碳纤维增强复合材料弹簧的制备

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弹簧是一种具有缓冲、减振、储能功能的机械零件,被广泛地应用于汽车、航空航天以及铁路车辆等诸多领域。近年来,汽车行业着眼于节能、减排,迫切要求汽车朝轻量化和高性能的方向发展。本研究以T-700 SC碳纤维为增强体、AG-80/328树脂为基体,结合树脂传递模塑法、手糊法以及纤维缠绕法三种成型工艺制备碳纤维复合材料螺旋弹簧,并设计了复合材料螺旋弹簧中碳纤维的最佳排布。与此同时,研究了树脂基体较优的配方、较优的后处理工艺对碳纤维复合材料弹簧性能的影响。 实验制备了AG-80/328/F-44单一树脂基体的碳纤维复合材料,此外还制备了AG-80/328不同配比树脂基体的碳纤维复合材料。研究表明:AG-80/328/F-44树脂基体的碳纤维复合材料刚性较差,韧性较好;当AG-80: 328为1:1时,碳纤维复合材料刚性和韧性均为较佳,其抗拉强度、冲击强度、屈服强度及弯曲强度值分别为825.6MPa、79.22kJ/m2、110.89MPa和1089MPa;其断裂面形貌相对较佳,CF与EP界面基本上无分层现象,而且断口形貌显示为韧性。实验研究了后处理工艺对碳纤维复合材料性能的影响,研究表明:合适的后处理温度对常温固化剂碳纤维复合材料的力学性能具有优化作用;其拉伸性能与断裂形貌均反映适当的后处理工艺能够优化碳纤维复合材料性能。研究比较了相同参数的金属材料螺旋弹簧与碳纤维复合材料螺旋弹簧的物理特性、力学性能及成本。结果表明:碳纤维复合材料螺旋弹簧的重量为金属材料螺旋弹簧重量的1/8倍,碳纤维复合材料螺旋弹簧刚度系数为金属材料螺旋弹簧刚度系数的1/2倍,碳纤维复合材料螺旋弹簧载荷-变形量为金属材料螺旋弹簧载荷-变形量的1/4倍。