[發(fā)明專利]一種圓柱層狀不銹鋼纖維多孔材料及吸能復合管

有效

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• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108099275B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 吳菲;肖小亭
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: B32B1/08
• 分類號: B32B1/08;B32B15/02;B32B15/04;B32B15/18;B32B15/20;F16F1/362;F16F1/377
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明提供了一種圓柱層狀不銹鋼纖維多孔材料及復合吸能管，多孔材料由以下方法制得：將不銹鋼基材鉤織，得到單層金屬多孔織片，不銹鋼基材選自單束連續(xù)的不銹鋼纖維束、單束連續(xù)的0.2～1.0mm軟態(tài)不銹鋼絲或單束連續(xù)直徑0.2～0.8mm的超細軟不銹鋼繩；將單層金屬多孔織片卷裹成圓柱層狀，1100℃～1330℃下真空燒結2～3.5h，隨爐冷卻，得到孔隙率為60～90％的圓柱層狀不銹鋼纖維多孔材料。將不銹鋼基材鉤織，卷裹成圓柱層狀，再真空燒結，得到孔隙率為60～90％的圓柱層狀不銹鋼纖維多孔材料。該材料制備成本低，其填充于金屬薄壁管時，可實現(xiàn)在壓潰峰值幾乎不增加下，具有更穩(wěn)定的吸能過程和更高的吸能能力。

技術領域

本發(fā)明涉及金屬纖維多孔材料應用于緩沖吸能防撞鄰域，特別是涉及一種圓柱層狀不銹鋼纖維多孔材料及吸能復合管。

背景技術

碰撞安全性是各類交通運載工具安全性的重要指標，因此關于吸能材料與結構的創(chuàng)新性研究成為碰撞安全領域的熱點，金屬輕質多孔材料填充金屬薄壁管吸能組件是其中一個方向。金屬輕質多孔材料具有低的初始峰值、長而穩(wěn)定的吸能塑性平臺及高的載荷效率，當其與金屬薄壁管復合后，其不僅可以增強金屬薄壁管的變形穩(wěn)定性，吸能能力、載荷效率，而且還可以起到耗散沖擊波所形成的振動，起到減振的作用。目前應用最廣泛的金屬多孔材料主要是泡沫鋁和蜂窩鋁。

此兩類材料的應用雖然帶來了金屬薄壁結構耐撞性的增強，但是碰撞初始階段的初始峰值力也存在明顯的增大，而且壓潰變形時材料易產(chǎn)生碎裂變形(特別是泡沫鋁)，加上比較昂貴的價格，限制了其推廣應用。

但是金屬多孔材料中有一類同樣具有優(yōu)質緩沖吸能能力，且大塑性變形不碎裂的材料目前沒有發(fā)現(xiàn)有研究者將其應用于金屬薄壁管的吸能防撞，此類材料即為金屬纖維/絲多孔材料。金屬纖維/絲多孔材料是由金屬纖維/絲與氣體形成的網(wǎng)絡復合材料，具有許多獨特的結構特點和力學性能。金屬纖維/絲多孔材料具有高的機械強度、剛度、韌性、抗沖擊吸能能力、抗熱沖擊性、靜動態(tài)載荷條件下大塑性變形能力，寬的工作溫度及嚴酷環(huán)境中能保持穩(wěn)定的機械性能。金屬纖維/絲已具備成熟的技術，可規(guī)模化生產(chǎn)。具有高強和少缺陷的基體材料可以很容易從絲材中獲得，易獲得的金屬絲降低了多孔體生產(chǎn)成本。

目前不銹鋼金屬纖維/絲多孔材料的制備主要有以下幾類：一類是以不銹鋼短纖維/絲為原材料制備多孔材料，首先需要獲得短纖維，短纖維可以直接生產(chǎn)也可對長纖維/絲進行切斷；然后依據(jù)所制備多孔材料幾何尺寸制備冷壓所需的模具；接著將短纖維/絲鋪制于模具中冷壓成形后燒結。此類多孔材料纖維/絲隨機相互搭接，孔隙結構分布不均勻且不可控。直接生產(chǎn)的短纖維成本高，且當制備不同幾何尺寸的多孔材料時，所需模具也需重新加工。一類是以不銹鋼中長纖維為原材料制備多孔材料，首先需對中長纖維/絲進行預處理，將其制成螺旋狀，然后置于模具中進行壓制使其纏繞在一起，最后直接成形(金屬橡膠)或燒結后成形。此類多孔材料相比于前一類多孔材料在孔隙結構上變得可控和均勻，孔骨架則為類彈簧的相互嵌入。但需依據(jù)多孔材料的幾何尺寸加工模具。另一類是以不銹鋼連續(xù)纖維為原材料制備多孔材料，目前主要是通過編織成形后燒結而成。此類多孔材料與前兩類多孔材料相比較其最大的改時在于，多孔材料制備無需對連續(xù)纖維進行短切，也無需制備專門的冷壓模具。其為多束金屬纖維/絲在專門的編織機上通過多個轉子同時進行復雜的機構運動編織成形，然后燒結獲得多孔材料。此種方法獲得的不銹鋼多孔材料孔隙結構有規(guī)律且可控，但編織設備復雜因而導致此種方法成本較高。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種圓柱層狀不銹鋼纖維多孔材料及吸能復合管，該圓柱層狀不銹鋼纖維多孔材料的制備成本低，且能提高金屬薄壁管的吸能能力。

本發(fā)明提供了一種圓柱層狀不銹鋼纖維多孔材料，由以下方法制得：

將不銹鋼基材鉤織，得到單層金屬多孔織片，所述不銹鋼基材選自單束連續(xù)的不銹鋼纖維束、單束連續(xù)的0.2～1.0mm軟態(tài)不銹鋼絲或單束連續(xù)直徑0.2～0.8mm的超細軟不銹鋼繩；