高強度輕量復合材料片簧及其制造方法技術

一種復合材料片簧，包括由定向內嵌于該復合材料片簧基質內的纖維加強的熱塑性基質材料。長久以來，車輛制造商一直致力于減輕車輛重量，以達到提高燃油經濟性，提高有效載荷能力，增加汽車、卡車、多用途車輛及休閑用車的駕駛及操控特性的目的。大部分車輛的懸架系統使用鋼板彈簧作為承載及蓄能裝置。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】高強度輕量復合材料片簧及其制造方法
本專利技術總體涉及片簧，尤其涉及用于汽車及卡車懸架系統等應用中的復合材料片簧及該片簧的制造方法。
技術介紹
長久以來，車輛制造商一直致力于減輕車輛重量，以達到提高燃油經濟性，提高有效載荷能力，增加汽車、卡車、多用途車輛及休閑用車的駕駛及操控特性的目的。大部分車輛的懸架系統使用鋼板片簧作為承載及蓄能裝置。雖然鋼板片簧除能用作蓄能裝置，還具有可用作附接件和/或結構件的優點，但是與其他類型彈簧相比，鋼板片簧每單位質量的蓄能容量極為低效。鋼板片簧具有較為沉重、噪音較大、且可發生腐蝕的本質特點。因此，在安裝及減振要求中需額外考慮鋼板片簧的重量。例如，在使用鋼板片簧時，通常需要使用減振器，以在操作條件下控制片簧的質量。因此，需要其他每單位質量能量較高從而可實現較為輕質的組件結構的片簧。
技術實現思路
根據本文所述的各個方面，提供一種復合材料片簧，其包括由定向內嵌于該復合材料片簧基質內的纖維加強的熱塑性基質材料。附圖說明圖1為根據實施方式帶有平坦第二級葉片的混合型復合材料片簧組件示意圖。圖2為圖1所示混合型復合材料片簧的第一級葉片剖視圖。圖3為根據實施方式包括鋼制主葉片以及平坦復合材料第二級負載葉片的復合材料片簧組件的另一種結構示意圖。圖3A為根據實施方式包括鋼制主葉片以及曲形復合材料第二級負載葉片的另一復合材料片簧組件結構示意圖。圖4為根據實施方式包括一體成型附接吊耳的全復合材料片簧立體示意圖。圖5為根據實施方式作為懸架控制臂及彈簧且圖示為斜上安裝方式的根據實施方式的復合材料懸架控制臂部分立體示意圖。圖5A為根據實施方式的橫向安裝全復合材料片簧示意圖。圖6為使用根據實施方式包括作為后軸定位件的層壓制件的具有另一結構的復合材料片簧的后懸架懸臂梁組件的部分立體圖。圖7為使用根據實施方式包括作為后軸定位件的層壓制件的另一結構復合材料片簧的后懸架懸臂梁組件立體圖。圖8為使用根據實施方式包括作為后軸定位件的層壓制件的另一結構復合材料片簧的后懸架懸臂梁組件側視圖。圖9通過圖9A-圖9E示出五種片簧的側視圖，具體而言，圖9A所示為標準片簧；圖9B所示為根據實施方式的吊耳安裝式彈簧；圖9C所示為根據實施方式的錐形端部滑動彈簧；圖9D所示為根據實施方式的漸進式彈簧；圖9E所示為根據實施方式的掛車彈簧。圖10為根據實施方式包括形成錐形形貌的疊置連續層體的復合材料片簧示意圖。圖11為根據實施方式的復合材料片簧示意圖，其所示為將連續層體，例如圖10所示層體加熱固結后得到的錐形彈簧結構。圖12為根據實施方式包括繞折連續層體的復合材料片簧示意圖。圖13為根據實施方式包括繞折連續層體、附接吊耳及嵌件的復合材料片簧示意圖。圖14為根據實施方式包括連續層體、附接吊耳、以及嵌件且圖示為由所述層體加熱固結所得到的彎曲結構的復合材料片簧示意圖。圖15為根據實施方式的復合材料片簧示意圖，其所示為將繞折層體加熱固結后得到的錐形彈簧結構。圖16為根據實施方式包括平坦纖維加強型復合材料第二級葉片的多葉片彈簧立體示意圖。需要注意的是，雖然其中第一級葉片結構圖示為具有三個板體，然而根據需要，還可使用更多或更少的板體。圖17為根據實施方式包括曲形纖維加強型復合材料第二級葉片的多葉片彈簧立體示意圖。需要注意的是，雖然其中第一級葉片結構圖示為具有三個板體，然而根據需要，還可使用更多或更少的板體。圖18為一種根據實施方式包括混合型葉片、金屬主葉片以及纖維加強型熱塑性材料包覆層的復合材料片簧立體示意圖。圖19通過圖19A和圖19B示意性地示出了一種根據實施方式包括本文所公開纖維加強型聚合物(FRP)熱塑性材料且尤其示為通過彎曲形式致動的懸臂結構。圖20通過圖20A和圖20B示意性地示出了根據實施方式的浮動懸臂結構。圖21為根據實施方式的多連鎖復合材料葉片組件示意圖。圖22為根據實施方式的另一多連鎖復合材料葉片組件示意圖。圖23為根據實施方式的另一多連鎖復合材料葉片組件示意圖。圖24為根據實施方式的完全橫向葉片示意圖。圖25通過圖25A和圖25B示意性地示出了根據實施方式具有用作懸臂彈簧的上臂的復合材料葉片組件。圖26為根據實施方式使用可由圖27中纖維加強型聚合物(FRP)熱塑性復合材料片簧/組件替代的卷簧的乘用車后懸架子組件結構示意圖。圖27為根據實施方式包括所述纖維加強型聚合物(FRP)熱塑性復合材料片簧/組件的后懸架子組件結構示意圖。圖28為所述纖維加強型聚合物(FRP)熱塑性復合材料片簧/組件的曲形實施方式。圖29為本專利技術實施方式測試時的蠕變應變–時間圖。圖30為本專利技術實施方式測試時的拉伸強度(Psi)圖。圖31為本專利技術實施方式測試時的楊氏模量圖。圖32為本專利技術實施方式測試時的另一拉伸強度(Psi)圖。圖33為本專利技術實施方式測試時的另一楊氏模量圖。圖34為本專利技術實施方式測試時的壓縮強度圖。圖35為本專利技術實施方式測試時的壓縮模量圖。圖36為本專利技術實施方式測試時的另一壓縮強度圖。圖37為本專利技術實施方式測試時的另一壓縮模量圖。圖38為本專利技術實施方式測試時的面內剪切強度圖。圖39為本專利技術實施方式測試時的面內剪切模量圖。圖40為本專利技術實施方式測試時的層間剪切強度圖。圖41為根據本專利技術實施方式的樣本1蠕變應變–時間圖。圖42為根據本專利技術實施方式的樣本2蠕變應變–時間圖。圖43為本專利技術實施方式測試時的應力–應變圖。具體實施方式專利技術人已確定，本文所公開的由纖維加強型聚合物(FRP)材料，尤其由纖維加強型熱塑性材料組成的復合材料片簧可提供例如遠高于傳統鋼板片簧的每單位質量蓄能，從而實現遠輕于傳統鋼板片簧的組件。此外，本文公開的所述纖維加強型復合材料片簧及組件所傳噪聲低于鋼板片簧，而且操作條件下維持控制所需的減振力更小。因此，根據實施方式，用于制造其聚合物復合材料和/或復合材料層的所述聚合物基質包括熱塑性基質材料。內嵌于所述聚合物基質材料中以形成所述熱塑性復合材料的顆粒或纖維可包括，但不限于：內嵌于所述聚合物基質材料中以形成所述聚合物復合材料的碳、玻璃、纖維、芳綸纖維、上述的各種組合等。除了上述顆粒和纖維，鐵微粒也可加入本文所公開的所述復合材料中。通過這種方式，形成所述復合材料層的上述層體便可通過感應加熱而粘接和/或固化于一起。根據實施方式，纖維加強型熱塑性復合材料片簧通?？砂崴苄曰|材料、高強度加強纖維以及其他加強材料的組合。所述熱塑性基質材料可包括任何具有適合所述用途的熱塑性質的材料或材料組合，包括但不限于：可使所生成復合材料具有耐火特性的聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰胺(尼龍)、聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、以及其他熱塑性聚合物及其組合。所述聚合物基質材料可優選采用較高分子量的聚乙烯，例如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和高密度交聯聚乙烯(HDXLPE)。在一些低性能應用中，也可使用其它聚乙烯，如交聯聚乙烯(PEX或XLPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、線型低密度聚乙烯(LLDPE)以及極低密度聚乙烯(VLDPE)。根據產品板材預定使用目的中的物理特性要求，熱塑性材料的重量含量可在大范圍內變動。復合材料可包含占熱塑性基質材料與纖維總重量約50％重量百分比至約15％重量百分比的熱塑性基質，更優選為約40％重量百分比本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合材料片簧，其特征在于，包括由定向內嵌于該復合材料片簧基質內的纖維加強的熱塑性基質材料。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.03.15 US 61/788,8001.一種復合材料片簧，其特征在于，包括由定向內嵌于該復合材料片簧基質內的纖維加強的熱塑性基質材料且所述復合材料片簧通過加熱固化加強，其中，所述熱塑性基質包括由玻璃纖維加強的聚丙烯基質，所述復合材料片簧設為在所述纖維的拉伸下根據ASTM標準試驗方法D695實現至少32000psi的纖維向抗壓強度，且所述復合材料片簧包括一曲形部分。2.如權利要求1所述的復合材料片簧，其特征在于，所述復合材料片簧包括：長形第一級葉片元件，具有壓縮面、相對拉伸面以及至少一個用于將該第一級葉片附接至車架上的附接部分，其中，所述長形第一級葉片元件包括由定向內嵌于所述基質內的所述纖維加強的所述熱塑性基質材料。3.一種包括權利要求2所述的復合材料片簧的組件，其特征在于，所述車架為機動車輛車架。4.如權利要求2所述的復合材料片簧，其特征在于，所述長形第一級葉片元件為曲形元件。5.如權利要求4所述的復合材料片簧，其特征在于，還包括嵌件。6.如權利要求2所述的復合...

【專利技術屬性】
技術研發人員：喬納森·斯皮格爾，本杰明·D·皮培爾，愛德華·D·皮培爾，邁克爾·戈登，
申請(專利權)人：高登控股有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US