一種纖維增強熱塑性樹脂基復合材料汽車輪轂的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬復合材料技術領域，特別是涉及一種纖維增強熱塑性樹脂基復合材料汽車輪轂的制備方法。
【背景技術】
[0002]復合材料具有比強度高、剛度大、可設計性強等特點，采用復合材料制備汽車汽車輪轂，可以大大減重的同時使車輪汽車輪轂具有良好的減震性能和韌性，并改善車輪的強度和安全性，以達到節(jié)能減排的目的。
[0003]2008年，日本的Weds Sports公司推出的概念車上第一次使用了碳纖維輪轂。但還是停留在概念階段。
[0004]2009年，澳大利亞的Carbon Revolut1n公司開發(fā)出了 CR9 “一體式”全碳纖維復合材料輪轂，相比鋁合金輪轂，其重量減輕了 40% -50%，并且首次應用在了 ShelbyUltimate Aero跑車上。Carbon Revolut1n公司首先制備的保時捷911，19x8.5 (前)和19xl2(后)輪轂，使每個角的簧下重量節(jié)省十鎊，帶來了明顯的加速、轉彎和燃油經濟性能。但是目前的碳纖維復合材料輪轂的制備方法一般是采用手工程度較高的成型工藝，使質量控制和產量受到了極大的限制。汽車輪轂的結構不規(guī)則，某些曲面曲率較小，因此常規(guī)的復合材料成型方式成型工藝存在著較多的缺點，如很難批量化生產，較大的人為因素在成型過程中存在，導致質量控制困難。

【發(fā)明內容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種纖維增強熱塑性樹脂基復合材料汽車輪轂的制備方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可通過以下技術方案予以解決:
[0007]一種纖維增強熱塑性樹脂基復合材料汽車輪轂的制備方法，該復合材料汽車輪轂包括輪輻和輪圈，輪圈采用拉擠成型熱塑性復合材料預浸料，包括以下步驟:
[0008]I)所述拉擠成型熱塑性復合材料預浸料的制備:
[0009]所述拉擠成型熱塑性復合材料預浸料是指弧形片狀碳纖維熱塑性預浸料，所述弧形片狀碳纖維熱塑性預浸料的兩側與胎唇座形狀一致；預浸料中碳纖維體積含量為10%?90% ；
[0010]制備過程包括以下步驟:
[0011]a)將碳纖維材料與熱塑性材料在120?350°C條件下進行混合拉擠，獲得預浸料；
[0012]b)將所述預浸料熱定型；
[0013]c)然后冷卻，混合拉擠溫度在大于250攝氏度時，冷卻溫度15?30°C ;混合拉擠溫度在低于250攝氏度時，冷卻溫度O?20°C ;
[0014]d)收卷；即得所述拉擠成型熱塑性復合材料預浸料；
[0015]所述熱定型的過程是將所述預浸料于50?200°C溫度下縱向彎曲，彎曲半徑為30mm?100mm ;預浸料收卷后作為復合材料零部件的預浸材料，其彎曲半徑由復合材料零部件的曲率決定。
[0016]2)輪輻坯料的制備:
[0017]將熱塑性復合材料預浸料在輪輻模具中熱壓成型；
[0018]所述輪輻模具包括上模和下模；上模與下模共同形成的模腔的形狀與輪輻的外形一致；
[0019]將熱塑性復合材料預浸料在輪輻下模鋪層，鋪層完畢合上上模，經熱壓，獲得輪輻坯料；
[0020]3)輪轂的制備:
[0021]將所述輪輻坯料裝配在內模具上，然后將所述拉擠成型熱塑性復合材料預浸料在其上卷繞，再將外模具和內模具閉合，經加熱、快速冷卻、開模和修邊，即得汽車輪轂；所述快速冷卻的速率為I?50°C /min ；
[0022]所述內模具為大端帶有邊沿的圓臺，大端側的錐體上布置與胎唇座形狀一致的凸起；
[0023]所述外模具由三片構成，分別為兩個半圓片和一個與兩個半圓片聯(lián)接的底片，所述外模具的內腔外形與輪轂整體外形一致。
[0024]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術方案:
[0025]如上所述的制備方法，步驟2)中，所述熱壓是指在I?10MPa壓力和100?400°C條件下。
[0026]如上所述的制備方法，步驟3)中，所述加熱溫度為150?350°C。
[0027]如上所述的制備方法，所述混合拉擠在拉擠模具中進行，所述拉擠模具的模腔，進口尺寸大于出口尺寸，從進口到出口形成O?30°的夾角。該夾角的目的是給予預浸料成型過程中足夠的壓力，提高纖維的預浸效果。夾角越大預浸效果越好，所得的纖維體積含量越尚。
[0028]如上所述的制備方法，所述拉擠模具出口的形狀，具有I?10個彎曲結構，彎曲結構的曲率為I?1000。拉擠模具出口決定了復合材料預浸料的結構，其結構主要是由結構件的剖面結構決定的。
[0029]如上所述的制備方法，所述熱定型在熱定型輥上處理，所述熱定型輥的溫度為50?200°C，所述熱定型棍直徑為50mm?5000mm。本發(fā)明中主要針對圓形復雜結構件，因此在成型預浸料時，可以根據不同的結構件直徑選擇圓柱形模具。
[0030]如上所述的制備方法，所述熱塑性復合材料預浸料由熱塑性材料和碳纖維材料組成，碳纖維材料的體積含量為10%?90%。該方法可以根據性能要求制備各種不同規(guī)格的纖維體積含量的預浸料。
[0031]如上所述的制備方法，所述的熱塑性材料為聚醚醚酮、聚醚酮、聚苯硫醚、尼龍、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯或聚醚砜。對于復雜結構的熱塑性復合材料中主要選用成型容易的塑料或是具有很好力學性能的工程塑料。
[0032]如上所述的制備方法，所述碳纖維材料為T300級、T700級或T1000級的連續(xù)絲，或者模量多230GPa的碳纖維連續(xù)絲。
[0033]如上所述的制備方法，所述冷卻和快速冷卻的方式都為水冷。水冷方式便利、效率高、成本低。
[0034]有益效果
[0035]由于采用以上技術方案，本發(fā)明的一種纖維增強熱塑性樹脂基復合材料汽車輪轂的制備方法可以根據復合材料汽車輪轂不同的使用性能要求，方便的改變樹脂、纖維和成型工藝條件，更重要的是該方法可以對復雜的汽車輪轂實現(xiàn)批量化生產，降低生產成本，使復合材料廣泛應用于民用領域，極大的促進復合材料在汽車輕量化中的應用。
【附圖說明】
[0036]圖1本發(fā)明中預浸料展開形狀圖；
[0037]圖2本發(fā)明中卷繞輥和熱定型輥示意圖；
[0038]圖3本發(fā)明中預浸料經熱定型輥、冷輥和卷繞輥示意圖；
[0039]圖4本發(fā)明中拉擠模具?？谑疽鈭D；
[0040]圖5本發(fā)明中預浸料拉擠模具剖面圖；
[0041]圖6為本發(fā)明的汽車輪轂結構示意圖。
【具體實施方式】
[0042]下面根據附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明作進一步說明:
[0043]實施例1
[0044]一種纖維增強熱塑性樹脂基復合材料汽車輪轂的制備方法，該復合材料汽車輪轂包括輪輻和輪圈，輪圈采用拉擠成型熱塑性復合材料預浸料，如圖1所示，包括以下步驟:
[0045]I)所述拉擠成型熱塑性復合材料預浸料的制備:
[0046]所述拉擠成型熱塑性復合材料預浸料是指弧形片狀碳纖維熱塑性預浸料，所述弧形片狀碳纖維熱塑性預浸料的兩側與胎唇座形狀一致；預浸料中碳纖維體積含量為10% ;
[0047]制備過程包括以下步驟:
[0048]a)將碳纖維材料為T300級的連續(xù)絲與聚醚醚酮在340°C條件下進行混合拉擠，獲得預浸料，混合拉擠在拉擠模具中進行，拉擠模具的模腔，進口尺寸大于出口尺寸，從進口到出口形成0°的夾角，拉擠模具出口的形狀，具有10個彎曲結構，彎曲結構的曲率為100 ；
[0049]b)將預浸料在熱定型輥上處理，所述熱定型輥的溫度為50°C，熱定型輥直徑為50mm，熱定型棍的轉速為10mm/min ；
[0050]c)然后用水冷卻，冷卻溫度20°C ;
[0051]d)收卷；即得拉擠成型熱塑性復合材料預浸料；
[0052]所述熱定型的過程是將所述預浸料于50°C溫度下縱向彎曲，彎曲半徑為30mm ;
[0053]2)輪輻坯料的制備: