本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料彈簧成型工藝的研究

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【摘要】：彈簧作為一種基礎(chǔ)零件被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中,但目前采用傳統(tǒng)金屬制造的彈簧質(zhì)量大、性能的提升逐漸達(dá)到瓶頸。而碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料比強(qiáng)度高、密度低、耐腐蝕和耐疲勞性能優(yōu)異,是未來高性能材料的發(fā)展趨勢。本文首先對復(fù)合材料彈簧的環(huán)氧樹脂基體進(jìn)行配方的設(shè)計(jì)優(yōu)化,通過對樹脂基體力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)確定了環(huán)氧樹脂、固化劑、稀釋劑的種類和配比。其次,采用模壓法制備復(fù)合材料彈簧棒材并結(jié)合彈簧棒材的受力,探究加捻工藝對復(fù)合材料彈簧芯棒性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。最后,探究了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料彈簧的制備工藝并結(jié)合彈簧的受力情況采用彈簧芯棒纏繞碳纖維加強(qiáng)層的方法對彈簧進(jìn)行強(qiáng)化,研究碳纖維加強(qiáng)層編織角度以及編織層數(shù)對復(fù)合材料彈簧性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用芳香族胺固化劑能獲得拉伸強(qiáng)度更高的環(huán)氧樹脂基體。復(fù)配環(huán)氧樹脂能有效的發(fā)揮樹脂之間的協(xié)同作用,獲得綜合性能優(yōu)異的環(huán)氧樹脂基體。E-44環(huán)氧樹脂有較高的拉伸強(qiáng)度而AG-80環(huán)氧樹脂有著優(yōu)秀的剪切強(qiáng)度,往AG-80環(huán)氧樹脂中添加E-44能夠保持較強(qiáng)的剪切強(qiáng)度的同時(shí)獲得拉伸強(qiáng)度的提升。當(dāng)mAG-80:mE-44=60:40時(shí)樹脂基體有著最優(yōu)異的力學(xué)性能,此時(shí),樹脂基體拉伸強(qiáng)度達(dá)到相比于純E-44環(huán)氧樹脂和純AG-80環(huán)氧樹脂分別提升了11.69%和34.38%。而活性稀釋劑的加入能增加樹脂基體的沖擊韌性,雖然掃描電鏡分析表明,稀釋劑的添加并不能使環(huán)氧樹脂基體轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性材料,但是當(dāng)稀釋劑的添加量為15/100時(shí),樹脂基體沖擊韌性提高了43.69%。綜合分析確定以下樹脂基體的配方為mAG-80:mE-44:m稀釋劑:m固化劑=60:40:15:25,此時(shí),剪切強(qiáng)度達(dá)到了127MPa,沖擊韌性達(dá)到了46.7 KJm-2,拉伸強(qiáng)度為79MPa。碳纖維適當(dāng)加捻能提高復(fù)合材料致密度的同時(shí)降低孔隙率。但是,捻度太大,反而不利于復(fù)合材料致密度的提升。當(dāng)捻度為20n/m時(shí),致密度最大為71.4%而孔隙率為0.293%。同時(shí),采用模壓法制備了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料棒材,研究加捻工藝對復(fù)合材料棒材性能的影響。在一定的捻度范圍內(nèi),隨著捻度的增大,棒材的拉伸強(qiáng)度逐漸增大,但如果超過了捻度臨界值,其拉伸強(qiáng)度反而下降。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),適當(dāng)?shù)哪矶扔欣跇渲c碳纖維的充分浸潤,改善樹脂與碳纖維的界面性能,從而提高復(fù)合材料棒材的拉伸性能。當(dāng)捻度為20n/m時(shí),拉伸強(qiáng)度最大為1521.5MPa,比未加捻時(shí)強(qiáng)度提高了有11.4%,斷裂延伸率提高了9%;通過模壓法制備了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料彈簧,研究編織工藝對復(fù)合材料彈簧性能的影響。研究表明:碳纖維加強(qiáng)層編織角度對復(fù)合材料彈簧的性能有著至關(guān)重要的影響,當(dāng)編織角度為45°時(shí),所制備的彈簧有著最優(yōu)秀的彈簧常數(shù)。碳纖維加強(qiáng)層為偶數(shù)層時(shí),彈簧常數(shù)明顯好于奇數(shù)層,本次實(shí)驗(yàn)當(dāng)加強(qiáng)層數(shù)為4時(shí),有著最好的彈簧常數(shù);復(fù)合材料彈簧的密度,隨著加強(qiáng)層數(shù)的增大逐步穩(wěn)定在1.74g/cm3左右。
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33

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本文編號：1196706