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

背景技術(shù)：

碳纖維具有高強(qiáng)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(duì)于傳統(tǒng)的金屬材料具有壓倒性的優(yōu)勢(shì)。碳纖維除單獨(dú)使用作為絕熱保溫材料外，通常作為增強(qiáng)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(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)件使用時(shí)需要設(shè)計(jì)合理的復(fù)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(diǎn)。

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(shí)所受的沖擊、扭曲、慣性力等?，F(xiàn)有技術(shù)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(lái)成為一個(gè)鋼架，然后在這個(gè)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(dāng)部分；承載式車架由鋼（較先進(jìn)的是鋁）經(jīng)沖壓、焊接而成，對(duì)設(shè)計(jì)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(gè)車架結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)度不足。

隨著節(jié)能、環(huán)保逐漸成為汽車行業(yè)關(guān)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(qiáng)度更好的復(fù)合材料代替以往車架構(gòu)件的材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

碳纖維復(fù)合材料中碳纖維最大特點(diǎn)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(méi)有支撐，制成板狀的話，由于板厚太小，產(chǎn)生力矩小，沒(méi)有充分利用碳纖維能夠承受很大拉力的優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)的方法。為此需要將碳纖維復(fù)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(wú)法發(fā)泡，即使能夠發(fā)泡，發(fā)泡后會(huì)對(duì)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(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)件來(lái)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(wèn)題，提供一種碳纖維復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件及其制備的立體框架和應(yīng)用。

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

所述相鄰的碳纖維編織復(fù)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(fù)合材料管相互編織在一起。

碳纖維復(fù)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(fù)合材料管或碳纖維纏繞復(fù)合材料管構(gòu)成與立體框架部位對(duì)應(yīng)的環(huán)狀框架，立體框架各部位對(duì)應(yīng)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(fù)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(yīng)用，所述立體框架用于汽車骨架。

立體框架的應(yīng)用，所述立體框架用于客車骨架。

立體框架的應(yīng)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(huì)變形，但是做成實(shí)心的話，不僅會(huì)浪費(fèi)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(xì)以及受力來(lái)設(shè)計(jì)，從而達(dá)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(fù)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(shuō)明

圖1是碳纖維復(fù)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(fù)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(fù)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1、圖2和圖3所示，一種碳纖維復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件，所述碳纖維復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)件為連續(xù)碳纖維制備的蜂窩狀復(fù)合材料管，蜂窩狀復(fù)合材料管的蜂窩孔為連續(xù)碳纖維編織復(fù)合材料管1或連續(xù)碳纖維纏繞復(fù)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(fù)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(fù)合材料管2相互編織在一起，從而使相鄰的復(fù)合材料管連接在一起，構(gòu)成整體的蜂窩狀復(fù)合材料管。

如圖4所示，碳纖維復(fù)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(fù)合材料管1或碳纖維纏繞復(fù)合材料管2構(gòu)成與立體框架部位對(duì)應(yīng)的環(huán)狀框架3，立體框架各部位對(duì)應(yīng)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(fù)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(shí)，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(shí)，能夠減輕座椅重量，提高座椅強(qiáng)度。

碳纖維復(fù)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(gè)環(huán)狀框架形狀分別制作橡膠內(nèi)膽，橡膠內(nèi)膽為一個(gè)邊斷開的環(huán)狀框架，斷開的兩端其中一端封閉，另一端設(shè)進(jìn)出氣通道，內(nèi)膽斷開的部位比環(huán)狀框架長(zhǎng)2.5cm；

（3）根據(jù)每個(gè)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(zhǎng)度的碳纖維編織或纏繞復(fù)合材料管，將碳纖維編織或纏繞復(fù)合材料管進(jìn)行預(yù)浸處理；

（5）將碳纖維編織或纏繞復(fù)合材料管分別套在內(nèi)膽上；

（6）將套在內(nèi)膽的預(yù)浸復(fù)合材料管置入對(duì)應(yīng)外模內(nèi)，然后鎖模；

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

（8）向內(nèi)膽加壓加熱使預(yù)浸碳纖維編織或纏繞復(fù)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(gè)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(gè)斷開的環(huán)狀框架插接閉合。