[發明專利]多腔碳纖維管及其成型模具、成型方法

有效

• 申請號: 201711343772.5
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108032533B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 劉強;王盡沙;黃翊豪
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54;B29C33/44;F16S3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及管材技術領域，特別是一種多腔碳纖維管；多腔碳纖維管采用平紋或斜紋碳纖維編織布或單向布制成，其橫截面具有2個以上的腔室，相鄰的兩個腔室之間共用側壁；本發明同時還提供了一種多腔碳纖維管的成型方法，采用該方法制備多腔碳纖維管，解決了由拉擠工藝制備的碳纖維多腔管只能采用單向材料、無法成型較薄壁厚管、無法成型內部復雜的多腔管等問題，制備時可根據設計要求調整碳纖維預浸布纏繞層數，從而改變結構壁厚，制備流程簡單，產品合格率高；本發明同時還提供制作多腔碳纖維管的成型模具，所提供的成型模具成型簡單，解決了多腔復合材料管成型難的問題。

技術領域

本發明涉及管材技術領域，特別是一種多腔碳纖維管，本發明同時還提供了該多腔碳纖維管的成型模具和成型方法。

背景技術

在汽車碰撞事故中，吸能結構吸收大量碰撞能量，對保障司機和乘客安全有著重要作用，碳纖維具有輕質、高強的特點，有著良好的吸能特性，在受到撞擊載荷后，纖維層通過開裂、碎化等過程吸收能量，等質量下吸能量是鋼制吸能結構的六到七倍，是鋁合金吸能結構的三到四倍。

多腔結構通過增加肋板將橫截面分為若干小腔，進而改變了結構形式，大量研究表明：多腔結構耐撞性優于單腔結構，破壞模式更加穩定，具有更高的能量吸收效率。

多腔金屬結構由于材料各向同性，可以通過拉擠工藝制備而成。由于復合材料本身各向異性，多腔復合材料管相對多腔金屬管成型復雜，目前僅有一些學者通過拉擠工藝制成多腔復合材料管，而這種方法具有明顯的局限性，表現在：

(1)、只能拉擠單向纖維絲，若管構成中僅有單方向纖維絲，相對于雙向編織布構成的管件，另一方向的力學性能明顯偏差；

(2)、拉擠時，纖維絲浸潤樹脂時，需要通過狹小的拉擠模具型腔，因此拉擠工藝成型的多腔復合材料管，其厚度具有一定的限制，一般不能小于2毫米；

(3)、多腔管內部的構形不能太復雜，否則無法制備出成型的拉擠模具。

因此，目前多腔復合材料管的成型具有很大的難度。

發明內容

本發明為了解決上述多腔復合材料管存在的問題，而提供的一種多腔碳纖維管。

為達到上述功能，本發明提供的技術方案是：

一種多腔碳纖維管，所述多腔碳纖維管采用平紋或斜紋碳纖維編織布或單向布制成，其橫截面具有2個以上的腔室，相鄰的兩個腔室之間共用側壁。

本發明還提供了上述多腔碳纖維管的成型方法，包括以下步驟：

步驟1、根據要制備的多腔碳纖維管的尺寸設計芯模、上模、下模、卡扣與擋板；

步驟2、清洗并用脫模劑處理芯模、上模和下模，并預熱芯模；

步驟3、將碳纖維預浸布反復纏繞在芯模上，其纏繞層數為n₁層，n₁為不小于1的整數；

步驟4、將纏繞有碳纖維預浸布的芯模按多腔碳纖維管的腔管形狀進行排列，并在排列后的芯模組外壁繼續纏繞碳纖維預浸布，其纏繞層數為n₂層，n₂為不小于1的整數；

步驟5、將二次纏繞碳纖維預浸布的芯模組放入下模內，利用定位孔定位上模，之后合模、鎖緊上模和下模；

步驟6、將合模后的模具放入模壓機內，設置溫度為145℃～150℃，壓力為0.15Mpa～0.2Mpa，時間20min～30min，進行固化成型；

步驟7、模壓完成后，待制備的多腔碳纖維管自然降溫到55℃～60℃后，從模具中取出樣件；

步驟8、從樣件中取出芯模，形成多腔碳纖維管。