本發(fā)明涉及一種碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件及其制備的立體框架和應用。

背景技術：

碳纖維具有高強度、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、質(zhì)量輕、能夠承受很大拉力等顯著高于鋼、鋁等的特性，屬于典型的高性能纖維，相對于傳統(tǒng)的金屬材料具有壓倒性的優(yōu)勢。碳纖維除單獨使用作為絕熱保溫材料外，通常作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成碳纖維復合材料。碳纖維復合材料作為結(jié)構(gòu)件使用時需要設計合理的復合材料受力結(jié)構(gòu)，才能充分發(fā)揮碳纖維能夠承受很大拉力這一優(yōu)點。

汽車、客車的車架都為立體框架，車架的作用是承受載荷，包括汽車自身零部件的重量和行駛時所受的沖擊、扭曲、慣性力等。現(xiàn)有技術中，汽車車架結(jié)構(gòu)一般為大梁式車架和承載式車架，大梁式車架將粗壯的鋼梁焊接或鉚合起來成為一個鋼架，然后在這個鋼架上安裝引擎、懸架、車身等部件，大梁式車架的鋼制大梁質(zhì)量沉重，車架重量占去全車總重的相當部分；承載式車架由鋼（較先進的是鋁）經(jīng)沖壓、焊接而成，對設計和生產(chǎn)工藝的要求都很高，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，生產(chǎn)工序繁瑣，且整個車架結(jié)構(gòu)剛性強度不足。

隨著節(jié)能、環(huán)保逐漸成為汽車行業(yè)關注的重要課題，人們開始考慮汽車的輕量化發(fā)展。汽車的輕量化能夠降低汽車的整備質(zhì)量，不僅能夠節(jié)約原材料，降低汽車生產(chǎn)成本，而且還能降低燃油油耗，節(jié)能環(huán)保。因此，人們開始嘗試用更輕質(zhì)、強度更好的復合材料代替以往車架構(gòu)件的材料。

技術實現(xiàn)要素：

碳纖維復合材料中碳纖維最大特點是能夠承受很大的拉力，樹脂承受壓力，現(xiàn)有材料制成管狀內(nèi)部沒有支撐，制成板狀的話，由于板厚太小，產(chǎn)生力矩小，沒有充分利用碳纖維能夠承受很大拉力的優(yōu)點，所以需要研究怎樣充分發(fā)揮碳纖維承受拉力這一優(yōu)點的方法。為此需要將碳纖維復合材料制成密度輕的產(chǎn)品，如果制成泡沫的話，由于連續(xù)纖維無法發(fā)泡，即使能夠發(fā)泡，發(fā)泡后會對樹脂的性能產(chǎn)生影響，失去原有性能，也不能承受很大拉力，因此怎樣實現(xiàn)碳纖維復合材料作為結(jié)構(gòu)件來承受很大拉力便成為了很大的難題。

本發(fā)明就是為了解決上述問題，提供一種碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件及其制備的立體框架和應用。

本發(fā)明采用以下技術方案：一種碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件，所述碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件為連續(xù)碳纖維制備的蜂窩狀復合材料管，蜂窩狀復合材料管的蜂窩孔為連續(xù)碳纖維編織復合材料管或連續(xù)碳纖維纏繞復合材料管，至少兩根構(gòu)成整體一束，相鄰的碳纖維編織復合材料管或碳纖維纏繞復合材料管相互接觸的的部位連接在一起，從而使相鄰的復合材料管連接在一起，構(gòu)成整體的蜂窩狀復合材料管。

所述相鄰的碳纖維編織復合材料管相互接觸的纖維絲相互編織在一起。

所述相鄰的碳纖維纏繞復合材料管相互編織在一起。

碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件制備的立體框架，所述碳纖維編織復合材料管或碳纖維纏繞復合材料管構(gòu)成與立體框架部位對應的環(huán)狀框架，立體框架各部位對應的環(huán)狀框架組合為立體框架，相鄰構(gòu)成一束的環(huán)狀框架相互連接在一起的部位構(gòu)成碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件。

所述相鄰成為一束的環(huán)狀框架相互編織在一起。

立體框架的應用，所述立體框架用于汽車骨架。

立體框架的應用，所述立體框架用于客車骨架。

立體框架的應用，所述立體框架用于座椅骨架。

碳纖維能夠承受很大拉力，且不會變形，但是做成實心的話，不僅會浪費材料，增加重量，而且性能提高也不大，因此本發(fā)明根據(jù)管的粗細以及受力來設計，從而達到最優(yōu)發(fā)揮碳纖維承受很大拉力這一性能；采用碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件制備的立體框架質(zhì)量輕、剛度高、安全性好，能夠作為汽車、客車和座椅的骨架。

附圖說明

圖1是碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖1。

圖2是碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖2。

圖3是相鄰碳纖維編織復合材料管連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是立體框架的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。

如圖1、圖2和圖3所示，一種碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件，所述碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件為連續(xù)碳纖維制備的蜂窩狀復合材料管，蜂窩狀復合材料管的蜂窩孔為連續(xù)碳纖維編織復合材料管1或連續(xù)碳纖維纏繞復合材料管2，至少兩根構(gòu)成整體一束，纖維編織或纏繞方法與高壓鋼絲膠管中鋼絲的編織或纏繞方法一樣，相鄰的碳纖維編織復合材料管1相互接觸的纖維絲相互編織在一起，相鄰的碳纖維纏繞復合材料管2相互編織在一起，從而使相鄰的復合材料管連接在一起，構(gòu)成整體的蜂窩狀復合材料管。

如圖4所示，碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件制備的立體框架，所述碳纖維編織復合材料管1或碳纖維纏繞復合材料管2構(gòu)成與立體框架部位對應的環(huán)狀框架3，立體框架各部位對應的環(huán)狀框架3組合為立體框架，相鄰構(gòu)成一束的環(huán)狀框架3相互連接在一起的部位構(gòu)成碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件，相鄰成為一束的環(huán)狀框架3相互編織在一起。

上述立體框架質(zhì)量輕、剛度高、安全性好，能夠用于汽車、客車和座椅骨架，用于汽車、客車時，能夠降低車輛的整備重量，不僅能夠節(jié)約原材料，降低車輛生產(chǎn)成本，而且還能降低燃油油耗，節(jié)能環(huán)保；用于座椅骨架時，能夠減輕座椅重量，提高座椅強度。

碳纖維復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件制備的立體框架的成型方法為：

（1）繪制所述的立體框架三維制圖；

（2）根據(jù)立體框架的每個環(huán)狀框架形狀分別制作橡膠內(nèi)膽，橡膠內(nèi)膽為一個邊斷開的環(huán)狀框架，斷開的兩端其中一端封閉，另一端設進出氣通道，內(nèi)膽斷開的部位比環(huán)狀框架長2.5cm；

（3）根據(jù)每個環(huán)狀框架形狀分別制作外模；

（4）選取與橡膠內(nèi)膽匹配直徑和長度的碳纖維編織或纏繞復合材料管，將碳纖維編織或纏繞復合材料管進行預浸處理；

（5）將碳纖維編織或纏繞復合材料管分別套在內(nèi)膽上；

（6）將套在內(nèi)膽的預浸復合材料管置入對應外模內(nèi)，然后鎖模；

（7）向內(nèi)膽反復充放氣體，使編織纖維或纏繞纖維之間產(chǎn)生稍許竄動，使預浸編織或纏繞復合材料管適合編織或纏繞紋路的形狀，消除纖維應力；

（8）向內(nèi)膽加壓加熱使預浸碳纖維編織或纏繞復合材料管固化；

（9）開模、卸模，分別制好所有一邊斷開的環(huán)狀框架；

（10）將每個環(huán)狀框架組合，相鄰成為一束的環(huán)狀框架相互編織在一起；

（11）將每個斷開的環(huán)狀框架插接閉合。