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2015-01-03 06:36:36樊凱丁智平張亞新李再軻呂文麗
汽車實(shí)用技術(shù) 2015年2期
樊凱，丁智平，張亞新，李再軻，呂文麗
（1．湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖南 株洲 412007；2.湖南株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）
汽車復(fù)合材料板彈簧單向?qū)訅喊宓男阅苎芯?/p>
樊凱1,2，丁智平1，張亞新2，李再軻2，呂文麗2
（1．湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖南 株洲 412007；2.湖南株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）
本文研究了復(fù)合材料板彈簧用層壓板的基本力學(xué)性能、耐高低溫性能和耐油性能。結(jié)果表明：復(fù)合材料層壓板的性能滿足板彈簧實(shí)際工況的要求。復(fù)合材料層壓板的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為1120MPa和1329MPa，復(fù)合材料層壓板的拉伸強(qiáng)度在-40℃環(huán)境下保留率為94.15%，70℃環(huán)境下保留率為98%。復(fù)合材料層壓板的彎曲強(qiáng)度在機(jī)油、93＃汽油和0＃柴油中浸泡90天后的變化率分別為-3.25%、-2.99%和-2.05%。
板彈簧；復(fù)合材料層合板；力學(xué)性能；耐高低溫；耐油
CLC NO.: U465.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-15-03
前言
目前，全球的能源緊張、環(huán)境污染等問題，迫使人們想方設(shè)法來實(shí)現(xiàn)車輛的輕質(zhì)化以減少油耗、保護(hù)環(huán)境。鋼板彈簧作為汽車懸架系統(tǒng)的一部分，其在車體自重中所占比例約為1/15～1/10[1]，如果使用復(fù)合材料，其質(zhì)量可減輕60%～70%[2]。此外，復(fù)合材料的模量小、比重輕、比強(qiáng)度高、抗疲勞性能好，可提高駕駛的舒適性、穩(wěn)定性及耐用性[3]。
美國于1981年利用纏繞技術(shù)成功制備出了玻纖復(fù)合材料板彈簧；英國GKN公司生產(chǎn)的復(fù)合材料板彈簧也已成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化；德、日、法等國也都對復(fù)合材料板彈簧開展了大量的基礎(chǔ)性研究工作[4]。目前，我國還沒有關(guān)于汽車復(fù)合材料板彈簧產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)報(bào)道，關(guān)于汽車復(fù)合材料板彈簧的研究還處于初步的探索與試驗(yàn)階段。復(fù)合材料板彈簧的制造更多的利用了層壓工藝，具有生產(chǎn)速度快、產(chǎn)品致密度高、質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，復(fù)合材料層壓板的性能直接決定了復(fù)合材料板彈簧性能的好壞。本文主要對某型號汽車復(fù)合材料層壓板進(jìn)行了力學(xué)性能研究，同時考慮到復(fù)合材料板彈簧在實(shí)際運(yùn)行過程中受高低溫環(huán)境和各種油類化學(xué)介質(zhì)的影響，對層壓板的耐高低溫性能和耐油性能進(jìn)行了研究。
1、試驗(yàn)部分
1.1 原材料
樹脂：工業(yè)級，雙酚A型環(huán)氧樹脂，環(huán)氧值為0.51～ 0.54,淡黃色粘稠液體，Huntsman有限公司；增強(qiáng)材料：工業(yè)級，單向E玻璃纖維，重慶國際有限公司；促進(jìn)劑：DMP-30，工業(yè)級， 由上海三愛思試劑有限公司生產(chǎn)；胺類固化劑：IPDA，化學(xué)純99%，來自北京豐特斯化工材料有限公司。
1.2 復(fù)合材料層壓板的制備
首先將玻璃纖維和樹脂基體制備成預(yù)浸料。預(yù)浸料由纖維增強(qiáng)材料和樹脂基體材料通過熱熔法制備而成。其中樹脂基體由環(huán)氧樹脂、IPDA固化劑和DMP-30促進(jìn)劑組成，其添加比例為100:25:1。具體制備過程是將充分混合的樹脂基體加熱到80℃，使樹脂基體熔融。然后從紗架引出纖維，調(diào)節(jié)張力，使纖維嵌入樹脂基體中，之后經(jīng)過冷卻、加PE膜、切邊和收卷制成預(yù)浸料，制備的每塊預(yù)浸料的厚度為2mm。
然后采用層壓工藝成型將預(yù)浸料制備成復(fù)合材料層壓板。具體過程是將制備成的預(yù)浸料裁剪為360mm×360mm的大小共6塊，然后將裁剪完的預(yù)浸料依次平鋪在模具上，鋪層時應(yīng)注意保證預(yù)浸料中間無間隙、無空隙、纖維走向均勻、平齊。按照90℃/1h+125℃/1h的固化制度固化，成型壓力為10MPa。
1.3 測試和表征
1.3.1 拉伸性能[5]
采用JYT-19CMT 5305微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測量，根據(jù)GB/T 1447-2005 纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能測試方法進(jìn)行拉伸性能測試，試樣規(guī)格為250mm×25mm×2mm，實(shí)驗(yàn)加載速度為2mm/min。每組拉伸樣品取五個樣，結(jié)果取平均值。
1.3.2 彎曲性能
采用JYW-67GP-TS 2000S電子萬能試驗(yàn)機(jī)測量，根據(jù)GB/T 1449-2005 纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能測試方法進(jìn)行彎曲性能測試，試樣規(guī)格為100mm×15mm×4mm，實(shí)驗(yàn)加載速度為2mm/min。每組彎曲樣品取五個樣，結(jié)果取平均值。
1.3.3 高低溫力學(xué)性能測試[6-8]
采用JYT-19CMT 5305微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測量，根據(jù)GB/T 9979-2005纖維增強(qiáng)塑料高低溫力學(xué)性能方法進(jìn)行高低溫力學(xué)性能測試。試樣放置于70℃及-40℃環(huán)境下30min，從環(huán)境箱取出后6min內(nèi)完成力學(xué)性能試驗(yàn)。
1.3.4 耐油性能測試
采用JYT-19CMT 5305微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測量，根據(jù)GB/T 1690-2006纖維增強(qiáng)塑料高低溫力學(xué)性能方法進(jìn)行高低溫力學(xué)性能測試。將復(fù)合材料板彈簧層壓板分別浸泡在機(jī)油、93＃汽油和0＃柴油中30d，60d和90d，取出后按標(biāo)準(zhǔn)制成試樣測試其彎曲性能。
2、結(jié)果與討論
2.1 復(fù)合材料層壓板的力學(xué)性能
復(fù)合材料層壓板的基本力學(xué)性能直接決定了板彈簧在使用的過程中性能的好壞，因此本文對復(fù)合材料層壓板的基本力學(xué)性能進(jìn)行了分析。其中復(fù)合材料層壓板的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖和三點(diǎn)彎曲載荷下復(fù)合材料層壓板的載荷-位移曲線圖分別如圖1和2所示。取平均值可知復(fù)合材料層壓板在常溫環(huán)境下的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別為1220MPa和46.3GPa，彎曲強(qiáng)度和彎曲模量分別為1329MPa和43.47GPa。目前復(fù)合材料板彈簧用于替代鋼板簧，優(yōu)質(zhì)合金鋼的斷裂強(qiáng)度一般在1000MPa～1300MPa，由測試結(jié)果可知層壓板的基本力學(xué)性能滿足板彈簧的產(chǎn)品性能要求。復(fù)合材料層壓板表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能是因?yàn)椴ＡЮw維增強(qiáng)體本身力學(xué)性能優(yōu)異，所選用的環(huán)氧樹脂基體交聯(lián)密度高[9]，同時環(huán)氧樹脂與玻璃纖維具有良好的浸潤性，優(yōu)異的黏結(jié)性能提高了復(fù)合材料的密實(shí)度，層與層之間的空隙少，這些特征都賦予了復(fù)合材料層壓板優(yōu)異的力學(xué)性能[10]。
2.2 復(fù)合材料層壓板的高低溫力學(xué)性能
由于板彈簧在實(shí)際運(yùn)行過程中長期暴露于大自然環(huán)境中，自然環(huán)境中的溫度變化范圍大，因此本文對單向復(fù)合材料層壓板的高低溫拉伸性能進(jìn)行了研究，主要取板彈簧在使用過程中的兩個極值溫度：-40℃和70℃。其中優(yōu)選復(fù)合材料層壓板的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3所示。-40℃環(huán)境下復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別為1050.99MPa和43.46GPa；70℃環(huán)境下復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別為1093.88MPa和44.74GPa。
從復(fù)合材料層壓板的高低溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)可以看出，橫向拉伸強(qiáng)度在-40℃環(huán)境下保留率為94.15%，在70℃環(huán)境下保留率為98%。根據(jù)復(fù)合材料層壓板的性能要求，高低溫前后試樣拉伸強(qiáng)度保留率大于80%，由測試結(jié)果可知復(fù)合材料層壓板的高低溫力學(xué)性能滿足在板彈簧在實(shí)際工況中的應(yīng)用。復(fù)合材料具有優(yōu)異耐高低溫性能是由于復(fù)合材料的拉伸性能主要取決于纖維增強(qiáng)體的力學(xué)性能，而玻璃纖維用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料，最大的特征是抗拉強(qiáng)度大，所以復(fù)合材料層壓板的高低溫拉伸強(qiáng)度變化不大。
2.3 板彈簧層壓板的耐油性能
由于板彈簧在實(shí)際運(yùn)行過程中會接觸到各種汽車行業(yè)的油類介質(zhì)，因此本文對復(fù)合材料板彈簧層壓板的耐油性能進(jìn)行了研究，主要選用板彈簧在使用過程中最常接觸到的機(jī)油、93＃汽油和0＃柴油三種油類介質(zhì)。將復(fù)合材料板彈簧層壓板分別浸泡在機(jī)油、93＃汽油和0＃柴油中30d，60d和90d，取出后按標(biāo)準(zhǔn)制成試樣測試其彎曲性能。復(fù)合材料層壓板在油類介質(zhì)浸泡后的彎曲強(qiáng)度 (σf) 和彎曲模量 (Ef) 如表1所示。
從復(fù)合材料層壓板的耐油性能數(shù)據(jù)可以看出，復(fù)合材料層壓板在機(jī)油、93＃汽油和0＃柴油中浸泡后彎曲性能變化不大。復(fù)合材料層壓板的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量在機(jī)油中浸泡90d后的變化率分別為-3.25%和-8.14%，93＃汽油中浸泡90d后的變化率分別為-2.99%和2.32%，0＃柴油中浸泡90d后的變化率分別為-2.05%和-3.4%。根據(jù)復(fù)合材料層壓板的性能要求，油類化學(xué)介質(zhì)浸泡前后試樣彎曲強(qiáng)度和彎曲模量的變化率不能超過20%，由測試結(jié)果可知復(fù)合材料板彈簧層壓板的耐油性能滿足在板彈簧在實(shí)際工況中的應(yīng)用。復(fù)合材料層壓板表現(xiàn)出優(yōu)異的耐油性能是由于層壓板使用的環(huán)氧樹脂基體與玻璃纖維有很好的界面結(jié)合能力，使復(fù)合材料層壓板的粘合性能優(yōu)異，層與層之間緊密的結(jié)合使復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異力學(xué)性能的同時使油脂分子也難以進(jìn)入層壓板中。
表1 復(fù)合材料層壓板的耐油性能
3、結(jié)論
對某型號復(fù)合材料板彈簧的層壓板的性能進(jìn)行了研究，其拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為1220MPa和1329MPa。
復(fù)合材料層壓板的拉伸強(qiáng)度在-40℃環(huán)境下的保留率為94.15%，70℃環(huán)境下的保留率為98%，高低溫試樣拉伸強(qiáng)度保留率都大于80%，由測試結(jié)果可知復(fù)合材料層壓板的高低溫力學(xué)性能滿足在板彈簧在實(shí)際工況中的應(yīng)用。
復(fù)合材料層壓板的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量在機(jī)油中浸泡90d后的變化率分別為-3.25%和-8.14%，93＃汽油中浸泡90d后的變化率分別為-2.99%和2.32%，柴油中浸泡90d后的變化率分別為-2.05%和-3.4%，在三種油類化學(xué)介質(zhì)中浸泡前后復(fù)合材料板彈簧層壓板的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量的變化率均不超過20%，由測試結(jié)果可知復(fù)合材料板彈簧層壓板的耐油性能滿足在板彈簧的產(chǎn)品性能要求。
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Analysis of Laminate Used for the Composite Leaf Spring in the Automobile
Fan Kai1,2, Ding Zhiping1, Zhang Yaxin2, Li Zaike2, Lv Wenli2
(1. School of Mechanical Engineering, Hunan University of Technoligy, Hunan Zhuzhou 412007; 2. Zhuzhou Times New Material Technology Co. Ltd., Hunan Zhuzhou 412007)
This work focus on the mechanical properties，the resistance to high-low temperature and oil performance of the composite laminate for manufacturing leaf spring. It indicates that the performance of the composite laminate meet the working condition requirements of the leaf spring. The tensile strength and flexural strength of the composite laminate were 1120MPa and 1329MPa, respectively. The retention rate of tensile strength of the composite laminate was 94.15% at -40℃ and 98% at 70℃, respectively. After socked 90 days, the rate of change of flexural strength was -3.25% in engine oil, -2.99% in 93＃ gasoline and -2.05% in 0＃ diesel oil, respectively.
Leaf spring; Composite laminate; mechanical properties; high-low temperature resistance; oil resistance
U465.6
A
1671-7988(2015)02-15-03
樊凱，碩士研究生，就職于株洲時代新材料科技股份有限公司，主要從事現(xiàn)代機(jī)械強(qiáng)度理論的應(yīng)用與研究。
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樊凱，丁智平，張亞新，李再軻，呂文麗
（1．湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖南 株洲 412007；2.湖南株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）
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樊凱1,2，丁智平1，張亞新2，李再軻2，呂文麗2
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板彈簧；復(fù)合材料層合板；力學(xué)性能；耐高低溫；耐油
CLC NO.: U465.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-15-03
前言
目前，全球的能源緊張、環(huán)境污染等問題，迫使人們想方設(shè)法來實(shí)現(xiàn)車輛的輕質(zhì)化以減少油耗、保護(hù)環(huán)境。鋼板彈簧作為汽車懸架系統(tǒng)的一部分，其在車體自重中所占比例約為1/15～1/10[1]，如果使用復(fù)合材料，其質(zhì)量可減輕60%～70%[2]。此外，復(fù)合材料的模量小、比重輕、比強(qiáng)度高、抗疲勞性能好，可提高駕駛的舒適性、穩(wěn)定性及耐用性[3]。
美國于1981年利用纏繞技術(shù)成功制備出了玻纖復(fù)合材料板彈簧；英國GKN公司生產(chǎn)的復(fù)合材料板彈簧也已成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化；德、日、法等國也都對復(fù)合材料板彈簧開展了大量的基礎(chǔ)性研究工作[4]。目前，我國還沒有關(guān)于汽車復(fù)合材料板彈簧產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)報(bào)道，關(guān)于汽車復(fù)合材料板彈簧的研究還處于初步的探索與試驗(yàn)階段。復(fù)合材料板彈簧的制造更多的利用了層壓工藝，具有生產(chǎn)速度快、產(chǎn)品致密度高、質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，復(fù)合材料層壓板的性能直接決定了復(fù)合材料板彈簧性能的好壞。本文主要對某型號汽車復(fù)合材料層壓板進(jìn)行了力學(xué)性能研究，同時考慮到復(fù)合材料板彈簧在實(shí)際運(yùn)行過程中受高低溫環(huán)境和各種油類化學(xué)介質(zhì)的影響，對層壓板的耐高低溫性能和耐油性能進(jìn)行了研究。
1、試驗(yàn)部分
1.1 原材料
樹脂：工業(yè)級，雙酚A型環(huán)氧樹脂，環(huán)氧值為0.51～ 0.54,淡黃色粘稠液體，Huntsman有限公司；增強(qiáng)材料：工業(yè)級，單向E玻璃纖維，重慶國際有限公司；促進(jìn)劑：DMP-30，工業(yè)級， 由上海三愛思試劑有限公司生產(chǎn)；胺類固化劑：IPDA，化學(xué)純99%，來自北京豐特斯化工材料有限公司。
1.2 復(fù)合材料層壓板的制備
首先將玻璃纖維和樹脂基體制備成預(yù)浸料。預(yù)浸料由纖維增強(qiáng)材料和樹脂基體材料通過熱熔法制備而成。其中樹脂基體由環(huán)氧樹脂、IPDA固化劑和DMP-30促進(jìn)劑組成，其添加比例為100:25:1。具體制備過程是將充分混合的樹脂基體加熱到80℃，使樹脂基體熔融。然后從紗架引出纖維，調(diào)節(jié)張力，使纖維嵌入樹脂基體中，之后經(jīng)過冷卻、加PE膜、切邊和收卷制成預(yù)浸料，制備的每塊預(yù)浸料的厚度為2mm。
然后采用層壓工藝成型將預(yù)浸料制備成復(fù)合材料層壓板。具體過程是將制備成的預(yù)浸料裁剪為360mm×360mm的大小共6塊，然后將裁剪完的預(yù)浸料依次平鋪在模具上，鋪層時應(yīng)注意保證預(yù)浸料中間無間隙、無空隙、纖維走向均勻、平齊。按照90℃/1h+125℃/1h的固化制度固化，成型壓力為10MPa。
1.3 測試和表征
1.3.1 拉伸性能[5]
采用JYT-19CMT 5305微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測量，根據(jù)GB/T 1447-2005 纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能測試方法進(jìn)行拉伸性能測試，試樣規(guī)格為250mm×25mm×2mm，實(shí)驗(yàn)加載速度為2mm/min。每組拉伸樣品取五個樣，結(jié)果取平均值。
1.3.2 彎曲性能
采用JYW-67GP-TS 2000S電子萬能試驗(yàn)機(jī)測量，根據(jù)GB/T 1449-2005 纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能測試方法進(jìn)行彎曲性能測試，試樣規(guī)格為100mm×15mm×4mm，實(shí)驗(yàn)加載速度為2mm/min。每組彎曲樣品取五個樣，結(jié)果取平均值。
1.3.3 高低溫力學(xué)性能測試[6-8]
采用JYT-19CMT 5305微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測量，根據(jù)GB/T 9979-2005纖維增強(qiáng)塑料高低溫力學(xué)性能方法進(jìn)行高低溫力學(xué)性能測試。試樣放置于70℃及-40℃環(huán)境下30min，從環(huán)境箱取出后6min內(nèi)完成力學(xué)性能試驗(yàn)。
1.3.4 耐油性能測試
采用JYT-19CMT 5305微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測量，根據(jù)GB/T 1690-2006纖維增強(qiáng)塑料高低溫力學(xué)性能方法進(jìn)行高低溫力學(xué)性能測試。將復(fù)合材料板彈簧層壓板分別浸泡在機(jī)油、93＃汽油和0＃柴油中30d，60d和90d，取出后按標(biāo)準(zhǔn)制成試樣測試其彎曲性能。
2、結(jié)果與討論
2.1 復(fù)合材料層壓板的力學(xué)性能
復(fù)合材料層壓板的基本力學(xué)性能直接決定了板彈簧在使用的過程中性能的好壞，因此本文對復(fù)合材料層壓板的基本力學(xué)性能進(jìn)行了分析。其中復(fù)合材料層壓板的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖和三點(diǎn)彎曲載荷下復(fù)合材料層壓板的載荷-位移曲線圖分別如圖1和2所示。取平均值可知復(fù)合材料層壓板在常溫環(huán)境下的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別為1220MPa和46.3GPa，彎曲強(qiáng)度和彎曲模量分別為1329MPa和43.47GPa。目前復(fù)合材料板彈簧用于替代鋼板簧，優(yōu)質(zhì)合金鋼的斷裂強(qiáng)度一般在1000MPa～1300MPa，由測試結(jié)果可知層壓板的基本力學(xué)性能滿足板彈簧的產(chǎn)品性能要求。復(fù)合材料層壓板表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能是因?yàn)椴ＡЮw維增強(qiáng)體本身力學(xué)性能優(yōu)異，所選用的環(huán)氧樹脂基體交聯(lián)密度高[9]，同時環(huán)氧樹脂與玻璃纖維具有良好的浸潤性，優(yōu)異的黏結(jié)性能提高了復(fù)合材料的密實(shí)度，層與層之間的空隙少，這些特征都賦予了復(fù)合材料層壓板優(yōu)異的力學(xué)性能[10]。
2.2 復(fù)合材料層壓板的高低溫力學(xué)性能
由于板彈簧在實(shí)際運(yùn)行過程中長期暴露于大自然環(huán)境中，自然環(huán)境中的溫度變化范圍大，因此本文對單向復(fù)合材料層壓板的高低溫拉伸性能進(jìn)行了研究，主要取板彈簧在使用過程中的兩個極值溫度：-40℃和70℃。其中優(yōu)選復(fù)合材料層壓板的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3所示。-40℃環(huán)境下復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別為1050.99MPa和43.46GPa；70℃環(huán)境下復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別為1093.88MPa和44.74GPa。
從復(fù)合材料層壓板的高低溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)可以看出，橫向拉伸強(qiáng)度在-40℃環(huán)境下保留率為94.15%，在70℃環(huán)境下保留率為98%。根據(jù)復(fù)合材料層壓板的性能要求，高低溫前后試樣拉伸強(qiáng)度保留率大于80%，由測試結(jié)果可知復(fù)合材料層壓板的高低溫力學(xué)性能滿足在板彈簧在實(shí)際工況中的應(yīng)用。復(fù)合材料具有優(yōu)異耐高低溫性能是由于復(fù)合材料的拉伸性能主要取決于纖維增強(qiáng)體的力學(xué)性能，而玻璃纖維用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料，最大的特征是抗拉強(qiáng)度大，所以復(fù)合材料層壓板的高低溫拉伸強(qiáng)度變化不大。
2.3 板彈簧層壓板的耐油性能
由于板彈簧在實(shí)際運(yùn)行過程中會接觸到各種汽車行業(yè)的油類介質(zhì)，因此本文對復(fù)合材料板彈簧層壓板的耐油性能進(jìn)行了研究，主要選用板彈簧在使用過程中最常接觸到的機(jī)油、93＃汽油和0＃柴油三種油類介質(zhì)。將復(fù)合材料板彈簧層壓板分別浸泡在機(jī)油、93＃汽油和0＃柴油中30d，60d和90d，取出后按標(biāo)準(zhǔn)制成試樣測試其彎曲性能。復(fù)合材料層壓板在油類介質(zhì)浸泡后的彎曲強(qiáng)度 (σf) 和彎曲模量 (Ef) 如表1所示。
從復(fù)合材料層壓板的耐油性能數(shù)據(jù)可以看出，復(fù)合材料層壓板在機(jī)油、93＃汽油和0＃柴油中浸泡后彎曲性能變化不大。復(fù)合材料層壓板的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量在機(jī)油中浸泡90d后的變化率分別為-3.25%和-8.14%，93＃汽油中浸泡90d后的變化率分別為-2.99%和2.32%，0＃柴油中浸泡90d后的變化率分別為-2.05%和-3.4%。根據(jù)復(fù)合材料層壓板的性能要求，油類化學(xué)介質(zhì)浸泡前后試樣彎曲強(qiáng)度和彎曲模量的變化率不能超過20%，由測試結(jié)果可知復(fù)合材料板彈簧層壓板的耐油性能滿足在板彈簧在實(shí)際工況中的應(yīng)用。復(fù)合材料層壓板表現(xiàn)出優(yōu)異的耐油性能是由于層壓板使用的環(huán)氧樹脂基體與玻璃纖維有很好的界面結(jié)合能力，使復(fù)合材料層壓板的粘合性能優(yōu)異，層與層之間緊密的結(jié)合使復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異力學(xué)性能的同時使油脂分子也難以進(jìn)入層壓板中。
表1 復(fù)合材料層壓板的耐油性能
3、結(jié)論
對某型號復(fù)合材料板彈簧的層壓板的性能進(jìn)行了研究，其拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為1220MPa和1329MPa。
復(fù)合材料層壓板的拉伸強(qiáng)度在-40℃環(huán)境下的保留率為94.15%，70℃環(huán)境下的保留率為98%，高低溫試樣拉伸強(qiáng)度保留率都大于80%，由測試結(jié)果可知復(fù)合材料層壓板的高低溫力學(xué)性能滿足在板彈簧在實(shí)際工況中的應(yīng)用。
復(fù)合材料層壓板的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量在機(jī)油中浸泡90d后的變化率分別為-3.25%和-8.14%，93＃汽油中浸泡90d后的變化率分別為-2.99%和2.32%，柴油中浸泡90d后的變化率分別為-2.05%和-3.4%，在三種油類化學(xué)介質(zhì)中浸泡前后復(fù)合材料板彈簧層壓板的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量的變化率均不超過20%，由測試結(jié)果可知復(fù)合材料板彈簧層壓板的耐油性能滿足在板彈簧的產(chǎn)品性能要求。
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Analysis of Laminate Used for the Composite Leaf Spring in the Automobile
Fan Kai1,2, Ding Zhiping1, Zhang Yaxin2, Li Zaike2, Lv Wenli2
(1. School of Mechanical Engineering, Hunan University of Technoligy, Hunan Zhuzhou 412007; 2. Zhuzhou Times New Material Technology Co. Ltd., Hunan Zhuzhou 412007)
This work focus on the mechanical properties，the resistance to high-low temperature and oil performance of the composite laminate for manufacturing leaf spring. It indicates that the performance of the composite laminate meet the working condition requirements of the leaf spring. The tensile strength and flexural strength of the composite laminate were 1120MPa and 1329MPa, respectively. The retention rate of tensile strength of the composite laminate was 94.15% at -40℃ and 98% at 70℃, respectively. After socked 90 days, the rate of change of flexural strength was -3.25% in engine oil, -2.99% in 93＃ gasoline and -2.05% in 0＃ diesel oil, respectively.
Leaf spring; Composite laminate; mechanical properties; high-low temperature resistance; oil resistance
U465.6
A
1671-7988(2015)02-15-03
樊凱，碩士研究生，就職于株洲時代新材料科技股份有限公司，主要從事現(xiàn)代機(jī)械強(qiáng)度理論的應(yīng)用與研究。
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