CN107866989B - 一种复合材料吸能盒及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车碰撞吸能领域，尤其涉及一种复合材料吸能盒及其制造方法。包括金属内筒，金属内筒上设置有溃缩槽，该复合材料吸能盒为多层结构，包括内筒、外筒、支撑板；内筒为铝合金，外筒为多层玻璃纤维加碳纤维，支撑板为多层玻璃纤维；在内筒内表面设置1‑5条溃缩槽，内筒安装在外筒内，外筒的长度大于内筒的长度，在外筒筒壁由内表面向外依次设置防腐隔离层、碳纤维和玻璃纤维加强层，在外筒外表面设置破坏引发层，在外筒一端设置破坏引发角，外筒的外侧设置支撑板，支撑板伸出外筒带有引发角一端的端面，支撑板上设置多个减弱孔。本发明使用了碳纤维、玻璃纤维等轻质材料，使得吸能盒重量减轻了45％，比吸能率从20kj/kg左右增加到了60kj/kg左右。

Description

一种复合材料吸能盒及其制造方法

技术领域

本发明属于汽车碰撞吸能领域，尤其涉及一种复合材料吸能盒及其制造方法。

背景技术

随着汽车碰撞安全防护、汽车轻量化要求越来越高，进一步提高吸能盒比吸能率、减轻吸能盒重量、增加吸能盒防护层次成为亟待解决的关键问题，传统吸能盒使用钢、铝合金等材料，密度高、质量大，单位质量的比吸能率很低，而且结构一般为单层薄壁圆筒，只能满足中高碰撞速度的防护要求，对于低、中碰撞速度下的碰撞则无能为力，维修和更换成本较高，急需得到改进和提升。

发明内容

本发明的目的是：提供一种比吸能率高、能满足低速、中速、高速等不同碰撞速度下防护要求的复合材料吸能盒及其制造方法。

本发明的技术方案是：

包括金属内筒，金属内筒上设置有溃缩槽，该复合材料吸能盒为多层结构，包括内筒、外筒、支撑板；内筒为铝合金，外筒为多层玻璃纤维加碳纤维，支撑板为多层玻璃纤维；

在内筒内表面设置1-5条溃缩槽，内筒安装在外筒内，外筒的长度大于内筒的长度，在外筒筒壁由内表面向外依次设置防腐隔离层、碳纤维和玻璃纤维加强层，在外筒外表面设置破坏引发层，在外筒一端设置破坏引发角，外筒的外侧设置支撑板，支撑板伸出外筒带有引发角一端的端面，支撑板上设置多个减弱孔。

所述溃缩槽为环向布置。

所述的防腐隔离层为玻璃纤维层。

所述的破坏引发层为玻璃纤维层。

所述的破坏引发角为单面向外45度斜角。

所述的减弱孔为环向排列，形状为圆形，减弱孔数量最少1个，最多3个；

所述的内筒一端的端面与所述的外筒破坏引发角的底面平齐。

所述的支撑板为45度圆柱壳。

制备复合材料吸能盒的方法是加工内筒，制备外筒模具、支撑板模具，两个模具均为圆柱形，

1)在所述的外筒模具上铺覆防腐隔离层；

2)在防腐隔离层上铺覆碳纤维和玻璃纤维加强层；

3)在所述碳纤维和玻璃纤维加强层上铺覆破坏引发层；

4)用真空袋对铺覆完成的外筒模具进行包裹，真空袋具有注胶孔和抽真空孔；

5)对真空袋同时进行注胶和抽真空，胶为环氧树脂或聚氨脂，真空度大于0.095MPa；

6)对外筒模具进行加热固化形成外筒；

7)在所述的支撑板模具上铺覆玻璃纤维层；

8)用真空袋对支撑板模具进行包裹，真空袋具有注胶孔和抽真空孔；

9)对真空袋同时进行注胶和抽真空，胶为环氧树脂或聚氨脂，真空度大于0.095MPa；

10)对支撑板模具进行加热固化形成支撑板；

11)机械加工对外筒开破坏引发角；

12)机械加工对支撑板开减弱孔；

13)组装复合材料吸能盒，将内筒、外筒、支撑板胶结成型。

内筒、外筒、支撑板之间胶黏剂厚度不小于2mm，且剪切强度小于1MPa。

本发明的优点是：采用本发明复合材料吸能盒，使用了碳纤维、玻璃纤维等轻质材料，使得吸能盒重量减轻了45％，比吸能率从20kj/kg左右增加到了60kj/kg左右，外筒内表面设置防腐隔离层，克服了内筒和外筒间的电化学腐蚀问题，使得吸能盒储存期限大大提高，外筒中间设置碳纤维和玻璃纤维加强层，可以提高外筒的吸能效果，外筒外表面设置强度较弱的破坏引发层、外筒一端设置单面向外倒角的破坏引发角、内筒设置溃缩槽，可以引发外筒和内筒的破坏变形变形充分吸收中高碰撞速度下的撞击能量，内筒的溃缩变形可以引导和支撑外筒的开花状变形，保证整个变形吸能过程的稳定，支撑板上设置减弱孔，可以通过开孔压缩破坏吸收低速碰撞能量，从而实现汽车碰撞的逐级稳定防护，内筒、外筒、支撑板之间较厚较弱的胶层可以减少破坏变形间的相互影响，并易于实现低速碰撞后支撑板的维修和更换。

附图说明

图1、图2为本发明结构示意图。

图3为本发明结构制造示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2、图3所示，一种复合材料吸能盒，包括金属内筒1，金属内筒1上设置有溃缩槽11，其特征在于，该复合材料吸能盒为多层结构，包括内筒1、外筒2、支撑板3；内筒1为铝合金，外筒2为多层玻璃纤维加碳纤维，支撑板3为多层玻璃纤维；

在内筒1内表面设置溃缩槽11，溃缩槽11的宽度为3-15mm用以保证内筒1和外筒2的破坏应力协调一致，溃缩槽11的数量可以根据要求从1-10条之间选择，用以引导内筒1的溃缩变形，溃缩槽11设置在内筒1内表面，可以避免内筒1溃缩变形过程中与外筒2破坏变形的冲突，内筒1安装在外筒2内，内筒1和外筒2一端平齐，且外筒2的长度大于内筒1的长度，在外筒2筒壁由内表面向外依次设置防腐隔离层21、碳纤维和玻璃纤维加强层22，在外筒2外表面设置破坏引发层23，在外筒2长出内筒1的一端设置破坏引发角24，破坏引发层23、破坏引发角24的作用是引导外筒2在碰撞时开始破坏变形，外筒2的外侧设置支撑板3，内筒1、外筒2和支撑板3在同一端平齐，支撑板3伸出外筒2带有引发角24一端的端面，支撑板3上设置多个减弱孔31。

所述溃缩槽11为环向或者斜向等间距布置，一般环向等间距最好。

所述的防腐隔离层21用以隔离金属内筒1和外筒2碳纤维的电化学腐蚀，可以为玻璃纤维层等。

所述的破坏引发层23要求强度较弱，可以为玻璃纤维层、聚酯纤维层等。

所述的破坏引发角24为单面向外的斜角，角度从0度到90度根据要求选择，一般45度最好。

所述的减弱孔31可以为圆形或者椭圆形，减弱孔数量为1-5个，共1排，排列方式为环向排列；

所述的内筒1一端的端面与所述的外筒2破坏引发角的底面平齐。

所述的支撑板3为圆柱壳，角度从15-60度之间选择，一般45度最好。

制备复合材料吸能盒的方法是，加工内筒1，制备外筒模具4、支撑板模具5，两个模具均为圆柱形，

1)在所述的外筒模具4上铺覆防腐隔离层21，一般为1-2层，铺层角度一般为0度或者±45度；

2)在防腐隔离层21上铺覆碳纤维和玻璃纤维加强层22，厚度为2-5mm，铺层角度为0度、±45或者90度，碳纤维层、玻璃纤维层的数量和顺序根据吸能要求和材料特性进行优化组合；

3)在所述碳纤维和玻璃纤维加强层22上铺覆破坏引发层23，一般为1-2层，铺层角度一般为0度或者±45度；

4)用真空袋对铺覆完成的外筒模具4进行包裹，真空袋具有注胶孔和抽真空孔；

5)对真空袋同时进行注胶和抽真空，胶为环氧树脂或聚氨脂，真空度一般要求大于0.08MPa，最好大于0.095MPa；

6)对外筒模具4进行加热固化形成外筒2；

7)在所述的支撑板模具5上铺覆玻璃纤维层51，数量为2-10层，厚度为1-3mm，铺层角度一般为0度；

8)用真空袋对支撑板模具5进行包裹，真空袋具有注胶孔和抽真空孔；

9)对真空袋同时进行注胶和抽真空，胶为环氧树脂或聚氨脂，真空度要求大于0.08MPa，最好大于0.095MPa；

10)对支撑板模具5进行加热固化形成支撑板3；

12)机械加工对外筒2开破坏引发角24；

13)机械加工对支撑板3开减弱孔31；

10)组装复合材料吸能盒，将内筒1、外筒2、支撑板3胶结成型。

内筒1、外筒2、支撑板3之间胶黏剂厚度最小为1mm，最好大于2mm，剪切强度小于2MPa，最好小于1MPa。

实施例

(1)如图1、图2、图3所示，一种复合材料吸能盒，包括金属内筒1，金属内筒1上设置有溃缩槽11，其特征在于，该复合材料吸能盒为多层结构，包括内筒1、外筒2、支撑板3；内筒1为铝合金，厚2mm，外筒2为2层玻璃纤维四轴布(编织方向为0°\±45°\90°)加7层碳纤维双轴布(编织方向为0°\90°)，厚4.988mm，支撑板3为3层玻璃纤维四轴布(编织方向为0°\±45°\90°)，厚1.812mm；

在内筒1内表面设置溃缩槽11，溃缩槽11的宽度为5mm，溃缩槽11的数量为1条，内筒1安装在外筒2内，内筒1和外筒2一端平齐，且外筒2比内筒1长4.988mm，在外筒2筒壁由内表面向外依次设置防腐隔离层21、碳纤维和玻璃纤维加强层22，在外筒2外表面设置破坏引发层23，在外筒2长出内筒1的一端设置破坏引发角24，外筒2的外侧设置支撑板3，内筒1、外筒2和支撑板3在同一端平齐，支撑板3伸出外筒2带有引发角24一端的端面，支撑板3上设置多个减弱孔31。

进一步的，所述溃缩槽11为环向布置，位置在内筒1纵向中间。

进一步的，所述防腐隔离层21为玻璃纤维层。

进一步的，所述破坏引发层23为玻璃纤维层。

进一步的，所述破坏引发角24为单面向外的45度斜角。

进一步的，所述减弱孔31为圆形，减弱孔数量为1个，共1排，排列方式为环向排列；

进一步的，所述内筒1一端的端面与所述的外筒2破坏引发角的底面平齐。

进一步的，所述支撑板3为45度圆柱壳。

(2)如图3所示，一种制备复合材料吸能盒的方法，其特征在于，加工内筒1，制备外筒模具4、支撑板模具5，两个模具均为圆柱形，

1)在所述的外筒模具4上铺覆防腐隔离层21，为1层玻璃纤维四轴布，厚度为0.604mm，铺层角度为0度；

2)在防腐隔离层21上铺覆碳纤维和玻璃纤维加强层22，为7层碳纤维双轴布，厚度为3.78mm，铺层角度为0度；

3)在所述碳纤维和玻璃纤维加强层22上铺覆破坏引发层23，为1层玻璃纤维四轴布，厚度为0.604mm，铺层角度为0度；

4)用真空袋对铺覆完成的外筒模具4进行包裹，真空袋具有注胶孔和抽真空孔；

5)对真空袋同时进行注胶和抽真空，胶为环氧树脂，真空度为0.098MPa；

6)对外筒模具4进行加热固化形成外筒2；

7)在所述的支撑板模具5上铺覆玻璃纤维层51，为3层玻璃纤维四轴布，厚度为1.812mm，铺层角度为0度；

8)用真空袋对支撑板模具5进行包裹，真空袋具有注胶孔和抽真空孔；

9)对真空袋同时进行注胶和抽真空，胶为环氧树脂，真空度为0.098MPa；

10)对支撑板模具5进行加热固化形成支撑板3；

12)机械加工对外筒2开破坏引发角24；

13)机械加工对支撑板3开减弱孔31；

10)组装复合材料吸能盒，将内筒1、外筒2、支撑板3胶结成型。

进一步的，内筒1、外筒2、支撑板3之间胶黏剂厚度为2mm，剪切强度为0.5MPa。

Claims (10)

1.一种复合材料吸能盒，包括金属内筒，金属内筒上设置有溃缩槽，其特征在于，该复合材料吸能盒为多层结构，包括内筒、外筒、支撑板；内筒为铝合金，外筒为多层玻璃纤维加碳纤维，支撑板为多层玻璃纤维；

在内筒内表面设置1-5条溃缩槽，内筒安装在外筒内，外筒的长度大于内筒的长度，在外筒筒壁由内表面向外依次设置防腐隔离层、碳纤维和玻璃纤维加强层，在外筒外表面设置破坏引发层，在外筒一端设置破坏引发角，外筒的外侧设置支撑板，支撑板伸出外筒带有引发角一端的端面，支撑板上设置多个减弱孔。

2.根据权利要求1所述的复合材料吸能盒，其特征在于：所述溃缩槽为环向布置。

3.根据权利要求1所述的复合材料吸能盒，其特征在于：所述的防腐隔离层为玻璃纤维层。

4.根据权利要求1所述的复合材料吸能盒，其特征在于：所述的破坏引发层为玻璃纤维层。

5.根据权利要求1所述的复合材料吸能盒，其特征在于：所述的破坏引发角为单面向外45度斜角。

6.根据权利要求1所述的复合材料吸能盒，其特征在于：所述的减弱孔为环向排列，形状为圆形，减弱孔数量最少1个，最多3个。

7.根据权利要求1所述的复合材料吸能盒，其特征在于：所述的内筒一端的端面与所述的外筒破坏引发角的底面平齐。

8.根据权利要求1所述的复合材料吸能盒，其特征在于：所述的支撑板为45度圆柱壳。

9.一种制备权利要求1所述的复合材料吸能盒的方法，其特征在于，加工内筒，制备外筒模具、支撑板模具，两个模具均为圆柱形，

1)在所述的外筒模具上铺覆防腐隔离层；

2)在防腐隔离层上铺覆碳纤维和玻璃纤维加强层；

3)在所述碳纤维和玻璃纤维加强层上铺覆破坏引发层；

4)用真空袋对铺覆完成的外筒模具进行包裹，真空袋具有注胶孔和抽真空孔；

5)对真空袋同时进行注胶和抽真空，胶为环氧树脂或聚氨脂，真空度大于0.095MPa；

6)对外筒模具进行加热固化形成外筒；

7)在所述的支撑板模具上铺覆玻璃纤维层；

8)用真空袋对支撑板模具进行包裹，真空袋具有注胶孔和抽真空孔；

9)对真空袋同时进行注胶和抽真空，胶为环氧树脂或聚氨脂，真空度大于0.095MPa；；

10)对支撑板模具进行加热固化形成支撑板；

11)机械加工对外筒开破坏引发角；

12)机械加工对支撑板开减弱孔；

13)组装复合材料吸能盒，将内筒、外筒、支撑板胶结成型。

10.根据权利要求9所述的制备复合材料吸能盒的方法，其特征在于：内筒、外筒、支撑板之间胶黏剂厚度不小于2mm，且剪切强度小于1MPa。

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