[发明专利]绿色轻量化纤维增强金属层管及其制造方法

说明书

一种绿色轻量化纤维增强金属层管制造方法。本发明将内、外两层铝管之间设置纤维预浸料，使得纤维预浸料由所述内层铝管和所述外层铝管包裹，并随同所述内层铝管和所述外层铝管一并经过胀接处理而与所述内层铝管和所述外层铝管集成为一整体，其中，胀接处理的压力的胀接加载路径根据该纤维增强金属层的本征关系而确定。由此，本申请的纤维增强金属层管能够结合铝和树脂两种材料的优势，获得性能参数满足要求的纤维增强金属层管。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体而言涉及一种绿色轻量化纤维增强金属层管及其制造方法。

背景技术

轻量化是航空航天，高速铁路，汽车和其他运输机械制造业的发展趋势。采取薄壁、整体、轻质的结构是实现轻量化产品的重要措施。2009年在丹麦哥本哈根举行的世界气候大会COP15倡议倡导绿色低碳生活方式和企业生产消费。对于绿色制造来讲，其中重要的措施也是将部件进行轻量化设计。与此同时，各个国家及地区针对汽车产业的环保、安全耐腐蚀等要求越来越严格，这些指标要求都极大的促进了全世界范围内的汽车制造厂商积极研制一些环境友好型的汽车产品。统计结果显示,采用轻量化设计制造的汽车相比于以往的钢材制造能够使汽车质量减轻约25％。

通常的轻量化设计，主要是利用铝合金密度小的特点实现的。但是，铝合金等传统的金属材料虽然塑性相比一些其他的材料好，且易于加工成型，但抗腐蚀性相对来说进行比较是较差的；纤维增强树脂基复合材料具有高比模量，比强度，耐腐蚀性和疲劳性能，但具有较差的抗冲击损伤性和延展性，且易受潮湿影响，并且水分老化受环境影响很大。两者单独作为运输机械用材均存在明显缺陷。

纤维增强金属层管能够结合上述两种材料的优势。纤维加强金属层管是一种由金属层管和纤维复合材料交替铺层后，在某种固定的压力和温度下进行固化的层间超混杂材料。但是现有的纤维增强金属层管，由于其制造过程需要严格设计管材成型压制的应力模型，而现有CLT理论对于不同纤维增强金属层管的应力分析有限制。其只能分析MVF在0.45至0.85之间的单向拉伸性能，因而基于其所获得的本征关系不准确，基于该本征关系建立的胀接加载路径也相应的存在误差，按照该胀接加载路径加工很难获得性能参数满足要求的纤维增强金属层管。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种绿色轻量化纤维增强金属层管及其制造方法，以解决现有制造加工技术所造成的产品性能的缺陷。本发明具体采用如下技术方案。

一种绿色轻量化纤维增强金属层管的制造方法，步骤包括：

第一步，分别将内层铝管、外层铝管放置在丙酮溶液中浸泡，而后用清水洗净；

第二步，分别将所述内层铝管和所述外层铝管在55℃的碱性溶液中碱洗1-2分钟，而后用清水洗净、烘干；其中，所述碱性溶液包括质量比为20：1：1的清水、氢氧化钠和无水碳酸钠；

第三步，将纤维预浸料裁剪为能够完全覆盖所述内层铝管的外壁表面的尺寸，将所述纤维预浸料粘贴在所述内层铝管的外壁表面并贴合所述内层铝管的外壁表面对所述纤维预浸料的边缘进行裁剪；

第四步，先对贴有所述纤维预浸料的内层铝管进行胀接模拟，胀接模拟中，施加于所述内层铝管内壁的压力所对应的胀接加载路径根据该纤维增强金属层的本征关系而确定；

第五步，根据胀接模拟数据对所述外层铝管的厚度、所述纤维预浸料的厚度计算补偿量以确定胀接摸具的尺寸；

第六步，将所述外层铝管包裹在所述纤维预浸料和所述内层铝管外壁，将所述外层铝管以及其内所设置的纤维预浸料和所述内层铝管整体设置于胀接摸具内，对所述内层铝管的内壁施加压力以进行胀接处理；胀接处理中，所述压力的胀接加载路径根据该纤维增强金属层的本征关系而确定；

第七步，去除所述压力，对所述胀接摸具内所获得的纤维增强金属层管进行下料处理和/或固化处理。