本發(fā)明涉及汽車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合纖維纏繞柱狀泡沫鋁汽車保險杠系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

保險杠系統(tǒng)是汽車車身的重要組成部分。其作用為當(dāng)汽車與其他車輛或障礙物發(fā)生碰撞時能保護(hù)乘客安全，降低車體損害程度。輕微事故時保險杠系統(tǒng)能吸收沖擊能量，然后自動恢復(fù)原狀，有效地降低了汽車的修理費(fèi)用。遇上嚴(yán)重的撞車事故時，沖擊力經(jīng)保險杠系統(tǒng)被合理的分散給車身，以避免局部區(qū)域變形過大，保證乘客有足夠的生存空間。

保險杠的種類很多，按其結(jié)構(gòu)形式大致分為三類：

第一類為結(jié)構(gòu)形式簡單，成本較低的簡易非金屬材料的保險杠，可直接用螺栓固定安裝到車身的托架上。此類保險杠的緩沖吸能力較差，通常裝備于抵擋經(jīng)濟(jì)型轎車。

第二類通常由橫杠以及緩沖吸能件和加強(qiáng)件等組成，這類保險杠一般安裝在中、低檔汽車上。

第三類則帶有緩沖減震器，在保險橫杠與車身底部縱梁之間安裝有緩沖減震器，緩沖減震器的結(jié)構(gòu)形式多樣，但多是利用液壓或氣壓減震，具有運(yùn)動部件。

縱觀上述保險杠系統(tǒng)，帶有緩沖減震器的保險杠系統(tǒng)吸能效果出色，性能最好，但其價格高，同時具有運(yùn)動部件，因此其可靠性較低。而第一二類因為結(jié)構(gòu)的先天缺陷，吸能效果較差。如何利用材料特性，設(shè)計具有媲美帶緩沖減震器的保險杠系統(tǒng)，同時又結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，是本領(lǐng)域面臨的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種復(fù)合纖維纏繞柱狀泡沫鋁汽車保險杠系統(tǒng)，其吸能效果好，沒有運(yùn)動部件，可靠性高。

本發(fā)明的在先申請“一種柱狀泡沫鋁汽車保險杠系統(tǒng)”采用石墨烯纖維層纏繞柱狀泡沫鋁形成緩沖材料，但由于石墨烯價格高，因此本發(fā)明通過采用其他纖維部分替代石墨烯，以減少采用石墨烯的成本。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種復(fù)合纖維纏繞柱狀泡沫鋁汽車保險杠系統(tǒng)，其包括塑料外板、緩沖材料和橫梁，外板和緩沖材料附著在橫梁上，橫梁與車架縱梁螺絲聯(lián)接，所述緩沖材料為柱狀泡沫鋁，所述柱狀泡沫鋁外纏繞有復(fù)合纖維層，上下兩層復(fù)合纖維之間的交叉角度為30-90度；所述復(fù)合纖維為石墨烯纖維與鋼纖維，其以重量比2:1-1:4的比例混合編織而成。

優(yōu)選的，所述復(fù)合纖維層厚度為0.1-1mm，優(yōu)選0.2-0.5mm。

優(yōu)選的，所述纏繞有復(fù)合纖維層的柱狀泡沫鋁在塑料外板和橫梁之間緊密排列，其直徑為5-15cm。

泡沫鋁屬于多孔金屬材料，其鋁基體內(nèi)含有大量結(jié)構(gòu)及分布可控的孔洞，其是以孔洞(空氣)作為復(fù)合相的復(fù)合材料。當(dāng)泡沫鋁被壓縮時，其先是呈現(xiàn)彈性，繼而出現(xiàn)一個長長的平臺，這時應(yīng)變增大很大而應(yīng)力幾乎恒定不變(塑性塌陷區(qū))，最后平臺胞壁被擠壓在一起，材料被壓實，應(yīng)力又迅速增大。因此泡沫鋁是良好的吸能材料，且其吸能主要發(fā)生在平臺階段。由于泡沫金屬在壓縮過程中，經(jīng)過很小的彈性形變后，就進(jìn)入一個很長的應(yīng)力平臺，這一平臺越長，在較小的應(yīng)力下，材料就能吸收越大的能量。但隨著材料密度的增加，平臺應(yīng)力隨之增加，平臺也隨之變短。所以泡沫材料的吸能能力與密度密切相關(guān)。

在現(xiàn)有的泡沫鋁研究中，一般采用泡沫鋁夾心結(jié)構(gòu)，例如泡沫鋁夾芯梁。所述泡沫鋁夾心結(jié)構(gòu)雖然吸能效果好，但其要用泡沫鋁制備夾心結(jié)構(gòu)，工藝較為復(fù)雜。因此本發(fā)明通過材料改性使泡沫鋁能夠達(dá)到夾心結(jié)構(gòu)的效果，制作又較為簡單，能有效替代結(jié)構(gòu)復(fù)雜的帶緩沖減震器的保險杠系統(tǒng)。

本發(fā)明先制備得到柱狀泡沫鋁，再在泡沫鋁外以濕法纏繞方法纏繞復(fù)合纖維層，得到本發(fā)明的復(fù)合纖維層包覆的柱狀泡沫鋁。

由于石墨烯的斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20％。同時其密度遠(yuǎn)小于鋁。因此將石墨烯纖維層包覆柱狀泡沫鋁后，泡沫鋁的密度變小，平臺應(yīng)力變長，同時石墨烯纖維層包覆柱狀泡沫鋁后，泡沫鋁彈性變高，其平臺應(yīng)力邊長。因此通過兩方面增加了泡沫鋁的吸能能力。

鋼纖維的拉伸強(qiáng)度最高可達(dá)3000MPa，其價格便宜，采購容易，因此其部分替代石墨烯纖維之后，通過編織形成復(fù)合纖維，進(jìn)一步通過濕法纏繞在柱狀泡沫鋁外層形成復(fù)合纖維層。當(dāng)柱狀泡沫鋁承受來自塑料外板的撞擊時，其首先發(fā)生微量形變，因此吸收塑料外板的能量，防止塑料外板斷裂。當(dāng)發(fā)生劇烈撞擊時，泡沫鋁發(fā)生塌縮，所述復(fù)合纖維層纏繞泡沫鋁，防止泡沫鋁在水平方向發(fā)生擴(kuò)縮，因此其吸收能量的能力大大增強(qiáng)。

因此，以本發(fā)明的復(fù)合纖維層包覆的柱狀泡沫鋁置于塑料保險杠之后，即可起到帶緩沖減震結(jié)構(gòu)保險杠的效果。

具體實施方式

下面通過具體實施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實施例1

一種復(fù)合纖維纏繞柱狀泡沫鋁汽車保險杠系統(tǒng)，其包括塑料外板、緩沖材料和橫梁，外板和緩沖材料附著在橫梁上，橫梁與車架縱梁螺絲聯(lián)接，所述緩沖材料為柱狀泡沫鋁，所述柱狀泡沫鋁外纏繞有復(fù)合纖維層，上下兩層復(fù)合纖維之間的交叉角度為30度；所述復(fù)合纖維為石墨烯纖維與鋼纖維，其以重量比2:1的比例混合編織而成。

實施例2

一種復(fù)合纖維纏繞柱狀泡沫鋁汽車保險杠系統(tǒng)，其包括塑料外板、緩沖材料和橫梁，外板和緩沖材料附著在橫梁上，橫梁與車架縱梁螺絲聯(lián)接，所述緩沖材料為柱狀泡沫鋁，所述柱狀泡沫鋁外纏繞有復(fù)合纖維層，上下兩層復(fù)合纖維之間的交叉角度為60度；所述復(fù)合纖維為石墨烯纖維與鋼纖維，其以重量比1:1的比例混合編織而成。

實施例3

一種復(fù)合纖維纏繞柱狀泡沫鋁汽車保險杠系統(tǒng)，其包括塑料外板、緩沖材料和橫梁，外板和緩沖材料附著在橫梁上，橫梁與車架縱梁螺絲聯(lián)接，所述緩沖材料為柱狀泡沫鋁，所述柱狀泡沫鋁外纏繞有復(fù)合纖維層，上下兩層復(fù)合纖維之間的交叉角度為90度；所述復(fù)合纖維為石墨烯纖維與鋼纖維，其以重量比1:4的比例混合編織而成。