一種復(fù)合材料車輪及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料車輪，其包括鋁合金輪盤(5)與輪輞(1)，其特征在于，所述的輪輞(1)是由碳纖維材料和金屬網(wǎng)制成的；所述的碳纖維材料為碳纖維布，并且和金屬網(wǎng)按層交替鋪設(shè)。本發(fā)明所述的復(fù)合材料車輪的有益技術(shù)效果在于車輪輪輞部位為熱量主要集聚區(qū)域，此方案易于使輪輞內(nèi)部熱量分布均衡；此方案易于使輪胎內(nèi)腔的熱量通過輪輞傳導(dǎo)至外部；此方案將多種材料結(jié)合使用，有易于推動車輪輕量化效果；以及此方案成型工藝簡單。
【專利說明】
一種復(fù)合材料車輪及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及汽車零部件領(lǐng)域，具體地涉及一種復(fù)合材料車輪。
【背景技術(shù)】
[0002] (1)碳纖維復(fù)合材料
[0003] 碳纖維復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強的特點，越來越被廣泛的應(yīng)用。碳纖維主要是由碳 元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳 素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其 外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度。碳纖 維比重小，因此有很高的比強度。
[0004] 碳纖維的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以 上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料 的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm 3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左 右，其比模量也比鋼高。
[0005] 碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在密度、剛 度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復(fù)合材 料都頗具優(yōu)勢。
[0006] (2)車輪的輕量化及困難
[0007] 目前，人們希望制造重量更低的汽車部件，來降低汽車的重量，從而節(jié)約能源，提 高汽車的操控性能。目前，國內(nèi)外多家汽車車輪生產(chǎn)企業(yè)都嘗試將碳纖維用于汽車車輪的 生產(chǎn)。
[0008] 然而，在采用碳纖維復(fù)合材料制造車輪時，由于受環(huán)氧環(huán)氧樹脂性能的影響，其整 體散熱性能差，汽車高速行駛時輪胎內(nèi)腔的熱量得不到有效散發(fā)導(dǎo)致車輪輪輞部位熱量積 聚，從而易出現(xiàn)車輪變形失效問題，嚴重影響車輛行駛安全性。
[0009] 因此，迫切地需要生產(chǎn)一種復(fù)合材料車輪，既能實現(xiàn)輕量化，又能保證散熱效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有良好散熱效果的復(fù)合材料車輪。
[0011] 為了實現(xiàn)以上的目的，本發(fā)明提供了以下的技術(shù)方案：
[0012] 在本發(fā)明的一個方面，提供了一種復(fù)合材料車輪，所述的車輪的輪輞是由碳纖維 材料和金屬網(wǎng)制成的;所述的碳纖維材料為碳纖維布，并且和金屬網(wǎng)按層交替鋪設(shè)。
[0013] 在本發(fā)明優(yōu)選的方面，所述的金屬網(wǎng)是連續(xù)分布的。
[0014] 在本發(fā)明優(yōu)選的方面，所述的金屬網(wǎng)是分散分布的，每塊金屬網(wǎng)在輪輞上覆蓋30-60度的角度。
[0015] 在本發(fā)明優(yōu)選的方面，所述的車輪的輪輞包括2-5層金屬網(wǎng)。
[0016] 在本發(fā)明優(yōu)選的方面，所述的車輪的輪輞包括5層金屬網(wǎng)。
[0017] 在本發(fā)明優(yōu)選的方面，金屬網(wǎng)的厚度是0.1~0.3毫米。
[0018] 在本發(fā)明優(yōu)選的方面，金屬網(wǎng)的金屬絲直徑是0.1~0.3毫米。
[0019] 在本發(fā)明優(yōu)選的方面，金屬網(wǎng)是分散分布的，每塊金屬網(wǎng)在輪輞上覆蓋30-60度的 角度。
[0020] 在本發(fā)明優(yōu)選的方面，金屬網(wǎng)一端延伸到輪輻，一端延伸到距離輪輞末端5~10_ 處。
[0021] 在本發(fā)明優(yōu)選的方面，所述的金屬網(wǎng)（2)由鋁合金、銅或者鋼的一種或多種制成。
[0022] 在本發(fā)明的另一個方面，提供了制造前文所述的復(fù)合材料車輪的方法，其特征在 于，所述的方法包括步驟：（1)制備碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料和金屬網(wǎng)（2)預(yù)浸料與金屬網(wǎng)鋪 放；以及(3)固化成型。
[0023] 本發(fā)明的技術(shù)方案帶來了以下的技術(shù)效果：（1)車輪輪輞部位為熱量主要集聚區(qū) 域，此方案易于使輪輞內(nèi)部熱量分布均衡；（2)此方案易于使輪胎內(nèi)腔的熱量通過輪輞傳導(dǎo) 至外部；（3)此方案將多種材料結(jié)合使用，有易于推動車輪輕量化效果；以及(4)此方案成型 工藝簡單。
【附圖說明】
[0024]以下，結(jié)合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施方案，其中：
[0025] 圖1是本發(fā)明一種碳纖維復(fù)合材料車輪及其生產(chǎn)方法示意圖：
[0026] 圖2是圖1的局部放大圖。 圖中：1-輪輞;2-金屬網(wǎng);3-碳纖維布;4-環(huán)氧樹脂;5-輪輻。
【具體實施方式】
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明為一種碳纖維復(fù)合材料車輪及其生產(chǎn)方法，包括輪輞1、金屬網(wǎng) 2、碳纖維布3、環(huán)氧樹脂4和輪輻5。
[0028] 除非另外的說明，本發(fā)明中所使用的碳纖維布為：
[0029] (1)T300碳纖維布，其為12k的纖維布，購自日本；
[0030] (2)T700碳纖維布，其為12k的纖維布，購自江蘇。
[0031 ]本發(fā)明中所使用的樹脂材料為:環(huán)氧樹脂，購自江蘇。
[0032]本發(fā)明中所使用的金屬網(wǎng)為：
[0033] (1)鋁合金網(wǎng)，其中鋁合金絲的直徑為0.1111111，100-150目，密度為150-200克/平方 米。
[0034] (2)銅絲網(wǎng)，其中銅絲的直徑為0.1臟，100目，密度為450克/平方米。
[0035] (3)鋼絲網(wǎng)，其中鋼絲的直徑為0.1臟，100-150目，密度為300-400克/平方米。
[0036] 本發(fā)明中的輪輻部分為鋁合金鍛造制成的。
[0037] 在制造車輪過程中，鋪放T300或T700碳纖維布3的同時鋪放5-8層金屬網(wǎng)2，金屬網(wǎng) 2與碳纖維布3呈交替結(jié)合形成輪輞1，金屬網(wǎng)2由熱傳導(dǎo)系數(shù)高的材料鋁制成，且在鋪放過 程中是連續(xù)的，在整個輪輞1的內(nèi)部接近于均布，即每層金屬網(wǎng)2之間相隔不止一層碳纖維 布3。制造過程中首先預(yù)制與車輪規(guī)格相匹配的金屬網(wǎng)2,然后在輪輞1處的碳纖維布3時，同 時纏繞金屬網(wǎng)2,最后再進行熱固化形成整體。
[0038] 按照以上所述的方法制成了如下的車輪，如表1所示：
[0039] 表1:本發(fā)明的復(fù)合材料車輪的參數(shù)
[0042] 對以上的試驗組1-6和對照組1-3進行以下的試驗：
[0043] (1)重量測量
[0044] 稱量各組的車輪的重量，結(jié)果如下：
[0045] 表2:試驗組1-6和對照組1-3的車輪的平均質(zhì)量
[0047] 結(jié)果表明：實驗組4最輕、實驗組2次之、實驗組1第三。 [0048] (2)沖擊和徑向疲勞試驗
[0049] 按照彎曲疲勞試驗方法對試驗組1-6和對照組1-3的車輪進行試驗，結(jié)果如表3所 示：
[0050] 表3:試驗組1-6和對照組1-3的車輪的試驗結(jié)果
[0053]結(jié)果表明：試驗組1和6的徑向疲勞試驗無法滿足試驗要求，其它組試驗結(jié)果通過。 徑向疲勞試驗結(jié)果中1500000轉(zhuǎn)數(shù)的試驗組為達到試驗標準后手動停機。
[0054] (3)導(dǎo)熱試驗
[0055]將以上的除試驗組1和6各組車輪裝胎后進行試驗過程中，通過溫度傳感器收集和 記錄輪輞處的溫度信息。
[0056] 記錄如下：
[0057] 表4:各組車輪在試驗10分鐘時的溫度T1
[0059]以上的數(shù)據(jù)說明：加入導(dǎo)熱性較好的金屬對輪輞散熱起到了顯著作用。
[0060] 從以上的各組實驗的數(shù)據(jù)可以看出，試驗組4的車輪在很大程度上降低了車輪的 重量，并且獲得了較好的可靠性。
[0061] 以上僅就本發(fā)明較佳的實施例做了說明，但不能理解為是對權(quán)利要求的限制。本 發(fā)明不僅局限于以上實施例，金屬網(wǎng)的鋪放范圍也可加大或縮小，金屬網(wǎng)的鋪放層數(shù)可以 變化，金屬網(wǎng)也可以是整體不連續(xù)的?？傊?，凡在本發(fā)明獨立權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)所作的 各種變化均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種復(fù)合材料車輪，其包括鋁合金輪盤(5)與輪輞（1)，其特征在于，所述的輪輞（1) 是由碳纖維材料和金屬網(wǎng)制成的；所述的碳纖維材料為碳纖維布，并且和金屬網(wǎng)按層交替 鋪設(shè)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料車輪，其特征在于，所述的金屬網(wǎng)是連續(xù)分布的。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料車輪，其特征在于，所述的金屬網(wǎng)是分散分布的，每 塊金屬網(wǎng)在輪輞上覆蓋30-60度的角度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料車輪，其特征在于，所述的車輪的輪輞包括2-5層金 屬網(wǎng)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料車輪，其特征在于，所述的車輪的輪輞包括5層金屬 網(wǎng)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料車輪，其特征在于，金屬網(wǎng)的厚度是0.1~0.3毫米。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料車輪，其特征在于，金屬網(wǎng)的金屬絲直徑是0.1~0.3 毫米。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料車輪，其特征在于，金屬網(wǎng)一端延伸到輪福，一端延 伸到距離輪輞末端5~10mm處。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料車輪，其特征在于，所述的金屬網(wǎng)（2)由鋁合金、銅或 者鋼的一種或多種制成。10. 制造權(quán)利要求1-9中任一項所述的復(fù)合材料車輪的方法，其特征在于，所述的方法 包括步驟：（1)制備碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料和金屬網(wǎng)（2)預(yù)浸料與金屬網(wǎng)鋪放；以及(3)固化 成型。
【文檔編號】B60B5/02GK106064550SQ201610202989
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月1日 公開號201610202989.3, CN 106064550 A, CN 106064550A, CN 201610202989, CN-A-106064550, CN106064550 A, CN106064550A, CN201610202989, CN201610202989.3
【發(fā)明人】張偉, 張東輝, 鄧赟, 阿拉騰
【申請人】中信戴卡股份有限公司