一种碳纤维骨架的弹性元件的制作方法

1.本发明属于弹性体部件领域，尤其涉及一种碳纤维骨架的弹性元件。


背景技术：

2.橡胶金属复合制品(也称弹性元件)，为轨道车辆、汽车、工程等行业广泛运用的弹性减振元件，一般由橡胶和金属骨架(如碳钢、铝合金)经硫化过程粘接为一体后制成，金属零件的使用，使得产品重量相对较重。
3.碳纤维增强预浸料(以下简称“碳纤维预浸料”)经成型后(密度约1.5-1.8g/cm3)具有很高的结构强度，用来替换上述橡胶金属复合制品中的金属，可大大降低产品的重量，实现轻量化指标。
4.碳纤维预浸料与传统金属材料在结构上的主要区别为各向异性，在纤维铺层的横/纵向上强度可达普通金属的5倍以上，但在纤维铺层的法向上，受预浸料强度的影响，强度要比金属材料的弱1-2个数量级。当前碳纤维预浸料的工程化使用大多采用铺层设计，应用在框架结构、运动器材等受力状况相对良好的薄壁产品上，极少运用在受力苛刻的承力部件上。
5.因此，如何使用碳纤维预浸料代替弹性元件(橡胶金属复合制品)中的金属骨架，同时保证弹性元件能够同时满足使用功能和强度要求、以及轻量化要求是本领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明针对传统橡胶金属复合制品存在重量相对较重，难以达到轻量化要求的技术问题，提出一种碳纤维骨架的弹性元件，通过使用碳纤维预浸料代替弹性元件中的金属骨架，使得弹性元件满足轻量化要求，同时通过在制备过程中预埋金属子件，优化金属子件的设置位置以及金属子件的结构，并在制备过程中缝入纤维束等方式使得弹性元件满足使用功能和强度要求。
7.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
8.一种碳纤维骨架的弹性元件，以碳纤维预浸料作为所述弹性元件的骨架结构，先按照逐层方式铺设所述碳纤维预浸料并贴合成为所述骨架结构，再于所述碳纤维预浸料铺设方向的垂直方向缝入若干纤维束，以使所述骨架结构形成网络状纤维结构，得到碳纤维骨架；最后，在所述碳纤维骨架中粘合橡胶，经过硫化处理后，得到所述碳纤维骨架的弹性元件。
9.在一实施方式中，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为锥形、平板形或圆环形。
10.在一实施方式中，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为锥形时，所述骨架结构包括由内到外依次层叠设置的芯轴、多层隔套以及外套，在所述芯轴与隔套之间、相邻隔套之间以及所述隔套与外套之间预留间隙，用于与所述橡胶进行硫化处理；
11.所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为平板形时，所述骨架结构包括：从上到下
依次层叠设置的上板、多层隔板以及底板，在所述上板与隔板之间、相邻隔板之间以及所述隔板与底板之间预留间隙，用于与所述橡胶进行硫化处理；
12.所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为圆环形时，所述骨架结构包括由内到外依次设置的中心轴以及分瓣外套，在所述中心轴与分瓣外套之间预留间隙，用于与所述橡胶进行硫化处理；
13.其中，在进行硫化处理前，先对碳纤维骨架进行表面粗糙度处理，再涂覆粘合剂后与橡胶完成高温高压硫化过程。
14.在一实施方式中，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为锥形时，将所述金属子件预埋到所述外套和/或芯轴中，经过高温高压处理后，形成独立的外套和/或芯轴预制件；
15.所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为平板形时，将所述金属子件预埋到所述上板和/或底板中，经过高温高压处理后，形成独立的上板和/或底板预制件；
16.所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为圆环形时，将所述金属子件预埋到所述中心轴中，经过高温高压处理后，形成独立的中心轴预制件。
17.在一实施方式中，在预埋所述金属子件之前，先对所述金属子件依次进行表面清洗、粗糙度处理工序，再涂覆粘合剂后将其预埋到所述外套和/或芯轴、上板和/或底板以及中心轴中有连接要求的位置，且所述金属子件在受力方向上设计为台阶状。
18.在一实施方式中，所述高温高压处理中的温度条件为120-150℃。
19.在一实施方式中，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为锥形时，包括：
20.芯轴，所述芯轴整体呈锥形，在所述芯轴顶部和底部分别镶嵌金属子件；
21.多层隔套，所述多层隔套依次围绕所述芯轴外部设置，且在隔套与芯轴之间、相邻隔套之间设置间隙；
22.外套，所述外套围绕所述多层隔套外部设置，且在所述外套与多层隔套之间设置间隙，在所述外套顶部镶嵌金属子件；
23.橡胶，所述橡胶粘合于所述隔套与芯轴之间、相邻隔套之间以及外套与多层隔套之间设置的间隙内；
24.通过在芯轴外部依次层叠设置多层隔套和外套，并在间隙内设置橡胶，以形成锥形弹性元件，其中，所述芯轴、多层隔套以及外套为碳纤维预浸料。
25.在一实施方式中，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为平板形时，包括：
26.底板，所述底板底部镶嵌有金属子件，在所述底板上方设置有空腔，所述空腔与金属子件对应设置；
27.多层隔板，所述多层隔板共设置两组，并分别设置于所述空腔两侧，每组多层隔板依次间隔设置于所述底板上方；
28.上板，所述上板设置于所述多层隔板上方，并在所述上板与多层隔板之间设置间隙，在所述上板顶部镶嵌有金属子件；
29.橡胶，所述橡胶粘合于所述上板与多层隔板之间、相邻隔板之间以及隔板与底板之间的间隙内；
30.通过在所述底板上方依次设置多层隔板和上板，并在间隙内设置橡胶，以形成平板形弹性元件，其中，所述底板、多层隔板以及上板为碳纤维预浸料。
31.在一实施方式中，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为圆环形时，包括：
32.中心轴，所述中心轴呈圆柱形，在所述中心轴两侧镶嵌有金属子件；
33.分瓣外套，所述分瓣外套围绕所述中心轴外部设置，并在所述分瓣外套与中心轴之间设置间隙；
34.橡胶，所述橡胶粘合于所述间隙内；
35.通过在所述中心轴外部围绕设置分瓣外套，并在间隙内设置橡胶，以形成圆环形弹性元件，其中，所述中心轴和分瓣外套为碳纤维预浸料。
36.在一实施方式中，所述金属子件为钢套或钢螺钉，所述钢套或钢螺钉在受力方向设计为台阶状。
37.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
38.1、本发明提供一种碳纤维骨架的弹性元件，通过使用碳纤维预浸料代替弹性元件中的金属骨架，使得弹性元件满足轻量化要求，同时通过在制备过程中预埋金属子件，优化金属子件的设置位置以及金属子件的结构，并在制备过程中缝入纤维束等方式使得弹性元件满足使用功能和强度要求，使得弹性元件在功能和强度均能够满足使用要求的条件下，实现50％以上的减重效果；
39.2、本发明提供一种碳纤维骨架的弹性元件，通过预埋金属子件至具有网络状纤维分布的碳纤维骨架中，能够在保证弹性元件密封和连接强度的前提下，避免焊接工序，提升安全性和生产效率。
附图说明
40.图1为本发明实施例所提供的锥形弹性元件的剖面示意图；
41.图2为本发明实施例所提供的平板形弹性元件的剖面示意图；
42.图3为本发明实施例所提供的圆环形弹性元件的剖面示意图；
43.图4为本发明实施例所提供的平板形弹性元件的俯视图；
44.图5为本发明实施例所提供的在碳纤维预浸料(以芯轴为例)中缝入纤维束的结构示意图；
45.图6为本发明实施例所提供的缝入纤维束后芯轴沿a-a方向的剖面视图。
46.以上各图中：
47.1、芯轴；2、隔套；3、外套；4、橡胶；5、底板；6、隔板；7、上板；8、中心轴；9、分瓣外套；10、钢套；11、钢螺钉；12、空腔；13、纤维束。
具体实施方式
48.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。
49.显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本发明应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本发明揭
露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。
50.在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本发明所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
51.除非另作定义，本发明所涉及的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本发明所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本发明所涉及的“连接”、“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本发明所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本发明所涉及的术语“第一”、“第二”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
52.本发明一方面公开了一种碳纤维骨架的弹性元件，以碳纤维预浸料作为所述弹性元件的骨架结构，先按照逐层方式铺设所述碳纤维预浸料并贴合成为所述骨架结构，再于所述碳纤维预浸料铺设方向的垂直方向缝入若干纤维束，以使所述骨架结构形成网络状纤维结构，得到碳纤维骨架；最后，在所述碳纤维骨架中粘合橡胶，经过硫化处理后，得到所述碳纤维骨架的弹性元件。
53.上述实施方式中，本发明通过使用碳纤维预浸料代替弹性元件中的金属骨架，使得弹性元件满足轻量化要求。
54.进一步的，若干纤维束的缝入方式如附图5-6所述，其中图5为在碳纤维预浸料中缝入纤维束13的示意图(以芯轴1为例)，图6为缝入纤维束后的芯轴1沿a-a方向的剖面视图，本发明缝入若干纤维束13的原因：形成网络状的纤维结构，强化碳纤维预浸料铺层与铺层之间相对薄弱的连接，从而增加结构强度。此外，缝入纤维束的方式包括但不限于参照附图5所示方向的横向和/或纵向呈曲线型图案。此外，硫化处理的处理温度为常规弹性元件的硫化温度。
55.进一步的，碳纤维骨架的弹性元件结构形式为锥形、平板形或圆环形，可以理解的是，本发明所提供的碳纤维骨架的弹性元件结构形式包括但不限于上述三种形式。
56.进一步的，碳纤维骨架的弹性元件结构形式为锥形时，参考附图1，骨架结构包括由内到外依次层叠设置的芯轴1、多层隔套2以及外套3，在芯轴1与隔套2之间、相邻隔套2之间以及隔套2与外套3之间预留间隙，用于与橡胶4进行硫化处理；
57.碳纤维骨架的弹性元件结构形式为平板形时，参考附图2，骨架结构包括：从上到下依次层叠设置的上板7、多层隔板6以及底板5，在上板7与隔板6之间、相邻隔板6之间以及
隔板6与底板5之间预留间隙，用于与橡胶4进行硫化处理；
58.碳纤维骨架的弹性元件结构形式为圆环形时，参考附图3-4，骨架结构包括由内到外依次设置的中心轴8以及分瓣外套9，在中心轴8与分瓣外套9之间预留间隙，用于与橡胶4进行硫化处理；
59.其中，在进行硫化处理前，先对碳纤维骨架进行表面粗糙度处理，再涂覆粘合剂后与橡胶4完成硫化过程，粘合剂选用能够满足碳纤维预浸料与橡胶粘合特性要求的粘合剂。
60.进一步的，碳纤维骨架的弹性元件结构形式为锥形时，为了避免碳纤维预浸料的纤维中断带来的结构强度削弱，将金属子件预埋到外套3和/或芯轴1中，经过高温高压处理后，形成独立的外套3和/或芯轴1预制件；
61.碳纤维骨架的弹性元件结构形式为平板形时，为了避免碳纤维预浸料的纤维中断带来的结构强度削弱，将金属子件预埋到上板7和/或底板5中，经过高温高压处理后，形成独立的上板7和/或底板5预制件；
62.碳纤维骨架的弹性元件结构形式为圆环形时，为了避免碳纤维预浸料的纤维中断带来的结构强度削弱，将金属子件预埋到中心轴8中，经过高温高压处理后，形成独立的中心轴8预制件。
63.进一步的，在预埋金属子件之前，先对金属子件依次进行表面清洗、粗糙度处理工序，再涂覆粘合剂(选用满足碳纤维预浸料和金属粘合特性的粘合剂)后将其预埋到外套3和/或芯轴1、上板7和/或底板5以及中心轴8中有连接要求的位置，且金属子件在受力方向上设计为台阶状，以确保金属子件能够稳固地嵌入到碳纤维预浸料中，从而提高结构的稳定性，使得弹性元件满足使用要求和强度要求。
64.进一步的，高温高压处理中的温度条件为120-150℃，具体可选择120℃、130℃、140℃、150℃或上述限定范围的任意数值均落在本发明的保护范围之内。
65.进一步的，附图1为根据本发明实施例的锥形弹性元件的剖面示意图。参考附图1所示，该碳纤维骨架的弹性元件至少包括：芯轴1、多层隔套2、外套3以及橡胶4；其中，芯轴1整体呈锥形，在芯轴1顶部和底部分别镶嵌金属子件，能够有效避免碳纤维预浸料的纤维中断带来的结构强度削弱，提升弹性元件的结构强度；多层隔套2依次围绕芯轴1外部设置(在其中一些实施例中，多层隔套2具体可选用两层)，且在隔套2与芯轴1之间、相邻隔套2之间设置间隙；外套3围绕多层隔套2外部设置，且在外套3与多层隔套2之间设置间隙，在外套3顶部镶嵌金属子件，达到提升弹性元件结构稳定性的目的；橡胶4粘合于隔套2与芯轴1之间、相邻隔套2之间以及外套3与多层隔套2之间设置的间隙内；通过在芯轴1外部依次层叠设置多层隔套2和外套3，并在间隙内设置橡胶4，以形成如附图1所示的锥形弹性元件，其中，芯轴1、多层隔套2以及外套3为碳纤维预浸料，通过使用碳纤维预浸料，使得弹性元件达到轻量化目的。
66.进一步的，结合附图1，本发明实施例提供了一种上述锥形弹性元件的使用方法，具体为：
67.使用时，外套3通过钢套10与外接系统的一端固定，芯轴1通过钢套10与外接系统的另一端固定，那么，振动在自芯轴端至外套端的传输过程中，经过了橡胶4的作用，得到了一定的缓冲；起支撑作用的碳纤维预浸料骨架，则由于特定的结构和尺寸，对橡胶4的运动起到限制和支撑的作用，从而能够满足不同方向(固定芯轴端，在外套端施加x向的平动、z
向的平动、沿z-z轴的转动、沿x-x轴的转动)上的刚度要求。具备锥型结构的弹性元件，x方向和y方向具有相同的刚度，且一般z方向刚度与x方向刚度具有相同的数量级。
68.进一步的，附图2为根据本发明实施例的平板形弹性元件的剖面示意图。参考附图2所示，该碳纤维骨架的弹性元件至少包括：底板5、多层隔板6、上板7以及橡胶4；其中，底板5底部镶嵌有金属子件(钢套10)，能够有效避免碳纤维预浸料的纤维中断带来的结构强度削弱，提升弹性元件的结构强度，在底板5上方设置有空腔12，空腔12与金属子件对应设置；多层隔板6共设置两组(在其中一些实施例中，多层隔板6可选用两层)，并分别设置于空腔12两侧，每组多层隔板6依次间隔设置于底板5上方；上板7设置于多层隔板6上方，并在上板7与多层隔板6之间设置间隙，在上板7顶部镶嵌有金属子件(钢螺钉11)，达到提升弹性元件结构稳定性的目的；橡胶4粘合于上板7与多层隔板6之间、相邻隔板6之间以及隔板6与底板5之间的间隙内；通过在底板5上方依次设置多层隔板6和上板7，并在间隙内设置橡胶4，以形成如附图2所示的平板形弹性元件，其中，底板5、多层隔板6以及上板7为碳纤维预浸料，通过使用碳纤维预浸料，使得弹性元件达到轻量化目的。
69.进一步的，结合附图2，本发明实施例提供了一种上述平板形弹性元件的使用方法，具体为：
70.使用时，上板7组成通过钢螺钉11与外接系统的一端固定，底板5组成通过钢套10插入外接系统的另一端，为保证固定和密封，钢套10的端部凹槽上需要安装密封圈。这样，振动在自底板组成端至上板组成端的传输过程中，经过了橡胶4的作用，得到了一定的缓冲；起支撑作用的碳纤维预浸料骨架，则由于特定的结构和尺寸，对橡胶4的运动起到限制和支撑的作用，从而能够满足不同方向(固定底板组成端，在上板组成端施加x向的平动、z向的平动、沿z-z轴的转动、沿x-x轴的转动)上的刚度要求。具备平板型结构的弹性元件，x方向和y方向具有相同的刚度，且具有较大的z向刚度和较小的x向刚度。
71.进一步的，附图3-4分别为根据本发明实施例的圆环形弹性元件的剖面示意图及俯视图。参考附图3-4所示，该碳纤维骨架的弹性元件至少包括：中心轴8、分瓣外套9以及橡胶4；其中，中心轴8呈圆柱形，两端有凸起，在中心轴8两侧(即两侧凸起)镶嵌有金属子件，能够有效避免碳纤维预浸料的纤维中断带来的结构强度削弱，提升弹性元件的结构强度；分瓣外套9围绕中心轴8外部设置，并在分瓣外套9与中心轴8之间设置间隙；橡胶4粘合于间隙内；通过在中心轴8外部围绕设置分瓣外套9，并在间隙内设置橡胶4，以形成如附图3-4所示的圆环形弹性元件，其中，中心轴8和分瓣外套9为碳纤维预浸料，通过使用碳纤维预浸料，使得弹性元件达到轻量化目的。
72.进一步的，结合附图3-4，本发明实施例提供了一种上述圆环形弹性元件的使用方法，具体为：
73.使用时，将分瓣圆环型弹性元件以一定的过盈量压入外接安装座(外接系统的一端)中，预留的几个周向缺口为橡胶向圆心的变形提供了空间，这样，弹性的橡胶就具备了一定的预应力(向外的张力)，分瓣圆环型弹性元件的分瓣外套9可以实现与外接安装座的牢固安装，中心轴8也通过一定的固定方式固定于外接系统的另一端。振动在自中心轴8一端至分瓣外套9一端的传输过程中，经过了橡胶4的作用，得到了一定的缓冲；起支撑作用的碳纤维预浸料骨架，则由于特定的结构和尺寸，对橡胶4的运动起到限制和支撑的作用，从而能够满足不同方向(固定中心轴端，在被向心挤缩了的外套端施加x向的平动、y向的平
动、沿y-y轴的转动、沿x-x轴的转动)上的刚度要求。具备分瓣圆环型结构的弹性元件，z方向和x方向具有相同的刚度，且z方向刚度要远远大于x向刚度，一般很容易跨数量级。
74.进一步的，金属子件为钢套10或钢螺钉11，钢套10或钢螺钉11在受力方向设计为台阶状。
75.此外，为进一步证明本发明的碳纤维骨架的弹性元件能够满足使用要求和强度要求，本次试验对以上三种形式的弹性元件进行性能测试和性能仿真，具体如下：
76.(1)碳纤维预浸料的密度实测1.5-1.8g/cm3、碳钢密度7.85g/cm3，采用传统碳钢进行弹性元件的制备时，重量分别为30.39kg(锥形)、25.98kg
77.(平板形)、10.36kg(圆环形)；当采用碳纤维预浸料进行弹性元件的制备时，重量分别为10.30kg(锥形)、11.91kg(平板形)、2.60kg(圆环形),减重幅度依次为66.11％(锥形)、54.16％(平板形)、74.90％(圆环形)，轻量化效果明显。
78.(2)按gb/t 7760-2003《硫化橡胶或热塑性橡胶与硬质板材粘合强度的测定90
°
剥离法》分别进行橡胶与碳钢、橡胶与碳纤维预浸料粘合强度的测试，剥离强度依次为：9.49-21.92n/mm、11.8-18.6n/mm，表明采用本发明所提供的制备方法，粘接强度与采用常规碳钢相当，可满足使用要求；
79.(3)采用有限元仿真的方法，对以上三种形式的弹性元件进行刚度性能和疲劳性能仿真，技术条件按tb/t 2843-2015《机车车辆用橡胶弹性元件通用技术条件》中表4进行，均能通过刚度和疲劳校核。
80.综上，经测试和仿真分析发现，本发明所提供的碳纤维骨架的弹性元件在刚度性能、疲劳性能、与橡胶的粘接性能等指标与目前市售的金属骨架(常规为碳钢)弹性元件性能一致的前提下，重量减轻50％以上。
81.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
82.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种碳纤维骨架的弹性元件，其特征在于，以碳纤维预浸料作为所述弹性元件的骨架结构，先按照逐层方式铺设所述碳纤维预浸料并贴合成为所述骨架结构，再于所述碳纤维预浸料铺设方向的垂直方向缝入若干纤维束，以使所述骨架结构形成网络状纤维结构，得到碳纤维骨架；最后，在所述碳纤维骨架中粘合橡胶，经过硫化处理后，得到所述碳纤维骨架的弹性元件。2.根据权利要求1所述的碳纤维骨架的弹性元件，其特征在于，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为锥形、平板形或圆环形。3.根据权利要求2所述的碳纤维骨架的弹性元件，其特征在于，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为锥形时，所述骨架结构包括由内到外依次层叠设置的芯轴、多层隔套以及外套，在所述芯轴与隔套之间、相邻隔套之间以及所述隔套与外套之间预留间隙，用于与所述橡胶进行硫化处理；所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为平板形时，所述骨架结构包括：从上到下依次层叠设置的上板、多层隔板以及底板，在所述上板与隔板之间、相邻隔板之间以及所述隔板与底板之间预留间隙，用于与所述橡胶进行硫化处理；所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为圆环形时，所述骨架结构包括由内到外依次设置的中心轴以及分瓣外套，在所述中心轴与分瓣外套之间预留间隙，用于与所述橡胶进行硫化处理；其中，在进行所述硫化处理前，先对所述碳纤维骨架进行表面粗糙度处理，再涂覆粘合剂后与橡胶完成硫化过程。4.根据权利要求3所述的碳纤维骨架的弹性元件，其特征在于，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为锥形时，将所述金属子件预埋到所述外套和/或芯轴中，经过高温高压处理后，形成独立的外套和/或芯轴预制件；所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为平板形时，将所述金属子件预埋到所述上板和/或底板中，经过高温高压处理后，形成独立的上板和/或底板预制件；所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为圆环形时，将所述金属子件预埋到所述中心轴中，经过高温高压处理后，形成独立的中心轴预制件。5.根据权利要求4所述的碳纤维骨架的弹性元件，其特征在于，在预埋所述金属子件之前，先对所述金属子件依次进行表面清洗、粗糙度处理工序，再涂覆粘合剂后将其预埋到所述外套和/或芯轴、上板和/或底板以及中心轴中有连接要求的位置，且所述金属子件在受力方向上设计为台阶状。6.根据权利要求4所述的碳纤维骨架的弹性元件，其特征在于，所述高温高压处理中的温度条件为120-150℃。7.根据权利要求2所述的碳纤维骨架的弹性元件，其特征在于，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为锥形时，包括：芯轴，所述芯轴整体呈锥形，在所述芯轴顶部和底部分别镶嵌金属子件；多层隔套，所述多层隔套依次围绕所述芯轴外部设置，且在隔套与芯轴之间、相邻隔套之间设置间隙；外套，所述外套围绕所述多层隔套外部设置，且在所述外套与多层隔套之间设置间隙，在所述外套顶部镶嵌金属子件；
橡胶，所述橡胶粘合于所述隔套与芯轴之间、相邻隔套之间以及外套与多层隔套之间设置的间隙内；通过在芯轴外部依次层叠设置多层隔套和外套，并在间隙内设置橡胶，以形成锥形弹性元件，其中，所述芯轴、多层隔套以及外套为碳纤维预浸料。8.根据权利要求2所述的碳纤维骨架的弹性元件，其特征在于，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为平板形时，包括：底板，所述底板底部镶嵌有金属子件，在所述底板上方设置有空腔，所述空腔与金属子件对应设置；多层隔板，所述多层隔板共设置两组，并分别设置于所述空腔两侧，每组多层隔板依次间隔设置于所述底板上方；上板，所述上板设置于所述多层隔板上方，并在所述上板与多层隔板之间设置间隙，在所述上板顶部镶嵌有金属子件；橡胶，所述橡胶粘合于所述上板与多层隔板之间、相邻隔板之间以及隔板与底板之间的间隙内；通过在所述底板上方依次设置多层隔板和上板，并在间隙内设置橡胶，以形成平板形弹性元件，其中，所述底板、多层隔板以及上板为碳纤维预浸料。9.根据权利要求2所述的碳纤维骨架的弹性元件，其特征在于，所述碳纤维骨架的弹性元件结构形式为圆环形时，包括：中心轴，所述中心轴呈圆柱形，在所述中心轴两侧镶嵌有金属子件；分瓣外套，所述分瓣外套围绕所述中心轴外部设置，并在所述分瓣外套与中心轴之间设置间隙；橡胶，所述橡胶粘合于所述间隙内；通过在所述中心轴外部围绕设置分瓣外套，并在间隙内设置橡胶，以形成圆环形弹性元件，其中，所述中心轴和分瓣外套为碳纤维预浸料。10.根据权利要求7-9中任一项所述的碳纤维骨架的弹性元件，其特征在于，所述金属子件为钢套或钢螺钉，所述钢套或钢螺钉在受力方向设计为台阶状。

技术总结
本发明提出一种碳纤维骨架的弹性元件，属于弹性体部件领域，能够解决传统橡胶金属复合制品存在重量相对较重，难以达到轻量化要求的问题。其中，碳纤维骨架的弹性元件以碳纤维预浸料作为弹性元件的骨架结构，先按照逐层方式铺设碳纤维预浸料并贴合成为所述骨架结构，再于碳纤维预浸料铺设方向的垂直方向缝入若干纤维束，以使骨架结构形成网络状纤维结构，得到碳纤维骨架；最后，在碳纤维骨架中粘合橡胶，经过硫化处理后，得到碳纤维骨架的弹性元件。本发明能够应用于弹性元件设计和制造方面。本发明能够应用于弹性元件设计和制造方面。本发明能够应用于弹性元件设计和制造方面。


技术研发人员：赵国艳 仉素君 孙军平 高志桦 巩永强 樊令举
受保护的技术使用者：中车青岛四方车辆研究所有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/21