铆接的碳纤维编织复合材料结构件制备立体框架的方法

本发明涉及一种铆接的碳纤维编织复合材料结构件制备立体框架的方法。

随着现代技术的迅猛发展，对材料提出了较高的要求，碳纤维具有高强度、耐高 温、耐腐蚀、耐疲劳、质量轻、能够承受很大拉力等显著高于钢、铝等的特性，属于典型的高 性能纤维，相对于传统的金属材料具有压倒性的优势。碳纤维除单独使用作为绝热保温材 料外，通常作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成碳纤维复合材料。 碳纤维复合材料作为结构件使用时需要设计合理的复合材料受力结构和制备方法，才能充 分发挥碳纤维能够承受很大拉力这一优点。

碳纤维复合材料中碳纤维最大特点是能够承受很大的拉力，树脂承受压力，现有 材料制成管状内部没有支撑，制成板状的话，由于板厚太小，产生力矩小，没有充分利用碳 纤维能够承受很大拉力的优点，所以需要研究怎样充分发挥碳纤维承受拉力这一优点的方 法。为此需要将碳纤维复合材料制成密度轻的产品，如果制成泡沫的话，由于连续纤维无法 发泡，即使能够发泡，发泡后会对树脂的性能产生影响，失去原有性能，也不能承受很大拉 力，因此怎样实现碳纤维复合材料作为结构件来承受很大拉力便成为了很大的难题。

本发明就是为了解决上述问题，提供一种铆接的碳纤维编织复合材料结构件制备 立体框架的方法。

本发明采用以下技术方案：一种铆接的碳纤维编织复合材料结构件制备立体框架 的方法，所述碳纤维编织复合材料结构件为连续碳纤维制备的蜂窝状复合材料管，蜂窝状 复合材料管的蜂窝孔为连续碳纤维编织复合材料管，至少两根构成整体一束，相邻的编织 管相互接触部位通过铆钉铆接在一起，从而使相邻的编织管连接在一起，构成整体的蜂窝 状复合材料管，制备立体框架的方法包括以下步骤：

（1）绘制所述的立体框架三维制图；

（2）根据立体框架的每个环状框架形状分别制作橡胶内胆，橡胶内胆为一个边断开的 环状框架，断开的两端其中一端封闭，另一端设进出气通道，内胆断开的部位比环状框架长 2.5cm；

（3）根据立体框架形状制作组合框架外模；

（4）选取与橡胶内胆匹配直径和长度的预浸碳纤维编织复合材料管；

（5）将复合材料管分别套在内胆上；

（6）向内胆充入适量气体；

（7）将套入内胆的预浸复合材料管按照立体框架的形状进行组合；

（8）将步骤7的组合件置入组合框架外模内；

（9）向内胆反复充放气体，使编织纤维之间产生稍许窜动，使预浸编织复合材料管适合 编织纹路的形状；

（10）模具加热固化；

（11）开模，卸模，将一边断开的环状框架插接闭合。

所述步骤（7）中，预浸复合材料管构成立体框架各部位对应的环状框架，相邻成为 一束的环状框架通过铆钉铆接在一起，形成整体立体框架形状。

碳纤维能够承受很大拉力，且不会变形，但是做成实心的话，不仅会浪费材料，增 加重量，而且性能提高也不大，因此本发明根据管的粗细以及受力来设计，从而达到最优发 挥碳纤维承受很大拉力这一性能；采用本方法制备的立体框架质量轻、刚度高、安全性好， 能够作为汽车、客车和座椅的骨架。

图1是碳纤维编织复合材料结构件的结构示意图。

图2是相邻编织管连接结构示意图。

图3是相邻编织管连接过程示意图1。

图4是相邻编织管连接过程示意图2。

图5是立体框架的结构示意图。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2和图5所示，一种铆接的碳纤维编织复合材料结构件制备立体框架的方 法，所述碳纤维编织复合材料结构件为连续碳纤维制备的蜂窝状复合材料管，蜂窝状复合 材料管的蜂窝孔为连续碳纤维编织复合材料管1，至少两根构成整体一束，纤维编织方法与 高压钢丝胶管中钢丝的编织方法一样，相邻的编织管相互接触部位通过铆钉2铆接在一起， 从而使相邻的编织管连接在一起，构成整体的蜂窝状复合材料管，制备立体框架的方法包 括以下步骤：

（1）绘制所述的立体框架三维制图；

（2）根据立体框架的每个环状框架形状分别制作橡胶内胆，橡胶内胆为一个边断开的 环状框架，断开的两端其中一端封闭，另一端设进出气通道，内胆断开的部位比环状框架长 2.5cm；

（3）根据立体框架形状制作组合框架外模；

（4）选取与橡胶内胆匹配直径和长度的预浸碳纤维编织复合材料管；

（5）将复合材料管分别套在内胆上；

（6）向内胆充入适量气体；

（7）将套入内胆的预浸复合材料管按照立体框架的形状进行组合；

（8）将步骤7的组合件置入组合框架外模内；

（9）向内胆反复充放气体，使编织纤维之间产生稍许窜动，使预浸编织复合材料管适合 编织纹路的形状，消除纤维应力；

（10）模具加热固化；

（11）开模，卸模，将一边断开的环状框架插接闭合。

所述步骤（7）中，预浸复合材料管构成立体框架各部位对应的环状框架，相邻成为 一束的环状框架通过铆钉铆接在一起，形成整体立体框架形状。

如图3和图4所示，相邻的编织复合材料管铆接的方法为：取一个芯管3，芯管3两侧 分别设有凹槽4或多个孔，将芯管3插入预浸复合材料管，在预浸复合材料管上与凹槽4或孔 对应的位置插入铆钉2，铆钉2为碳纤维复合材料做成的，在常温时为硬的，再取一个芯管3， 将芯管3插入另一个复合材料管内，将这个复合材料管与上一个复合材料管放一起，并使铆 钉2的另一头也插入这个复合材料管内，然后加热，分别转动两个芯管3，铆钉2加热软化，两 个复合材料管加热固化，从而将相邻的复合材料管铆接在一起，最后抽出两个芯管3。