曲线图omp lae emen mm图2三点弯曲载荷下复合材料层压板的载荷一位移曲线图复 合材料层压板表现出良好的力学性能是因为玻璃纤维增强体本身力 学性能优异 所选用的环氧树脂基体交联密度 同时环氧树脂与玻 璃纤维具有良好的浸润性 优异的黏结性能提高了复合材料的密实 度 层与层之间的空隙少 这些特征都赋予了复合材料层压板优异 的力学性能 l 2 2复合材料层压板的高低温力学性能需邑81400 0 25 f I而菊丽图3优选复合材料层压板的拉伸应力一应变曲线图由于板弹 簧在实际运行过程中长期暴露于大自然环境中 自然环境中的温度 变化范围大 因此本文对单向复合材料层压板的高低温拉伸性能进 行了研究 主要取板弹簧在使用过程中的两个极值温度 40 C和70 C 其中优选复合材17汽车实用技术xx年第2期料层压板的拉伸应力 应 变曲线如图3所示 40 C环境下复合材料的拉伸强度和拉伸模量分别为150 9MP a和43 46GP a 70 C环境下复合材料的拉伸强度和拉伸模量分别为1093 8MP a和4 74GP a 从复合材料层压板的高低温力学性能数据可以看出 横向拉伸强度 在 40 C环境下保留率为94 15 在70 C环境下保留率为98 根据复合材料层压板的性能要求 高低温前后试样拉伸强度保留率 大于80 由测试结果可知复合材料层压板的高低温力学性能满足 在板弹簧在实际工况中的应用 复合材料具有优异耐高低温性能是由于复合材料的拉伸性能主要取 决于纤维增强体的力学性能 而玻璃纤维用作复金挝中的增强材料 最大的特征是抗拉强度大 所以复合材料层压板的高低温拉伸强 度变化不大2 3板弹簧层压板的耐油性能由于板弹簧在实际运行过 程中会接触到各种汽车行业的油类介质 因此本文对复合材料板弹 簧层压板的耐油性能进行了研究 主要选用板弹簧在使用过程中最 常接触到的机油 93 汽油和0 柴油三种油类介质 将复合材料板弹簧层压板分别浸泡在机油 93 汽油和0 柴油中30d 60d和90d 取出后按标准制成试样测试其弯曲性能 复合材料层压板在油类介质浸泡后的弯曲强度 a O和弯曲模量 EO如表I所不 从复合材料层压板的耐油性能数据可以看出 复合材料层压板在机 油 93 汽油和0 柴油中浸泡后弯曲性能变化不大 复合材料层压板的弯曲强度和弯曲模量在机油中浸泡90d后的变化率 分别为 3 25 和 8 14 93 汽油中浸泡90d后的变化率分别 为2 9 和2 32 0 柴油中浸泡90d后的变化率分别为 2 05 和 3 4 根据复合材料层压板的性能要求 油类化学介质浸泡前后试样弯曲 强度和弯曲模量的变化率不能超过20 由测试结果可知复合材料 板弹簧层压板的耐油性能满足在板弹簧在实际工况中的应用 复合材料层压板表现出优异的耐油性能是由于层压板使用的环氧树 脂基体与玻璃纤维有很好的界面结合能力 使复合材料层压板的粘 合性能优异 层与层之问紧密的结合使复合材料表现出优异力学性 能的同时使油脂分子也难以进入层压板中 表1复合材料层压板的耐油性能90d后的Od3O d60d90d变化率发动 T fMP a1l3291248 94176 421285 78 3 25 机油E GP a 34740 2539243993 8 14 90 MP a l329l350l2l30 02l289 26 2 9 汽油E r GP a 43 4744 1943 5144 48232 0 M Pa 13291304 121290561301 82 2 O5 柴油E GP a 43 4742O241 6041 99 3 4 3 结论对某型号复合材料板弹簧的层压板的性能进行了研究 其拉 伸强度和弯曲强度分别为120MP a和1329MP a 复合材料层压板的拉伸强度在 40 C环境下的保留率为94 15 7 0 C环境下的保留率为98 高低温试样拉伸强度保留率都大于80 由测试结果可知复合材料层压板的高低温力学性能满足在板弹簧 在实际工况中的应用 复合材料层压板的弯曲强度和弯曲模量在机油中浸泡90d后的变化率 分别为 3 25 和一8 14 93 汽油中浸泡90d后的变化率分别 为 2 9 和2 32 柴油中浸泡90d后的变化率分别为 2 05 和 3 4 在三种油类化学介质中浸泡前后复合材料板弹 簧层压板的弯曲强度和弯曲模量的变化率均不超过20 由测试结 果可知复合材料板弹簧层压板的耐油性能满足在板弹簧的产品性能 要求 参考文献 1 Mo ule swran S S bp athy VA Ana l yic land Exp ri mentalSt udies onFat igue Lif ePr edic ion ofSt eeland Co mpos i teMul ti leafSpring fo r Lig htPa senge rVehi cles Using Lif eD ta Anal ysi s Ma te r ia l s S ince xx 13 2 41 146 2 G lu Sid ra mnaSS S amb gamV Mn oCo mpo siteLeafS pr ingforL Wht Vehic le De ig n En dJ oitAn al yisand Te sting Ma te ria ls Si nce xx 12 3 1392 1320 3 Ka wam K A sk aCo mpo te MaterialsC J pan U S Co nferenc e 1981 726 729 4 TSOTRA FRI DRICH K short ca on f ib reinf rc d e po xy re sin pol yani l i nebl end sthei eect rical andmec hani ca lproprties J Compo sitesSieandTechnl ogy 204 64 15 85 2391 5 陈卫丰 肖敏 王拴紧 等 生物降解聚甲基乙撑碳酸 脂 聚乳酸共混复合材料的制备与性能 J 高分子材料科学与工 程 210 26 3 42 145 6J宋晓艳 程博闻 多面体倍半硅氧烷 P oss 聚苯乙烯复合材料热性能 J