[發明專利]一種碳納米管紙制造的吸能部件及制備方法

有效

• 申請號: 201810793889.1
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN109017654B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 魏飛;張申力;白云祥;朱振興;申博淵
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B60R19/34
• 分類號: B60R19/34;C01B32/168
• 代理公司: 11331 北京康盛知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐芃

本發明公開了一種碳納米管紙制造的吸能部件，屬于納米材料及相關器件制造領域。該吸能部件由碳納米管紙制造而成；其中，所述碳納米管紙采用垂直碳納米管陣列、垂直碳納米管陣列/石墨烯三維復合結構材料、超長完美碳納米管和/或聚團狀碳納米管制造的碳納米管紙。本文提供的吸能部件抗撞擊能力優異，吸能密度大，質量密度低，且易于批量制備，非常利于提高車輛的抗撞擊性能，并推進汽車輕量化的進程。

技術領域

本發明涉及納米材料及相關器件制造技術領域，特別涉及一種碳納米管紙制造的吸能部件及制備方法。

背景技術

車輛發生碰撞時，產生的沖擊動能可以用公式來計算，其中m是車身重量，v是碰撞方向上的速度。碰撞動能主要來自三個方面的碰撞：正面碰撞、側面碰撞以及翻車碰撞。車輛正面碰撞產生的能量主要由車輛前后潰縮區的吸能盒來吸收，而側面碰撞和車輛翻滾等則需要提高承載部件如A、B、C柱、車門以及車頂棚等部位的抗碰撞性能。

汽車吸能盒是安裝在保險杠和車身縱梁之間的必要吸能部件，通過螺栓聯接，拆裝方便。發生正面低速碰撞時，吸能盒承擔著吸收大部分撞擊動能的責任，從而對車內乘員及整車構造起到保護作用。然而，由于現有吸能盒主要以潰縮式吸能為主，這種吸能方式要求潰縮區要達到一定的長度，才能在吸能盒潰縮時盡可能多的吸收碰撞動能；但是，吸能盒長度越長，就越會增加汽車的車身重量。目前仍然不能將汽車的碰撞速度標準提升到80～100km/h或更高，根本原因就在于車身已經沒有多余的空間去增加吸能區長度。因為，如果簡單的增加汽車吸能區長度，會明顯增加汽車的自重而不被業界接受；而通過壓縮乘坐空間來提供吸能區長度的做法，又將明顯影響乘坐舒適性和增加車重，更不會被采納。

國內外高校及研究機構對吸能裝置的結構設計及選材等進行了大量的研究，對提其緩沖抗震性能起到了重要的促進作用。關于選材方面，被用來優化這些起到吸能作用的承載部件性能的材料有高強度鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金等。為進一步提高承載部件的抗碰撞性能，經常采用的方法是利用密度較低的泡沫金屬如泡沫鋁來填充承載部件。雖然以上這些材料的吸能特性良好，在車身輕量化方面也起到了一定的作用，但吸能抗撞效果仍明顯不符合輕量化的發展要求。

綜上，目前汽車制造工藝在提高安全性能和降低車身重量方面存在相互矛盾的缺陷，車輛抗撞性能的進一步提高遇到難以突破的瓶頸。有人試圖引進緊湊型發動機，并減少其他結構，但這就出現了新的問題，比如發動機艙變小導致的散熱問題以及安全問題等。解決該難題的方法之一是找到一種吸能密度高，質量密度低的新一代材料來代替傳統用材，用以制造抗撞性能優異并且符合輕量化要求的新一代吸能裝置。并且，這種吸能裝置也可以應用于其他需要緩沖抗震作用的場合。

發明內容

本發明實施例提供了一種碳納米管紙(Carbon Nanotube Paper，CNTP)制造的吸能部件，用于解決吸能裝置的吸能能力與自身重量之間存在的研發難題，推進又輕又強的碳納米管基納米材料的應用研究。為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護范圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現一些概念，以此作為后面的詳細說明的序言。

正如背景技術中所述，現有的汽車制造工藝在提高安全性能和降低車身重量方面暴露出相互矛盾的缺陷，車輛吸能抗撞性能的進一步提高遇到難以突破的瓶頸。關于選材方面，被用來優化這些起到吸能作用的承載部件性能的材料有高強度鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金等。為進一步提高承載部件的抗碰撞性能，經常采用的方法是利用密度較低的泡沫金屬如泡沫鋁來填充承載部件。雖然以上方法在一定程度上提高了汽車的安全性能，在車身輕量化方面也起到了一定的作用，但還不能滿足未來對汽車抗撞性能和車身輕量化的發展需求。根據發明人前期調研結果表明，國內外尚未有使用固體碳納米管及碳納米管紙制造吸能裝置的相關專利以及文獻報道。

根據本發明實施例，提供了一種碳納米管紙制造的吸能部件。