专利名称：蜂窝式碳纤维吸能器及其制造方法和制造设备的制作方法
蜂窝式碳纤维吸能器及其制造方法和制造设备
技术领域：
本发明涉及吸能器，尤其是涉及一种蜂窝式碳纤维吸能器及其制造方法和制造设备。
背景技术：
在轨道交通车辆与航空航天领域，蜂窝式吸能器的被动安全防护发挥着越来越大的作用。蜂窝式吸能器采用的基体材料主要是铝箔，加工工艺主要有拉伸法和成型法。拉伸法具体步骤包括(I)在已准备好的金属箔条上面涂胶；(2)将多层箔条叠合起来，胶接在一起；(3)对胶接在一起的蜂窝叠层板进行拉伸形成所需要的金属蜂窝。另一种比较常见的金属蜂窝加工工艺是传统的成型法，其具体步骤包括(I)金·属箔材经过送料被送到成型辊装置，通过成型辊的作用使得原本平整的箔条变为波纹状；
(2)将第奇数个波纹条和经过翻转后的第偶数个波纹条涂胶后叠合起来，形成蜂窝芯；(3)封边处理；(4)用热压罐或者热压机对叠合后的金属箔材进行加压加热使得胶黏剂固化，形成蜂窝芯块；(5)通过剪切装置，将蜂窝芯块按照一定的尺寸进行剪切，最终形成蜂窝芯板。由于采用的材料是铝箔等金属，传统的蜂窝式吸能器不仅吸能效率低，体积和重量也较大。另外传统的拉伸法制造的蜂窝式吸能器的一致性较差，而且难以加工强度高、密度大的金属。成型法则存在不易实现自动化，导致生产成本高的问题。
发明内容基于此，有必要提供一种吸能效率高的轻型小体积的蜂窝式吸能器。一种蜂窝式吸能器，包括胶接在一起形成蜂窝状构型的多个波纹状片材，所述波纹状片材由碳纤维布浸润树脂后成型得到。优选地，所述碳纤维布为均匀编织。优选地，所述碳纤维布为渐疏编织。一种蜂窝式碳纤维吸能器制造方法，包括将碳纤维布送入树脂传递模塑装置；将碳纤维布成型为波纹状片材；将所述波纹状片材送入蜂窝式成型装置组装成蜂窝式碳纤维吸能器。优选地，所述将波纹状片材送入蜂窝式成型装置组装成蜂窝式碳纤维吸能器的步骤具体包括将所述波纹状片材送到涂胶位置涂胶；将下一波纹状片材与涂胶的波纹状片材叠合，使处于上层的波纹状片材的波谷对应处于下层的波纹状片材的波峰胶接，从而形成多个间隔的蜂窝孔；对两层波纹状片材的叠合处加压；对上层波纹状片材涂胶并重复上述步骤直至达到所需的层数；裁剪得到蜂窝式碳纤维吸能器。优选地，所述碳纤维布为均匀编织或渐疏编织。一种蜂窝式碳纤维吸能器制造设备，包括送料装置，用于将碳纤维布送到树脂传递模塑装置；树脂传递模塑装置，用于将所述碳纤维布浸润树脂并成型；辅助成型压辊，用于将碳纤维布辊压成波纹状；蜂窝式成型装置，用于将多个波纹状片材组合成型为蜂窝式碳纤维吸能器。优选地，所述蜂窝式成型装置包括第二送料装置，用于将所述波纹状片材送到工作台；工作台，用于支撑所述波纹状片材并可上下移动；凹印辊，用于将送到工作台的波纹状片材表面涂胶；送料插针，用于将两层波纹状片材叠合；冲头，用于将两层波纹状片材的叠合处加压。优选地，所述碳纤维布为均匀编织或渐疏编织。优选地，还包括与所述送料插针配合的插针支撑板。 由于采用浸润树脂的碳纤维布制作形成蜂窝式碳纤维吸能器的基本构件-波纹状片材，使得蜂窝式碳纤维吸能器的体积和重量大为减小，材质特性使其吸能效率高。此夕卜，浸润树脂成型也使波纹状片材的形状一致性很好，因此自动化生产的效率高。
图I为一实施例的蜂窝式碳纤维吸能器结构示意图；图2为图I中蜂窝式碳纤维吸能器爆炸图；图3为碳纤维布平面示意图；图4为渐疏编织的波纹状片材的立体图；图5为一实施例的蜂窝式碳纤维吸能器制造方法流程图；图6为将波纹状片材组装为蜂窝式碳纤维吸能器的流程图；图7为一实施例的蜂窝式碳纤维吸能器制造设备系统图；图8为图7中的底座与辅助成型压辊配合示意图；图9为采用图7中树脂传递模塑装置使碳纤维布浸润成型的示意图。
具体实施方式
图I为一实施例的蜂窝式碳纤维吸能器结构示意图。图2为图I中蜂窝式碳纤维吸能器的爆炸图。如图I和图2所示，该蜂窝式碳纤维吸能器10包括胶接在一起形成蜂窝状的多个波纹状片材101。其中波纹状片材101由碳纤维布浸润树脂后成型得到。碳纤维布由碳纤维原丝编织得到，具有轻质量、高强度、高模量、耐高温达2000°C、耐腐蚀以及抗疲劳性能显著高于钢、铝等优点。在其中一个实施例中，碳纤维布为均匀编织。均匀编织是指，同一方向延伸的碳纤维原丝相互之间的间距是一致的，比如横向延伸的碳纤维原丝相互之间的间距一致且纵向延伸的碳纤维原丝相互之间的间距一致。在另一实施例中，碳纤维布为渐疏编织。如图3所示，碳纤维布中纵向延伸的碳纤维原丝相互之间的间距从左至右逐渐变宽，横向延伸的碳纤维原丝相互之间的间距则保持一致。在另外的实施例中，也可以是某一宽度范围内，纵向延伸的碳纤维原丝相互之间的间距保持一致，下一宽度范围内，纵向延伸的碳纤维原丝相互之间的间距仍然保持一致，但是间距比上一宽度范围内的间距大。如图4所示，在宽度范围A内的间距比宽度范围B内的间距大。
浸润树脂后的碳纤维布即可成型为图2所示波纹状片材101。由渐疏编织的碳纤维布形成的波纹状片材制得的蜂窝式碳纤维吸能器，编织较疏的位置面对冲击的方向。如图5所示，为一实施例的蜂窝式碳纤维吸能器制造方法流程图。该方法包括步骤SlOO :将碳纤维布送入树脂传递模塑装置。首先将碳纤维布辊压成波纹状。S200:将碳纤维布成型为波纹状片材。将辊压成波纹状的片材浸润树脂，成型为波纹状片材，波纹状片材形状如图2所示。S300 :将所述波纹状片材送入蜂窝式成型装置组装成蜂窝式碳纤维吸能器。将图2所示的波纹状片材组装为图I所示的蜂窝式碳纤维吸能器。如图6所示，步骤S300具体包括 S310 :将所述波纹状片材送到涂胶位置涂胶。主要是将波纹状片材的波峰凸处涂胶。S320 :将下一波纹状片材与涂胶的波纹状片材叠合，使处于上层的波纹状片材的波谷对应处于下层的波纹状片材的波峰胶接，从而形成多个间隔的蜂窝孔。下一波纹状片材处于上一波纹状片材的上层，处于上层的波谷凹处与处于下层的波峰凸处胶接，会形成多个间隔的蜂窝孔。S330 :对两层波纹状片材的叠合处加压。进一步加强两层波纹状片材胶接的强度。S340 :对上层波纹状片材涂胶并重复上述步骤直至达到所需的层数。同样的，对处于上层的波纹状片材的波峰凸处涂胶，进而叠合下一波纹状片材，并且重复步骤S310至S330，直至达到所需的层数。S350 :裁剪得到蜂窝式碳纤维吸能器。对上述步骤得到的结构裁剪、修边得到所需蜂窝式碳纤维吸能器。同样的，上述碳纤维布为均匀编织或渐疏编织。如图7所示，为一实施例的蜂窝式碳纤维吸能器制造设备。该设备包括送料装置100、树脂传递模塑装置200、辅助成型压辊300以及蜂窝式成型装置400。送料装置100用于将碳纤维布900送到树脂传递模塑装置200。送料装置100包括支架110、设于支架110两端的传送辊120以及连接传送辊120的传送带130。树脂传递模塑装置200用于将碳纤维布900浸润树脂并成型。树脂传递模塑装置200包括底座210和与底座210配合的树脂注入部件220。底座210表面呈凹凸起伏状，用于与辅助成型压辊300配合形成波纹状片材101的波纹。辅助成型压辊300用于将碳纤维布辊压成波纹状，具体为圆柱状的外周面设有间隔的辊压条。辊压条的径向厚度与底座210表面的凹处相适配，且间距也与210表面的相邻的两个凹处的间距相适配。底座210与辅助成型压辊300配合方式如图8所示。碳纤维布900被辊压后形成波纹状。之后辅助成型压辊300退出，树脂注入部件220与底座210相合将碳纤维布900夹持在其中，并注入树脂使碳纤维布900浸润，如图9所示。浸润成型之后就得到上述的波纹状片材101。蜂窝式成型装置400用于将多个波纹状片材101组合成型为蜂窝式碳纤维吸能器
10。具体地，蜂窝式成型装置400包括第二送料装置410、工作台420、凹印辊430、送料插针440以及冲头450。第二送料装置410用于将波纹状片材送到工作台420。第二送料装置410与送料装置100大致相同，当然也可采用其他类似形式的装置。工作台420用于支撑波纹状片材并可上下移动。工作台420表面呈凹凸起伏状，能够刚好使波纹状片材稳定嵌入。凹印辊430用于将送到工作台420的波纹状片材表面涂胶。凹印辊430结构与辅助成型压辊300结构相似，在外周面设有凹印条，相邻的两个凹印条之间的凹槽内可涂有粘胶，凹印辊430从工作台420上滚过时，可将粘胶涂在波纹状片材的波峰凸处的表面上。送料插针440用于将两层波纹状片材叠合。送料插针440为多个条状结构，外形与蜂窝孔形状匹配。当前一波纹状片材涂胶完成后，工作台420下移，送料插针440移动到嵌 入波纹状片材波谷的凹处，下一波纹状片材送入叠合于前一波纹状片材上，并且使处于上层的波纹状片材的波谷的凹处的外表面与处于下层的波纹状片材的波峰的凸处贴合胶接。送料插针440与位于工作台420另一侧的插针支撑板460连接,使送料插针440可承受更多重量。冲头450用于将两层波纹状片材的叠合处加压。冲头450与工作台420相对的表面也相应的为凹凸起伏状。冲头450在两层波纹状片材的叠合处加压，使贴合更加紧密。由于采用浸润树脂的碳纤维布制作形成蜂窝式碳纤维吸能器的基本构件-波纹状片材，使得蜂窝式碳纤维吸能器的体积和重量大为减小，材质特性使其吸能效率高。此夕卜，浸润树脂成型也使波纹状片材的形状一致性很好。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种蜂窝式碳纤维吸能器，包括胶接在一起形成蜂窝状构型的多个波纹状片材，其特征在于，所述波纹状片材由碳纤维布浸润树脂后成型得到。
2.如权利要求I所述的蜂窝式碳纤维吸能器，其特征在于，所述碳纤维布为均匀编织。
3.如权利要求I所述的蜂窝式碳纤维吸能器，其特征在于，所述碳纤维布为渐疏编织。
4.一种蜂窝式碳纤维吸能器制造方法，其特征在于，包括 将碳纤维布送入树脂传递模塑装置； 将碳纤维布成型为波纹状片材； 将所述波纹状片材送入蜂窝式成型装置组装成蜂窝式碳纤维吸能器。
5.如权利要求4所述的蜂窝式碳纤维吸能器制造方法，其特征在于，所述将波纹状片材送入蜂窝式成型装置组装成蜂窝式碳纤维吸能器的步骤具体包括 将所述波纹状片材送到涂胶位置涂胶； 将下一波纹状片材与涂胶的波纹状片材叠合，使处于上层的波纹状片材的波谷对应处于下层的波纹状片材的波峰胶接，从而形成多个间隔的蜂窝孔； 对两层波纹状片材的叠合处加压； 对上层波纹状片材涂胶并重复上述步骤直至达到所需的层数； 裁剪得到蜂窝式碳纤维吸能器。
6.如权利要求4所述的蜂窝式碳纤维吸能器制造方法，其特征在于，所述碳纤维布为均匀编织或渐疏编织。
7.一种蜂窝式碳纤维吸能器制造设备，其特征在于，包括 送料装置，用于将碳纤维布送到树脂传递模塑装置； 树脂传递模塑装置，用于将所述碳纤维布浸润树脂并成型； 辅助成型压辊，用于将碳纤维布辊压成波纹状； 蜂窝式成型装置，用于将多个波纹状片材组合成型为蜂窝式碳纤维吸能器。
8.如权利要求7所述的蜂窝式碳纤维吸能器制造设备，其特征在于，所述蜂窝式成型装置包括 第二送料装置，用于将所述波纹状片材送到工作台； 工作台，用于支撑所述波纹状片材并可上下移动； 凹印辊，用于将送到工作台的波纹状片材表面涂胶； 送料插针，用于将两层波纹状片材叠合； 冲头，用于将两层波纹状片材的叠合处加压。
9.如权利要求7所述的蜂窝式碳纤维吸能器制造设备，其特征在于，所述碳纤维布为均匀编织或渐疏编织。
10.如权利要求7所述的蜂窝式碳纤维吸能器制造设备，其特征在于，还包括与所述送料插针配合的插针支撑板。
全文摘要
本发明公开一种蜂窝式碳纤维吸能器，包括胶接在一起形成蜂窝状的多个波纹状片材，波纹状片材由碳纤维布浸润树脂后成型得到。还公开一种制造该种蜂窝式碳纤维吸能器的方法，包括将碳纤维布送入树脂传递模塑装置；将碳纤维布成型为波纹状片材；将波纹状片材送入蜂窝式成型装置组装成蜂窝式碳纤维吸能器。还公开一种制造该种蜂窝式碳纤维吸能器的设备，包括送料装置，用于将碳纤维布送到树脂传递模塑装置；树脂传递模塑装置，用于将所述碳纤维布浸润树脂并成型；辅助成型压辊，用于将碳纤维布辊压成波纹状；蜂窝式成型装置，用于将多个波纹状片材组合成型为蜂窝式碳纤维吸能器。上述蜂窝式碳纤维吸能器体积和重量减小、吸能效率高、一致性好。
文档编号B32B3/14GK102837455SQ20111016980
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者罗昌杰, 何凯, 荀大伟, 杜如虚 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院