用碳纤维预浸料补强来提高铝质悬架转向节的刚性

在汽车或卡车中，用于转向和悬架系统的连接部件，直接影响着车辆的行驶平顺性、耐久性和驾驶性。因此，这些部件的性能，直接关系着驾驶员对车辆质量的感知。其中的一个部件是悬架转向节，它将上、下悬架部件固定到车轮支撑总成上，而且是车轮主轴和轮毂的安装点。因此，刚性和耐久性是评价该部件的两个主要性能指标。

法国Saint Jean Industries公司与其附近的Hexcel Les Avenières(美国赫氏公司的欧洲碳纤维增强材料卓越中心)合作，开发了一种“碳纤维/铝”的混合材料的悬架转向节，相比全铝的转向节，其刚性增加了26%。作为为汽车、航空、摩托车、重型卡车和工业应用领域提供零部件的全球供应商，Saint Jean Industries公司是使用钛、铝和高强钢的轻量化解决方案的领导者。

比如，该公司专利的COBAPRESS技术，通过对铸造和锻造技术的综合应用，而在铝部件中实现了更高的性能和更轻的质量。对此转向节而言，该公司需要的是铝一般的重量和铸铁一般的刚性，而这正是碳纤维能够带来的不同之处。这种“铝/CFRP”混合材料的部件并没有让部件的体积增大，而只是在部件上增加了几毫米的厚度，从而能够适应紧凑的安装空间限制，同时还允许单独的一种部件设计能够在一个汽车系列的多款车型中得到应用。这一设计是与赫氏联合开发的。这种预浸料补强由多层用于汽车结构的单向HexPly M77快速固化环氧预浸料组成，每一层都按不同的方向铺放。

Saint Jean Industries公司的技术总监Lionel Duperray 解释说：“转向节上的载荷很复杂，包括针对耐久性的冲击载荷和疲劳载荷。为此，我们建立了一个有限元分析模型(FEM)，但我们没有复合材料方面的专业知识，所以我们与赫氏分享了我们的模型。他们根据我们的设计和负载要求，利用他们自己的FEM经验，开发了复合材料的铺放叠层。”

这种预浸料补强，还提高了转向节在失效前的最大强度，它是采用赫氏新的Redux 677快速固化环氧胶膜而被粘接到铝质转向节上。这种环氧胶膜专为金属/碳纤维复合材料结构的大批量模压成型而开发，可防止碳与铝的直接接触，从而消除了电偶腐蚀的风险。

在汽车的大批量生产中，赫氏拥有开发和生产预浸料补强的技术，典型的产率是每分钟一个补强。Saint Jean Industries公司首先采用其COBAPRESS工艺制造包括转向节在内的所有铝部件，该公司每年生产的部件超过1500万个。然后，清洗部件以准备好可用于粘接的表面。接着，将预浸料补强放到部件上，然后在大约150℃的温度下在一台模压机中固化，这对铝的微观结构是没有影响的。

该公司能够在不到2min的时间内应用并固化这种补强，从而轻易地就适应了其生产转向节的自动化加工节拍。这种补强的转向节目前还处在开发的试生产阶段。Duperray表示，他们需要一种粘接工具来压住补强，粘接工具的成本类似于该公司为铸造和锻压工具项目投入的成本。