具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

板簧在汽车上可以纵置或者横置。后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以只在少数轻、微型车上应用。纵置板簧能传递各种力和力矩，具有导向功能，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。

图1为本申请提供的板簧总成的安装示意图。

如图1所示，板簧总成包括钢板板簧本体13，钢板板簧本体13的中部设置有两个U形螺栓14，其用于将钢板板簧本体13固定在车轴15，钢板板簧本体13的前端通过钢板板簧本体13的前卷耳131和前支架12固定在车身11(车架)上；钢板板簧本体13的后端通过钢板板簧本体13的后卷耳132、吊耳16和后支架17固定在车身11(车架)上。

其中，钢板板簧本体13可由多片钢板组成，单片钢板本体的宽度不变，厚度有等截面和变截面两种，变截面又分线性变截面和抛物线变截面，由于抛物线变截面各处应力相等，变截面板簧多采用抛物线变截面。

随着科技发展，复合材料逐步用于汽车悬架弹簧元件。复合材料比强度比模量高、具有良好的耐疲劳性能、阻尼减振性能和耐腐蚀性能，因此，使用复合做弹性元件，可大幅提高车辆的平顺性和舒适性，而质量仅是钢板弹簧的1/4左右，不仅有效地提高了燃油效力，还降低了簧下质量，减小簧下振动，同时寿命大幅提高，在整车寿命范围内无需更换弹性元件，整车使用和维修成本相对较低。

复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起，组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。作为一个示例，单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力，不能承受弯曲、剪切和压应力，还不易做成固定的几何形状，是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起，可以做成各种具有固定形状的坚硬制品，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力，即可形成玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材，又含有玻璃组分，也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，其也可称为“玻璃钢”。

复合材料种类很多，一般由增强材料和基体材料组成，比如钢筋混泥土也是复合材料，混泥土是基体，钢筋是增强材料。

其中，基体材料包括但不限于环氧树脂、聚酯树脂、热可塑性树脂等。例如基体材料可以是树脂基体，即为树脂基复合材料的基体。树脂基体是指树脂和固化剂组成的胶液体系。作为示例，树脂基体可包括热固性树脂和热塑性树脂。热固性树脂只能一次加热和成型，在加工过程中发生固化，形成不熔和不溶解的网状交联型高分子化合物，因此不能再生。复合材料的树脂基体，以热固性树脂为主。热固性树脂包括但不限于：酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等。强化材料包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等。

强化材料包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等。强化材料可是强化纤维(Reinforced Fiber)，即树脂基复合材料的增强体。作为示例，按几何形状来分，强化材料包括零维的颗粒状、一维的纤维状、二维的片状(例如布状或毡状)和三维的立体结构。按属性来分则有无机强化材料和有机强化材料，其可以是合成的，也可以是天然的。无机强化材料可以是纤维状的，如无机的玻璃纤维、碳纤维，还有少量碳化硅等陶瓷纤维，有机强化材料包括芳酰胺纤维(芳纶)等。

作为示例，本申请涉及的复合材料板簧本体的增强材料可以是玻璃纤维、碳纤维，或玻璃纤维和碳纤维组成纤维束，其基体材料可以为环氧树脂等材料，也可以将其称之为纤维增强塑料(Fibred-Reinforced Plastic，FRP)板簧本体。

复合材料板簧的特点和传统的金属材料相比，最大特点就是比强度高、比模量高，耐温性好、抗冲击性好、可设计性强、减重70％以上、安全断裂等优点。国外不少已在量产车上使用复合材料板簧，国内外很多汽车厂家都在开发复合材料板簧。复合材料板簧的安装和钢板板簧的安装类似，需要像钢板板簧一样将中部固定到车轴上，两端连接到车身上。但是，由于很难在复合材料板簧两端做出卷耳，因此必须做出类似卷耳的构件。

图2是本申请实施例提供的复合材料板簧总成的示意图。

如图2所示，复合材料板簧总成20可包括复合材料板簧本体23，复合材料板簧本体23的两端分别设置有类似卷耳的构件231以及232，以将复合材料板簧本体23的两端连接到车身(车架)上；复合材料板簧本体23的中部要通过U形螺栓24固定在车轴上。作为本申请提供的一个示例，该类似卷耳的构件231以及232可以是车架铰接筒。可选的，该类似卷耳的构件231以及232还可以包括板簧夹持板，车架铰接筒与板簧夹持板固定连接，例如板簧夹持板可与车架铰接筒构成U型结构；可选的，板簧夹持板可设置在复合材料板簧本体23的内部，也可与复合材料板簧本体23通过紧固螺栓固定连接。

复合材料板簧的成型工艺通常分为连续纤维缠绕(Filament Winding)工艺和模压(Compressing Molding)工艺。

大多厂家研发的复合材料板簧都采用模压工艺，其精度相对于纤维缠绕工艺高，产品成型后，表面光滑，不需要进行二次加工。树脂转移模塑成形(Resin TransferMolding，RTM)是一种典型的模压工艺，具体而言，在模腔中放入预成型的纤维增强材料，模具需有周边密封和紧固，并保证树脂可在内部流动顺畅；闭模后注入定量树脂，待树脂固化后即可脱模得到所期望产品。

然而，针对模压工艺，由于模具密封后，需要通过注入的树脂在密封的模具内流动的方式，对预成型的增强纤维材料进行浸渍，如果树脂流动不顺畅，会影响板簧的性能。通常情况下会针对不同形状的构件设计不同的有助于树脂流动的结构，同时，纤维浸润也还需要消耗足够长的时间，由此，才能够满足树脂流动充模、纤维浸润的要求；但同样会导致模具的设备研发成本以及时间成本过高。

基于此，本申请提供了一种基于预浸料成型的复合材料板簧本体的制备方法，能够在控制设备研发成本和时间成本的基础上，生产出满足性能要求的板簧。例如，在控制设备研发成本和时间成本的基础上，生产出满足复合材料板簧本体对弯曲强度、层间剪切强度等保持率的要求，特别是高温场景下对力学性能保持率的要求。其中，层间剪切强度用于评估层间性能。

图3是本申请实施例提供的基于预浸料成型的复合材料板簧本体的制备方法30的示意性流程图。

如图3所示，该制备方法30可包括：

S31，将与复合材料板簧本体形状相同的预浸料铺设在模具的模腔内，以得到预成型板簧；铺设过程中，每铺设至少一层预浸料，在该至少一层预浸料的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层预浸料中；

S32，封闭该模具并注入树脂材料；

S33，通过加压以及加热的方式固化该预成型板簧，以得到复合材料板簧本体。

本实施例中，通过在该至少一层预浸料的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层预浸料中，在所述预浸料由纤维丝构成时，不仅能够防止单向纤维丝在固化过程中纤维丝走向发生紊乱，还能够丰富沿在垂直方向上的纤维丝，进一步提升层间强度、层间断裂韧性以及疲劳寿命，保证了复合材料板簧本体能够满足性能要求；此外，通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层预浸料的过程中，会通过针头在该至少一层预浸料中形成针头大小的空间，该空间能够满足树脂流动充模、纤维浸润的要求；具体地，一方面，该空间可用于树脂的流动，避免了专门设计有助于树脂流动的结构，降低了设备研发成本；另一方面，该空间还能够增加树脂和预浸料的接触面积，进而能够降低纤维浸润过程对时间的需求，即降低了时间成本。

简言之，通过在该至少一层预浸料的表面铺设一层纤维毡，并通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层预浸料中，能够在控制设备研发成本和时间成本的基础上，生产出满足性能要求的板簧。

需要说明的是，由于在制备工艺领域中，基体材料、增强材料、模压方法等工艺参数必须互相匹配，否则不能充分发挥纤维的增强作用，进而对强度影响较大。通常情况下，针对不同的产品(例如不同的基体材料和增强材料形成的复合材料)，需要涉及专门为其设计一套制备工艺，以达到预期效果。本申请提供的方案，就是针对模压工艺，在铺设预浸料的作业过程中，专门设计了“针刺”作业流程，以提升弯曲强度、层间剪切强度等保持率。

此外，本申请实施例对预浸料的具体类型不作限定。

预浸料指把强化材料浸渍在基体(Matrix)材料中制成的预浸料片材产品，是复合材料的中间材料。

作为示例，预浸料包括但不限于：单向预浸料、单向织物预浸料、织物预浸料。按树脂基体不同，预浸料分成热固性树脂预浸料和热塑性树脂预浸料；按增强材料不同，分成碳纤维(织物)预浸料、玻璃纤维(织物)预浸料、芳纶(织物)预浸料；根据纤维长度不同，分成短纤维(4176mm以下)预浸料、长纤维(1217mm)预浸料和连续纤维预浸料；按固化温度不同，分成中温固化(120℃)预浸料、高温固化(180℃)预浸料以及固化温度超过200℃的预浸料等。例如，以碳纤维预浸料为例，碳纤维预浸料是碳纤维表面浸上树脂但未加热固化的预浸料坯，作为以后成型固化的备用料。预浸料的制备方法包括干法和湿法。在干法工艺中，将树脂粉末附着于纤维上，经过部分熔化，形成树脂不连续、纤维未被树脂充分浸透的一种复合物。在湿法工艺中，采用树脂溶液浸渍纤维，经过干燥和固化，形成树脂基本连续、纤维被树脂充分浸透的一种复合物。

其中，基体材料和增强材料的具体类型可如上文所述，为避免重复，此处不再赘述。

在一些实施例中，针对该预成型板簧中的每一层纤维毡，该纤维段的长度根据该至少一层预浸料的厚度确定。作为示例，该至少一层预浸料的厚度为N；其中，该纤维段的长度大于或等于2*N+L+P，其中，L与该倒钩的尺寸成正比，P为补偿量，N、L、P均为大于0的数值。

本实施例中，将该纤维段的长度设计为大于或等于2*N+L+P，能够保证纤维段嵌入的深度大于或等于该至少一层预浸料的厚度，相当于，通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层预浸料中以及该至少一层预浸料下方的纤维毡中，即能够保证两层纤维毡中的纤维段之间存在交集，进而，能够进一步提升复合材料板簧本体的强度。

在一些实施例中，针对该预成型板簧中的每一层纤维毡，该纤维段的长度与已经铺设在该模具内的预浸料的总厚度成正比。

本实施例中，将纤维段的长度设计为与已经铺设在该模具内的预浸料的总厚度成正比，同样能够保证纤维段嵌入的深度大于或等于该至少一层预浸料的厚度，相当于，通过带有倒钩的针头，以拱形的形式将该一层纤维毡中的纤维段的两端嵌入到该至少一层预浸料中以及该至少一层预浸料下方的纤维毡中，即能够保证两层纤维毡中的纤维段之间存在交集，进而，能够进一步提升复合材料板簧本体的强度。

在一些实施例中，沿该预成型板簧的第一方向，设置有与该模腔的尺寸相同的至少一排该针头，该第一方向为长边方向或短边方向；其中，该S31可包括：

沿与该第一方向垂直的第二方向，移动该针头，并在移动过程中将该针头经该一层纤维毡，反复插入到该至少一层预浸料中，直至该针头位于该至少一层预浸料的边沿位置；其中，该针头在反复插入该至少一层预浸料的过程中，通过该倒钩以拱形的形式将该纤维段的两端嵌入到该至少一层预浸料中。

本申请实施例中，沿该预成型板簧的第一方向，设置有与该模腔的尺寸相同的至少一排该针头，并在针头移动过程中，将该针头设计为经该一层纤维毡，反复插入到该至少一层预浸料中，直至该针头位于该至少一层预浸料的边沿位置，不仅能够实现对已经铺设的预浸料和纤维毡进行“针刺”作业，进一步降低了“针刺”作业的工艺复杂度，有利于流水化作业以及实现批量化生产。

在一种实现方式中，通过控制该针头的移动速度的方式，控制该针头插入该至少一层预浸料的实际密度。

本实施例中，通过控制该针头的移动速度的方式，控制该针头插入该至少一层预浸料的实际密度，能够降低对针头的性能要求，避免涉及专用针头，能够降低研发成本以及设备成本，进而，能够有效控制复合材料板簧本体的生产成本。

在一种实现方式中，该针头插入该至少一层预浸料的密度范围为2～200针每平方厘米。

当然，上述数值仅为本申请的示例，不应理解为对本申请的限制。例如，在其他可替代实施例中，该针头插入该至少一层预浸料的密度范围为50～100针每平方厘米。再如，该针头在该至少一层预浸料的边缘区域插入的密度范围大于该针头在该至少一层预浸料的中心区域插入的密度范围；在一种实现方式中，至少一排该针头在该至少一层预浸料的边缘区域的密度大于该针头在该至少一层预浸料的中心区域的密度。

在一些实施例中，该预浸料包括第一片状预浸料和第二片状预浸料，该第一片状预浸料指将纤维丝浸渍在基体材料中制成的片状预浸料，该第二片状预浸料指将纤维布浸渍在基体材料中制成的片状预浸料；其中，该S31可包括：

在该模腔内，交替铺设该第一片状预浸料和该第二片状预浸料，以得到该预成型板簧。

本实施例中，通过交替铺设该第一片状预浸料和该第二片状预浸料的方式，形成该预成型板簧，相当于，复合材料板簧本体在受力的情况下，该纤维布能够减轻纤维丝承受的层间剪切，有利于避免第一片状预浸料中的纤维丝之间发生错位，进而，能够保证复合材料板簧本体的性能。可选的，该第二片状预浸料中的纤维布包括两个垂直方向上的纤维丝，该两个垂直方向上的纤维丝和第一片状预浸料中的纤维丝均成45度夹角。该45度夹角可用于提升纤维布的受力性能。

需要说明的是，本申请实施例对纤维布的具体类型不作限定。例如，本申请实施例涉及的纤维布也可以成为碳素纤维布、碳纤维布、碳纤布、碳布、碳纤维织物、碳纤维带、碳纤维片材以及预浸布等。采用碳纤维制成的复合材料具有极高的强度，超轻以及耐高温高压等特性。

在一些实施例中，该预成型板簧中的靠近该模腔的第一层片状预浸料和最后一层片状预浸料均为该第二片状预浸料。

换言之，模压成型的板簧本体的上侧和下侧均可包覆一层纤维布。

在一些实施例中，该至少一层预浸料的层数范围为1～10，该纤维段的长度范围为20～100mm。

当然，在其他可替代实施例中，该至少一层预浸料的层数范围和/或该纤维段的长度范围也可以是其他数值，本申请实施例对此不作具体限定。例如，该至少一层预浸料的层数为20。

本申请还提供了一种利用基于预浸料成型的复合材料板簧本体的制备方法所制备的复合材料板簧本体。应理解，复合材料板簧本体实施例和制备复合材料板簧本体的方法实施例可以相互对应，类似的描述可以参照复合材料的具体实施例。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本发明说明书中描述板簧本体、复合材料板簧、复合材料板簧本体均可以是树脂基纤维复合材料板簧本体。

还应理解，上述列举的制备复合材料板簧本体的方法的各实施例，可以通过机器人或者数控加工方式来执行，用于执行所述方法的设备软件或工艺可以通过执行保存在存储器中的计算机程序代码来执行上述方法。需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的制备方法，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。