[发明专利]一种仿生复合材料碟簧零件及其制备方法

摘要

本发明提供了一种仿生复合材料碟簧零件及其制备方法，所述碟簧零件由纤维增强体层结构经树脂充分浸润固化而成；所述纤维增强体层结构由多个单层纤维增强体叠加铺排组成，其中，所述纤维增强体层，可以通过树脂在线浸润完成固化，也可以通过树脂离线浸润制成纤维增强体预浸料，之后通过特殊结构的模具加热完成固化。所述制备方法创造性地采用树脂传递模塑工艺和热压工艺，制成轻量化复合材料碟簧零件。本发明满足了航空航天、核电、海洋工程、重型机械、汽车、装甲车、大炮等领域对高性能、轻量化复合材料碟簧零件的迫切需求，解决了相关领域现普遍使用的金属碟簧零件存在的质量大、不耐腐蚀、疲劳特性差等问题。

主权项

1.一种仿生复合材料碟簧零件的制备方法，所述碟簧零件由类贝壳状的纤维增强体层结构，经带填料的树脂充分浸润固化而成；所述纤维增强体层结构由多个单层的纤维增强体叠加铺排组成，其中，所述纤维增强体层，可以通过树脂在线浸润完成固化，也可以通过树脂离线浸润制成纤维增强体预浸料，之后通过模具加热完成固化；所述纤维增强体中的纤维结构为短纤维、长纤维、连续纤维丝或连续纤维织物；所述连续纤维丝为单一方向或混杂方向排列的连续纤维丝；所述纤维增强体中纤维的材质为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、凯夫拉纤维、麻纤维或木纤维中的一种或多种；所述填料为钙粉、氧化镁、碳化硅、金刚石或氮化硼中的一种或多种；所述树脂为热固性树脂或热塑性树脂；/n其特征在于：/n所述通过树脂在线浸润完成固化的制备方法为：根据预制成碟簧零件的形状尺寸裁剪纤维增强体，并多层铺叠形成层结构；在浸润模具中经树脂充分在线浸润、固化，制成复合材料碟簧零件；/n通过树脂在线浸润完成固化的具体过程如下：/n步骤一：根据预制成碟簧零件的形状尺寸裁剪纤维增强体；/n步骤二：将多层裁剪后的纤维增强体在浸润模具的型面依次铺排，形成由纤多层的维增强体铺叠组成的纤维增强体层结构；/n步骤三：采用树脂传递模塑工艺浸润纤维增强体层结构，具体过程为：将纤维增强体层结构铺置到浸润模具上，将浸润上模和浸润下模闭合密封，经浸润上模和浸润下模的树脂流道口，完成树脂注入或抽入模腔，实现纤维增强体层结构的在线树脂浸润及固化；/n所述浸润模具分为浸润上模和浸润下模，在浸润上模和浸润下膜上分别设有树脂通道入口和树脂通道出口，在浸润上模的内槽面及浸润下膜的圆形底座表面均设有树脂浸润口，所述树脂浸润口分别与树脂通道入口和树脂通道出口通过树状或螺旋状的树脂浸润通道相联通，当进行纤维增强体层结构的在线树脂浸润时，树脂通过树脂通道入口，经树脂浸润口实现纤维增强体层结构在模具内的浸润，浸润后的多余树脂通过树脂通道出口排除模具；/n步骤四：树脂浸润的纤维增强体层结构在浸润模具中固化后，进行脱模，脱模后经切割或打磨抛光处理，最终制成复合材料碟簧零件；/n所述通过树脂离线浸润制成纤维增强体预浸料，之后通过模具加热完成固化的制备方法为：根据预制成碟簧零件的形状尺寸裁剪离线浸润制成的纤维增强体预浸料，然后将纤维增强体预浸料多层铺叠形成纤维增强体层结构，并在碟簧模具中经热压工艺完成固化，制成复合材料碟簧零件；/n所述通过树脂离线浸润制成纤维增强体预浸料，之后通过模具加热完成固化的具体过程如下：/n步骤一：根据纤维树脂体积比，经树脂离线浸润制成纤维增强体预浸料；/n步骤二：根据预制成碟簧零件的形状尺寸裁剪纤维增强体预浸料；/n步骤三：将多层裁剪后的纤维增强体预浸料在加热模具的型面依次铺排，形成由多层的纤维增强体铺叠组成的纤维增强体层结构；/n步骤四：采用热压工艺完成纤维增强体层结构固化，具体过程为：将纤维增强体层结构铺置到碟簧模具上，将碟簧模具上模和下模合模，经加热模具加热及外载设备模具加压，完成纤维增强体预浸料的固化；/n所述加热模具为流体加热模具或固体加热模具，均由加热上模和加热下膜组成；/n所述流体加热模具的加热上模和加热下模上分别设有流体加热入口和流体加热出口，所述流体加热入口和流体加热出口分别在加热上模或加热下模内部联通，并在加热上模或加热下模内部形成流体加热通道，所述流体加热通道为螺旋状或树状，使用的流体加热模具加热固化时，流体加热源通过流体加热入口，经流体加热通道，实现树脂浸润后的纤维增强体层结构在模具内的加热固化，传递热量后的流体加热源通过流体加热出口排除模具，并回到加热源储存罐进行二次加热，从而循环使用；/n所述固体加热模具的加热上模和加热下模均设有固体加热元件实现电加热，加热上模和加热下模夹持纤维增强体层结构闭合后，实现碟簧零件加热固化；/n步骤五：脱模，并经切割或打磨抛光处理，最终制成复合材料碟簧零件。/n