传动轴制造方法和传动轴与流程

本发明涉及复合材料应用领域，具体而言，涉及一种传动轴制造方法和传动轴。

背景技术：

随着环保、节能等呼声越来越高，推进汽车轻量化已成为汽车工业发展的主题。研究表明，在汽车的整车轻量化中，簧下结构的减重效果显著。簧下减重1kg，可达到整车减重5-10kg的效果。更低的自重可有效节省油耗，提升操控性；而更低的簧下质量能减轻弹簧负荷，改善轮胎抓地力和减振效果，提升乘坐舒适度。

有鉴于此，设计制造出一种传动轴，能够实现轻量化设计，同时满足传动轴的承载能力和抗疲劳性能，是目前重复合材料应用领域中急需改善的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的包括提供一种传动轴制造方法，采用玄武岩纤维增强复合材料作为中间结构层和外护层，将玄武岩纤维增强复合材料应用到传动轴生产中，传动轴的中间结构层采用连续玄武岩纤维，传动轴的外护层采用切割后的玄武岩纤维，在满足传动轴承载性能和抗疲劳性能等要求的同时，实现传动轴的轻量化设计，降低生产成本。

本发明的目的还包括提供一种传动轴，采用玄武岩纤维增强复合材料制成。玄武岩纤维增强复合材料采用热塑性树脂或热固性树脂作为复合材料基体，采用玄武岩纤维作为增强体。该传动轴能够回收再利用或回收降解，绿色环保。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种传动轴制造方法，包括：

制备中间结构层，采用玄武岩纤维增强复合材料作为中间结构层，所述玄武岩纤维增强复合材料采用热塑性树脂或热固性树脂作为复合材料基体，采用连续玄武岩纤维作为增强体。获取连续玄武岩纤维丝束预浸带，将所述玄武岩纤维丝束预浸带进行铺层设计，成型为所述中间结构层。

制备外护层，获取玄武岩纤维丝束预浸带，将所述连续玄武岩纤维丝束预浸带进行切割，形成预浸料。所述预浸料以喷射工艺喷涂在所述中间结构层的外表面，形成所述外护层。

制备内衬层。

进一步地，所述制备中间结构层的步骤还包括：

获取玄武岩纤维原纱：将粉碎后的玄武岩原石加热熔化，呈熔融态；通过漏板后形成多根玄武岩单丝。对多根所述玄武岩单丝进行浸润剂上浆，并将多根所述玄武岩单丝拉成一股原纱。

进一步地，所述获取玄武岩纤维原纱的步骤还包括：将所述玄武岩原石投入到玄武岩熔岩炉铂金坩埚中进行加热，加热温度范围为1350℃至1650℃。

进一步地，所述获取连续玄武岩纤维丝束预浸带的步骤包括：将玄武岩纤维原纱直接浸润环氧树脂或尼龙树脂，形成连续玄武岩纤维丝束预浸带。

进一步地，将所述连续玄武岩纤维丝束预浸带按照预设铺层角度缠绕成型为所述中间结构层，所述缠绕成型工艺采用干法缠绕成型。

进一步地，所述制备外护层的步骤中，所述预浸料为短切纤维，所述连续玄武岩纤维丝束预浸带的切割长度为5mm至10mm。

进一步地，所述制备内衬层的步骤包括：在所述中间结构层的内表面设置金属镀层，形成所述内衬层。

本发明提供的一种传动轴，采用上述的传动轴制造方法，所述传动轴采用玄武岩纤维增强复合材料制成，所述玄武岩纤维增强复合材料采用热塑性树脂或热固性树脂作为复合材料基体，采用玄武岩纤维作为增强体。所述传动轴能够回收再利用或回收降解。

进一步地，所述传动轴采用热塑性树脂作为复合材料基体，当所述传动轴废弃时，可将所述传动轴进行回收再利用。将所述传动轴加热，使所述热塑性树脂熔化后，从液态基体中分离出玄武岩纤维。将分离出的所述玄武岩纤维重熔、重新拉丝成新的纤维，再利用。

进一步地，所述传动轴采用热固性树脂作为复合材料基体，当所述传动轴废弃时，将所述传动轴进行回收降解；将所述传动轴粉碎充当填料或在自然条件下降解。

本发明提供的传动轴制造方法和传动轴有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的传动轴制造方法，采用连续玄武岩纤维丝束预浸带进行铺层设计，成型为传动轴的中间结构层。再制备传动轴的外护层，将连续玄武岩纤维丝束预浸带进行切割后，形成预浸料，然后采用喷射工艺将预浸料喷涂在中间结构层的外表面，形成外护层。该传动轴制造方法工艺简单、操作方便，原材料丰富，且成本低，可以实现回收再利用，节约资源，绿色环保。

本发明提供的传动轴，采用上述的传动轴制造方法，以玄武岩纤维增强复合材料作为中间结构层和外护层，将玄武岩纤维增强复合材料应用到传动轴生产中，传动轴的中间结构层采用连续玄武岩纤维，传动轴的外护层采用切割后的玄武岩纤维，在满足传动轴承载性能和抗疲劳性能等要求的同时，实现传动轴的轻量化设计，原材料丰富，大大降低生产成本，提高传动轴的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的传动轴制造方法的工艺流程示意图；

图2本发明具体实施例提供的传动轴制造方法中，获取玄武岩纤维原纱的设备结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的传动轴的结构示意图；

图4为图3中a处的局部放大图；

图5为本发明具体实施例提供的传动轴的外护层中，短切纤维的分布形态结构示意图。

图标：100-传动轴；110-中间结构层；130-外护层；150-内衬层；101-加料斗；102-铂金坩埚；103-漏板；104-浸润剂；105-集束轮；106-排线器；107-收卷器；108-单丝；120-原纱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

随着环保、节能等呼声越来越高，推进汽车轻量化已成为汽车工业发展的主题。研究表明，在汽车的整车轻量化中，簧下结构的减重效果显著。簧下减重1kg，可达到整车减重5-10kg的效果。更低的自重可有效节省油耗，提升操控性，而更低的簧下质量能减轻弹簧负荷，改善轮胎抓地力和减振效果，提升乘坐舒适度。

高性能纤维增强复合材料具有加工能耗低、轻质高强、可设计性强、耐锈蚀、成型工艺性好等优点，在汽车上大量应用必然会大幅度减少整车的质量，减少汽车的能源损耗，达到国家提倡的节约能源减少排放的效果，因此成为汽车工业以塑代钢的理想材料。传动轴作为典型的汽车动载旋转部件，其轻量化的效果可达静态部件的3倍。尤其以纤维增强复合材料传动轴具有高比强度、高比刚度、优良的减震性、耐疲劳性和抗腐蚀等优点，可为汽车提供充沛的动力，在传统能源时代必不可少。复合材料汽车传动轴的应用是汽车轻量化的趋势。

因此，本申请提出了一种传动轴，采用玄武岩纤维作为复合材料的增强体，具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐高温、阻燃、吸声隔热、可回收、能降解等特点。玄武岩纤维原料丰富，是玄武岩石料在1450℃至1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。力学性能方面，强度普遍高于玻纤和芳纶纤维，与高强度s玻璃纤维相当，某些高性能玄武岩纤维可与碳纤维媲美，相对于碳纤维其废弃物在环境中能够直接降解，是真正意义上的增强环保材料，并且，玄武岩纤维价格每公斤仅为碳纤维价格的1/18至1/90。

图1为本发明具体实施例提供的传动轴100制造方法的工艺流程示意图，请参照图1。

本实施例提供的一种传动轴100制造方法，包括：

s1：制备中间结构层110。采用玄武岩纤维增强复合材料作为中间结构层110，玄武岩纤维增强复合材料采用热塑性树脂或热固性树脂作为复合材料基体，采用连续玄武岩纤维作为增强体。获取连续玄武岩纤维丝束预浸带，将玄武岩纤维丝束预浸带进行铺层设计，成型为中间结构层110。

图2为本发明具体实施例提供的传动轴100制造方法中，获取玄武岩纤维原纱120的设备结构示意图，请参照图2。具体地，制备中间结构层110还包括：

s11：获取玄武岩纤维原纱120。将粉碎后的玄武岩原石通过加料斗101投入专业的玄武岩熔岩炉铂金坩埚102中，加热到1350℃至1650℃，本实施例中优选加热到1450℃至1500℃使其熔化，熔融态的玄武岩通过漏板103后形成玄武岩单丝108，再通过集束轮105对单丝108进行浸润剂104上浆，此时集束轮105会给予一定的拉力将其拉成一股原纱120。原纱120经过排线器106将原纱120缠绕在收卷器107上。图中箭头表示排线器106和收卷器107的转动方向。

图3为本发明具体实施例提供的传动轴100的结构示意图，图4为图3中a处的局部放大图，请参照图3和图4。

s12：获取连续玄武岩纤维丝束预浸带。将获得的玄武岩纤维原纱120直接浸润环氧树脂或尼龙树脂，形成连续玄武岩纤维丝束预浸带。通过ansys有限元分析软件对玄武岩纤维进行铺层设计，对不同铺层角度的传动轴100进行仿真分析各项性能，并按最优铺层设计对玄武岩纤维丝束进行缠绕，成型为中间结构层110。中间结构层110为传动轴100的主要结构，优选地，缠绕成型工艺采用干法缠绕成型，这种干法缠绕方式生成过程较为干净，胶含量能够精确控制，有利于提高产品品质。连续玄武岩纤维丝束预浸带通过干法缠绕成型汽车传动轴，其铺层角度和树脂含量可根据汽车传动轴的各种力学响应进行针对性的分析设计，具有更好的力学性能。图4为连续玄武岩纤维在传动轴100中的分布形态结构示意图。

图5为本发明具体实施例提供的传动轴100的外护层130中，短切纤维的分布形态结构示意图，请参照图5。

s2：制备外护层130。获取玄武岩纤维丝束预浸带，将连续玄武岩纤维丝束预浸带通过切割机进行切割，形成预浸料。预浸料为短切纤维，连续玄武岩纤维丝束预浸带的切割长度小于或等于10mm，本实施例中切割长度优选为5mm至10mm。将切割好的预浸料以喷射工艺喷涂在中间结构层110的外表面，形成外护层130，固化、脱模即可。可选地，芯模表面需事先刷上脱模剂，便于脱模。短切纤维在传动轴100中的分布方式为：均匀分布，纤维方向随机，没有明显的取向性，可以按各向同性材料的方法设计。

s3：制备内衬层150。传动轴100的内衬层150采用镀镍金属镀层，这样就完成了传动轴100的制备。需要说明的是，通过上述方法制造的传动轴100，既适用于汽车领域，也适用于其它工业制造领域、航天航空领域等。

本实施例提供的一种传动轴100，采用上述的传动轴100制造方法，传动轴100采用玄武岩纤维增强复合材料制成，玄武岩纤维增强复合材料采用热塑性树脂或热固性树脂作为复合材料基体，采用玄武岩纤维作为增强体。传动轴100能够回收再利用或回收降解。

当传动轴100采用热塑性树脂作为复合材料基体，当传动轴100废弃时，可将传动轴100进行回收再利用。将传动轴100加热，使热塑性树脂熔化后，从液态基体中分离出玄武岩纤维。将分离出的玄武岩纤维重熔、重新拉丝成新的纤维，再利用，可以用于预浸料的制造或三维编织的使用，熔化后的液态热塑性树脂也可直接继续投入生产使用。当传动轴100采用热固性树脂作为复合材料基体，当传动轴100废弃时，将传动轴100进行回收降解；将传动轴100粉碎充当填料或在自然条件下降解。该传动轴100生产制造成本低、原材料丰富，产品质量轻，具有耐高温、耐磨及抗冲击保护的特点，同时，材料可回收再利用，能进行降解，对环境无污染，真正做到了节能、绿色环保。

本发明提供的传动轴100，以汽车传动轴为例，其具体制造方法以及回收利用、降解方法如下：

第一实施例

采用短切玄武岩纤维作为增强体，热固性环氧树脂作为基体。首先，将粉碎后的玄武岩原石投入专业的玄武岩熔岩炉铂金坩埚102中，加热到1450℃至1500℃使其熔化，熔融态的玄武岩通过铂铑合金漏板103后形成玄武岩单丝108，再通过集束轮105对单丝108进行浸润剂104上浆，此时集束轮105会给予一定的拉力将其拉成一股原纱120。然后，将玄武岩纤维原纱120直接浸润环氧树脂，形成丝束预浸带，将连续玄武岩纤维丝束预浸带以一定铺层角度，采用干法缠绕工艺成型传动轴100中间结构层110。其次，再利用切割机对丝束预浸带进行切割形成预浸料，短切纤维预浸料切割长度为5mm至10mm，将切割好的预浸料以喷射工艺喷涂，形成传动轴100的外护层130，固化、脱模，芯模表面需事先刷上脱模剂。最后，传动轴100的内衬层150采用镀镍金属镀层，完成汽车传动轴的制备。

当汽车传动轴发生损坏或达到使用寿命时，可将其粉碎充当填料或在自然条件下降解。

第二实施例

采用短切玄武岩纤维作为增强体，热塑性树脂尼龙作为基体。首先，将粉碎后的玄武岩原石投入专业的玄武岩熔岩炉铂金坩埚102中，加热到1450℃至1500℃使其熔化，熔融态的玄武岩通过铂铑合金漏板103后形成玄武岩单丝108，再通过集束轮105对单丝108进行浸润剂104上浆，此时集束轮105会给予一定的拉力将其拉成一股原纱120。然后，将玄武岩纤维原纱120直接浸润尼龙树脂，形成丝束预浸带，将连续玄武岩纤维丝束预浸带以一定铺层角度，采用干法缠绕工艺成型传动轴100中间结构层110。其次，再利用切割机对丝束预浸带进行切割形成预浸料，短切纤维预浸料切割长度为5mm至10mm，将切割好的预浸料以喷射工艺喷涂，形成传动轴100的外护层130，固化、脱模，芯模表面需事先刷上脱模剂。最后，传动轴100内衬层150采用镀镍金属镀层，完成汽车传动轴的制备。

当汽车传动轴发生损坏或达到使用寿命时，可将传动轴100进行回收再利用。首先，将传动轴100放入加热池，加热到230℃至280℃，待尼龙基体熔化后，从液态的尼龙中分离出玄武岩纤维。分离出的玄武岩纤维投入玄武岩熔融炉重熔，重新拉丝形成新的纤维，新的玄武岩纤维再次浸润回收熔化的尼龙，形成丝束预浸带，通过切割、缠绕和固化，制备出全新的汽车传动轴。

综上所述，本发明提供的传动轴100制造方法和传动轴100具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的传动轴100制造方法，采用玄武岩纤维增强复合材料作为中间结构层110和外护层130，将玄武岩纤维增强复合材料应用到传动轴100生产中，传动轴100的中间结构层110采用连续玄武岩纤维，传动轴100的外护层130采用切割后的玄武岩纤维，在满足传动轴100承载性能和抗疲劳性能等要求的同时，实现传动轴100的轻量化设计，降低生产成本。

本发明提供的传动轴100，采用玄武岩纤维增强复合材料制成。玄武岩纤维增强复合材料采用热塑性树脂或热固性树脂作为复合材料基体，采用玄武岩纤维作为增强体。该传动轴100生产制造成本低、原材料丰富，产品质量轻，具有耐高温、耐磨及抗冲击保护的特点，同时，材料可回收再利用，能进行降解，对环境无污染，真正做到了节能、绿色环保。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。