[发明专利]多腔碳纤维管及其成型模具、成型方法

说明书

本发明涉及管材技术领域，特别是一种多腔碳纤维管；多腔碳纤维管采用平纹或斜纹碳纤维编织布或单向布制成，其横截面具有2个以上的腔室，相邻的两个腔室之间共用侧壁；本发明同时还提供了一种多腔碳纤维管的成型方法，采用该方法制备多腔碳纤维管，解决了由拉挤工艺制备的碳纤维多腔管只能采用单向材料、无法成型较薄壁厚管、无法成型内部复杂的多腔管等问题，制备时可根据设计要求调整碳纤维预浸布缠绕层数，从而改变结构壁厚，制备流程简单，产品合格率高；本发明同时还提供制作多腔碳纤维管的成型模具，所提供的成型模具成型简单，解决了多腔复合材料管成型难的问题。

技术领域

本发明涉及管材技术领域，特别是一种多腔碳纤维管，本发明同时还提供了该多腔碳纤维管的成型模具和成型方法。

背景技术

在汽车碰撞事故中，吸能结构吸收大量碰撞能量，对保障司机和乘客安全有着重要作用，碳纤维具有轻质、高强的特点，有着良好的吸能特性，在受到撞击载荷后，纤维层通过开裂、碎化等过程吸收能量，等质量下吸能量是钢制吸能结构的六到七倍，是铝合金吸能结构的三到四倍。

多腔结构通过增加肋板将横截面分为若干小腔，进而改变了结构形式，大量研究表明：多腔结构耐撞性优于单腔结构，破坏模式更加稳定，具有更高的能量吸收效率。

多腔金属结构由于材料各向同性，可以通过拉挤工艺制备而成。由于复合材料本身各向异性，多腔复合材料管相对多腔金属管成型复杂，目前仅有一些学者通过拉挤工艺制成多腔复合材料管，而这种方法具有明显的局限性，表现在：

(1)、只能拉挤单向纤维丝，若管构成中仅有单方向纤维丝，相对于双向编织布构成的管件，另一方向的力学性能明显偏差；

(2)、拉挤时，纤维丝浸润树脂时，需要通过狭小的拉挤模具型腔，因此拉挤工艺成型的多腔复合材料管，其厚度具有一定的限制，一般不能小于2毫米；

(3)、多腔管内部的构形不能太复杂，否则无法制备出成型的拉挤模具。

因此，目前多腔复合材料管的成型具有很大的难度。

发明内容

本发明为了解决上述多腔复合材料管存在的问题，而提供的一种多腔碳纤维管。

为达到上述功能，本发明提供的技术方案是：

一种多腔碳纤维管，所述多腔碳纤维管采用平纹或斜纹碳纤维编织布或单向布制成，其横截面具有2个以上的腔室，相邻的两个腔室之间共用侧壁。

本发明还提供了上述多腔碳纤维管的成型方法，包括以下步骤：

步骤1、根据要制备的多腔碳纤维管的尺寸设计芯模、上模、下模、卡扣与挡板；

步骤2、清洗并用脱模剂处理芯模、上模和下模，并预热芯模；

步骤3、将碳纤维预浸布反复缠绕在芯模上，其缠绕层数为n₁层，n₁为不小于1的整数；

步骤4、将缠绕有碳纤维预浸布的芯模按多腔碳纤维管的腔管形状进行排列，并在排列后的芯模组外壁继续缠绕碳纤维预浸布，其缠绕层数为n₂层，n₂为不小于1的整数；

步骤5、将二次缠绕碳纤维预浸布的芯模组放入下模内，利用定位孔定位上模，之后合模、锁紧上模和下模；

步骤6、将合模后的模具放入模压机内，设置温度为145℃～150℃，压力为0.15Mpa～0.2Mpa，时间20min～30min，进行固化成型；

步骤7、模压完成后，待制备的多腔碳纤维管自然降温到55℃～60℃后，从模具中取出样件；

步骤8、从样件中取出芯模，形成多腔碳纤维管。