[發明專利]一種含吸能緩沖層結構的碳纖維復合材料汽車防撞梁

在審

• 申請號: 201410031102.X
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103754184A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 任華;仇葉云;武婷敏;孟祥康
• 申請（專利權）人: 南通南京大學材料工程技術研究院
• 主分類號: B60R19/22
• 分類號: B60R19/22
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及一種汽車用防撞梁復合材料結構件，特別設計一種含吸能緩沖層結構的碳纖維復合材料汽車防撞梁。

背景技術

隨著汽車工業的迅猛發展，帶來許多問題如：化石能源消耗、空氣污染、交通安全等。所以節能、環保、安全越來越受到大家的關注。而節能減排最關鍵的因素在于降低汽車的自重。汽車廠商們都開始尋求輕質高強的材料如碳纖維復合材料來達到輕量化的目標。

隨著汽車用碳纖維材料的研發，越來越多的高檔汽車已開始大量使用碳纖維材料，如寶馬i3，M6、奧迪A8等。雖然碳纖維是一種高強度、高模量且力學性能優異的材料，密度僅為鋼的1/4，拉伸強度可達3750MPa以上，為鋼的7-9倍，其拉伸模量可達到230GPa以上，但碳纖維屬于脆性纖維，韌性差，碳纖維復合材料在力學性能方面都存在韌性不足、受損后難修復的問題。以層合結構碳纖維復合材料為例，其在受到較小的沖擊時，容易內部層間出現小裂紋，在開裂區靜強度和疲勞強度都顯著下降，。而在受到較大沖擊時，更會出現碳纖維防撞梁碎裂飛濺的問題。

現有的對碳纖維汽車前防撞梁性能改進的專利較少，申請人公開了《一種碳纖維/芳綸增強復合材料制備的汽車前防撞梁》（201210276329.1），其中提到用兩層芳綸纖維復合材料覆蓋在碳纖維復合材料的里外表面，同時在碳纖維汽車前防撞梁的空腔內填充硬質泡沫，來達到減少碳纖維復合材料破壞碎片飛濺的問題。這一發明雖然在一定程度上解決碳纖維復合材料在受到大沖擊時，材料破碎失效導致的碎片飛濺問題。然而，防撞梁在服役過程中，更多時候是防止低速、低能量的碰撞，由于碳纖維復合材料防撞梁與車身直接連接，發生碰撞時，沖擊能量無法迅速的擴散和吸收，導致碳纖維復合材料微裂紋產生，損傷后的防撞梁性能下降而無法保證其使用。這一類低能量的碰撞沖擊導致的防撞梁性能下降，目前仍沒有很好的解決。

發明內容

本發明目的是提供含吸能緩沖層結構的碳纖維復合材料汽車防撞梁，通過設有填充于碳纖維汽車前防撞梁空腔與硬質泡沫間的緩沖材料，使防撞梁具有高彈性，快速吸能的特點。

本發明的技術方案是：一種含有吸能緩沖層結構的碳纖維復合材料汽車防撞梁，在碳纖維防撞梁殼體內，填充支撐、固定作用的骨架和填充于骨架間的高彈性材料所形成的吸能緩沖層。

所述的支撐、固定作用的骨架材料彈性模量須高于填充在骨架間的。

所述的支撐、固定作用的骨架材料形狀是均勻分布的圓柱、方柱，或正五邊形、菱形的蜂窩狀。

所述的圓柱、方柱形支撐、固定作用的骨架材料是高彈性橡膠。

所述的正五邊形、菱形的蜂窩狀支撐、固定作用的骨架材料是橡膠制備的正五邊形或菱形的蜂窩。

所述的支撐、固定作用的骨架材料，高彈性橡膠、橡膠蜂窩材料是氯丁橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠中的一種或兩種以上制成。

所述的圓柱或方柱形支撐骨架間填充的高彈性材料是熱塑性聚氨酯彈性體橡膠。

所述的正五邊形、菱形橡膠蜂窩材料填充的是硅橡膠或熱塑性橡膠。

所述的熱塑性橡膠是熱塑性聚氨酯彈性體橡膠、熱塑性聚酯彈性體橡膠和苯乙烯類彈性體橡膠中的一種或多種。

所述的緩沖層與碳纖維防撞梁殼體之間通過聚氨酯膠黏劑粘接，膠黏劑厚度為0.2-1mm。

吸能緩沖層是碳纖維防撞梁殼體厚度的1.2-3倍。

本發明通過在汽車前防撞梁殼體內增加快速吸能緩沖材料，在汽車受到快速沖擊時，可以通過自身形變快速吸收沖擊能量，然后形成回彈，在一段時間內較溫和的釋放能量。可以減少沖擊能量對碳纖維汽車前防撞梁的傷害，延長其使用壽命，加速碳纖維汽車防撞梁的推廣。

所述的起支撐、固定作用的骨架和填充于骨架間的高彈性材料所形成的吸能緩沖層，所述的起支撐、固定作用的骨架材料彈性模量高于填充在骨架間的高彈性材料。

本發明的有益效果：本發明在碳纖維汽車前防撞梁的骨架與填充硬質泡沫層之間，添加了一個吸能緩沖帶，在遇到較小的沖擊時，通過這個高彈性緩沖帶的快速形變，然后在一段時間內放出，從而起到削弱沖擊能量的作用，減小沖擊帶來的破壞，這是由于低模量吸能材料通過快速形變吸收碰撞能量，并將未能快速吸收碰撞能量傳遞至高模量支撐材料以約束防撞梁發生的形變在可控范圍。與不含該型吸能緩沖層的碳纖維汽車防撞梁相比，能夠顯著減小低速碰撞時沖擊能量對碳纖維復合材料基體的損傷，提高碳纖維復合材料汽車防撞梁的服役可靠性，延長其使用壽命。保護了脆性的碳纖維復合材料。