CN108263476A - 铆接碳纤维缠绕结构件及其环接制备的立体框架和应用 - Google Patents

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张平
张一平
马钰尧
胡匡
胡一匡
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Abstract

本发明涉及一种铆接碳纤维缠绕结构件及其环接制备的立体框架和应用，一种铆接碳纤维缠绕结构件，所述铆接碳纤维缠绕结构件为连续碳纤维制备的蜂窝状复合材料管，蜂窝状复合材料管的蜂窝孔为连续碳纤维缠绕复合材料管，至少两根构成整体一束，相邻的缠绕管相互接触部位通过铆钉铆接在一起，从而使相邻的缠绕管连接在一起，构成整体的蜂窝状复合材料管。碳纤维能够承受很大拉力，且不会变形，但是做成实心的话，不仅会浪费材料，增加重量，而且性能提高也不大，本发明根据管的粗细以及受力来设计，从而达到最优发挥碳纤维承受很大拉力这一性能；采用碳纤维缠绕结构件制备的立体框架质量轻、刚度高、安全性好，能够作为汽车、客车和座椅的骨架。

Description

铆接碳纤维缠绕结构件及其环接制备的立体框架和应用
技术领域
本发明涉及一种铆接碳纤维缠绕结构件及其环接制备的立体框架和应用。
背景技术
碳纤维具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、质量轻、能够承受很大拉力等显著高于钢、铝等的特性，属于典型的高性能纤维，相对于传统的金属材料具有压倒性的优势。碳纤维除单独使用作为绝热保温材料外，通常作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成碳纤维复合材料。碳纤维复合材料作为结构件使用时需要设计合理的复合材料受力结构，才能充分发挥碳纤维能够承受很大拉力这一优点。
汽车、客车的车架都为立体框架，车架的作用是承受载荷，包括汽车自身零部件的重量和行驶时所受的冲击、扭曲、惯性力等。现有技术中，汽车车架结构一般为大梁式车架和承载式车架，大梁式车架将粗壮的钢梁焊接或铆合起来成为一个钢架，然后在这个钢架上安装引擎、悬架、车身等部件，大梁式车架的钢制大梁质量沉重，车架重量占去全车总重的相当部分；承载式车架由钢（较先进的是铝）经冲压、焊接而成，对设计和生产工艺的要求都很高，产品质量不易控制，生产工序繁琐，且整个车架结构刚性强度不足。
随着节能、环保逐渐成为汽车行业关注的重要课题，人们开始考虑汽车的轻量化发展。汽车的轻量化能够降低汽车的整备质量，不仅能够节约原材料，降低汽车生产成本，而且还能降低燃油油耗，节能环保。因此，人们开始尝试用更轻质、强度更好的复合材料代替以往车架构件的材料。
发明内容
碳纤维复合材料中碳纤维最大特点是能够承受很大的拉力，树脂承受压力，现有材料制成管状内部没有支撑，制成板状的话，由于板厚太小，产生力矩小，没有充分利用碳纤维能够承受很大拉力的优点，所以需要研究怎样充分发挥碳纤维承受拉力这一优点的方法。为此需要将碳纤维复合材料制成密度轻的产品，如果制成泡沫的话，由于连续纤维无法发泡，即使能够发泡，发泡后会对树脂的性能产生影响，失去原有性能，也不能承受很大拉力，因此怎样实现碳纤维复合材料作为结构件来承受很大拉力便成为了很大的难题。
本发明就是为了解决上述问题，提供一种铆接碳纤维缠绕结构件及其环接制备的立体框架和应用。
本发明采用以下技术方案：一种铆接碳纤维缠绕结构件，所述铆接碳纤维缠绕结构件为连续碳纤维制备的蜂窝状复合材料管，蜂窝状复合材料管的蜂窝孔为连续碳纤维缠绕复合材料管，至少两根构成整体一束，相邻的缠绕管相互接触部位通过铆钉铆接在一起，从而使相邻的缠绕管连接在一起，构成整体的蜂窝状复合材料管。
所述的碳纤维缠绕结构件制备的立体框架，所述碳纤维缠绕复合材料管构成与立体框架部位对应的环状框架，立体框架各部位对应的环状框架组合为立体框架，相邻构成一束的环状框架相互连接在一起的部位构成碳纤维缠绕结构件。
所述相邻成为一束的环状框架相互接触部位通过铆钉铆接在一起。
立体框架的应用，所述立体框架用于汽车骨架。
立体框架的应用，所述立体框架用于客车骨架。
立体框架的应用，所述立体框架用于座椅骨架。
碳纤维能够承受很大拉力，且不会变形，但是做成实心的话，不仅会浪费材料，增加重量，而且性能提高也不大，因此本发明根据管的粗细以及受力来设计，从而达到最优发挥碳纤维承受很大拉力这一性能；采用碳纤维缠绕结构件制备的立体框架质量轻、刚度高、安全性好，能够作为汽车、客车和座椅的骨架。
附图说明
图1是碳纤维缠绕结构件的结构示意图。
图2是碳纤维缠绕复合材料管的结构示意图。
图3是相邻缠绕管连接结构示意图。
图4是相邻缠绕管连接过程示意图1。
图5是相邻缠绕管连接过程示意图2。
图6是立体框架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1、图2和图3所示，一种铆接碳纤维缠绕结构件，所述铆接碳纤维缠绕结构件为连续碳纤维制备的蜂窝状复合材料管，蜂窝状复合材料管的蜂窝孔为连续碳纤维缠绕复合材料管1，至少两根构成整体一束，纤维缠绕方法与高压钢丝胶管中钢丝的缠绕方法一样，相邻的缠绕管相互接触部位通过铆钉2铆接在一起，从而使相邻的缠绕管连接在一起，构成整体的蜂窝状复合材料管。
如图4和图5所示，相邻的缠绕复合材料管铆接的方法为：取一个芯管3，芯管3两侧分别设有凹槽4或多个孔，将芯管3插入预浸复合材料管，在预浸复合材料管上与凹槽4或孔对应的位置插入铆钉2，铆钉2为碳纤维复合材料做成的，在常温时为硬的，再取一个芯管3，将芯管3插入另一个复合材料管内，将这个复合材料管与上一个复合材料管放一起，并使铆钉2的另一头也插入这个复合材料管内，然后加热，分别转动两个芯管3，铆钉2加热软化，两个复合材料管加热固化，从而将相邻的复合材料管铆接在一起，最后抽出两个芯管3。
如图6所示，所述的碳纤维缠绕结构件制备的立体框架，所述碳纤维缠绕复合材料管1构成与立体框架部位对应的环状框架5，立体框架各部位对应的环状框架5组合为立体框架，相邻构成一束的环状框架5相互连接在一起的部位构成碳纤维缠绕结构件，相邻构成一束的环状框架5相互接触部位通过铆钉2铆接在一起。
上述立体框架质量轻、刚度高、安全性好，能够用于汽车、客车和座椅骨架，用于汽车、客车时，能够降低车辆的整备重量，不仅能够节约原材料，降低车辆生产成本，而且还能降低燃油油耗，节能环保；用于座椅骨架时，能够减轻座椅重量，提高座椅强度。
碳纤维缠绕结构件制备的立体框架的成型方法为：
（1）绘制所述的立体框架三维制图；
（2）根据立体框架的每个环状框架形状分别制作橡胶内胆，橡胶内胆为一个边断开的环状框架，断开的两端其中一端封闭，另一端设进出气通道，内胆断开的部位比环状框架长2.5cm；
（3）根据每个环状框架形状分别制作外模；
（4）选取与橡胶内胆匹配直径和长度的碳纤维缠绕复合材料管，将碳纤维缠绕复合材料管进行预浸处理；
（5）将碳纤维缠绕复合材料管分别套在内胆上；
（6）将套在内胆的预浸复合材料管置入对应外模内，然后锁模；
（7）向内胆反复充放气体，使缠绕纤维之间产生稍许窜动，使预浸缠绕复合材料管适合缠绕纹路的形状，消除纤维应力；
（8）向内胆加压加热使预浸碳纤维缠绕复合材料管固化；
（9）开模、卸模，分别制好所有一边断开的环状框架；
（10）将每个环状框架组合，相邻成为一束的环状框架相互接触部位通过铆钉铆接在一起；
（11）将每个断开的环状框架插接闭合。

Claims (6)

1.一种铆接碳纤维缠绕结构件，其特征在于：所述铆接碳纤维缠绕结构件为连续碳纤维制备的蜂窝状复合材料管，蜂窝状复合材料管的蜂窝孔为连续碳纤维缠绕复合材料管，至少两根构成整体一束，相邻的缠绕管相互接触部位通过铆钉铆接在一起，从而使相邻的缠绕管连接在一起，构成整体的蜂窝状复合材料管。
2.根据权利要求1所述的碳纤维缠绕结构件制备的立体框架，其特征在于：所述碳纤维缠绕复合材料管为立体框架部位对应的环状框架，立体框架各部位对应的环状框架组合为立体框架，相邻构成一束的环状框架相互连接在一起的部位构成碳纤维缠绕结构件。
3.根据权利要求2所述的立体框架，其特征在于：所述相邻成为一束的环状框架相互接触部位通过铆钉铆接在一起。
4.根据权利要求2所述的立体框架的应用，其特征在于：所述立体框架用于汽车骨架。
5.根据权利要求2所述的立体框架的应用，其特征在于：所述立体框架用于客车骨架。
6.根据权利要求2所述的立体框架的应用，其特征在于：所述立体框架用于座椅骨架。
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US20140346811A1 (en) * 2013-05-24 2014-11-27 Ford Global Technologies, Llc Carbon fiber prepreg-wrapped beam structures
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