本申請是申請?zhí)枮椋?01610333315.7，申請日：2016-05-19，專利名稱“一種具有泡沫夾層的雙層碳纖維管及其制作工藝”的發(fā)明專利的分案申請。

本發(fā)明涉及碳纖維領(lǐng)域，具體涉及一種新型泡沫夾層的雙層碳纖維管。

背景技術(shù)：

碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)從航空航天等高端領(lǐng)域逐步向民用領(lǐng)域普及，碳纖維管具有比重小、剛度大、強度高、耐腐蝕等優(yōu)點，廣泛用于醫(yī)療器械、體育器材中。但是由于其自身特性使碳纖維管的機械連接極為困難，所以使用膠水粘接則成為了一種比較簡單高效的連接方式。如今，汽車上的許多鋼結(jié)構(gòu)件正逐漸使用碳纖維制件代替來減輕重量。

桁架式汽車的車架是由多根管件連接而成，傳統(tǒng)的桁架車架材料主要是鋼管或鋁合金管，現(xiàn)在新型的桁架車架采用碳纖維管，但是由于碳纖維管之間的連接以及碳纖維管和其他零件的連接無法使用焊接，只能采用粘接或螺栓連接，但是粘接的強度較小，而螺栓連接則會破壞碳纖維管的碳絲，使其受力時容易發(fā)生斷裂，針對這些情況，現(xiàn)有技術(shù)中用于桁架車架的碳纖維管都是在碳纖維管體的兩端粘接一個金屬接頭，再通過金屬接頭與其他碳纖維管或零件進行連接。

現(xiàn)有技術(shù)都是先制作好碳纖維管，然后在金屬接頭上涂覆膠水，再將碳纖維管和金屬接頭粘在一起，制作周期長。為了方便連接，碳纖維管和接頭之間往往設(shè)置裝配間隙，這樣就導(dǎo)致碳纖維管和接頭之間的同軸度偏大，且膠水厚度不均勻，如果涂覆膠水過多的話，多余的膠水還會流到接頭用于連接的內(nèi)螺紋處，以及接頭和碳纖維管的端面，膠水固化后非常難以處理，導(dǎo)致后處理的工作量增大。碳纖維層與膠水粘接時，接頭放置方式通常為水平放置或者豎直放置，由于重力的影響，膠水總會分布不均勻，導(dǎo)致碳纖維管與接頭粘接后的質(zhì)量下降。

現(xiàn)有的碳纖維管都是單層，由于碳纖維布的厚度較小，因此碳纖維管往往壁厚也較小，其對汽車的噪音和振動沒有衰減作用，使得桁架式汽車的噪聲和振動較大。碳纖維布與接頭粘接的面積也較小，而為了提高粘接強度，往往需要將接頭的凸臺加長，以增大其與碳纖維布接觸的面積，但這樣又會導(dǎo)致碳纖維管的重量增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述監(jiān)測裝置的不足，本發(fā)明具體涉及一種新型泡沫夾層的雙層碳纖維管。目的是提供一種生產(chǎn)成本低、成型快、粘接質(zhì)量好、粘接強度大、具有吸聲、減震效果的雙層碳纖維管及其粘接工藝。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種新型泡沫夾層的雙層碳纖維管，所述的雙層碳纖維管由外側(cè)向內(nèi)側(cè)依次設(shè)置外層碳纖維管、泡沫層、內(nèi)層碳纖維管；所述雙層碳纖維管的兩端分別與一個金屬接頭連接；

所述的金屬接頭包括第一凸圓臺，第一凸圓臺上端面設(shè)置第二凸圓臺，第二凸圓臺上端面設(shè)置第三凸圓臺；所述第一凸圓臺的上端面、第二凸圓臺的外側(cè)面位置設(shè)置第一密封圈，所述第二凸圓臺的上端面、第三凸圓臺的外側(cè)面位置設(shè)置第二密封圈，所述第三凸圓臺的上端面設(shè)置第三密封圈；

所述外層碳纖維管的內(nèi)側(cè)面與第二凸圓臺的外側(cè)面連接，外層碳纖維管的端面與第一密封圈的上端面密封連接；所述內(nèi)層碳纖維管的內(nèi)側(cè)面與第三凸圓臺、第三密封圈的外側(cè)面連接；所述內(nèi)層碳纖維管的端面與第二密封圈的上端面密封連接；

所述的雙層碳纖維管還包括用于其成型的內(nèi)模、外模；所述的內(nèi)模包括設(shè)置在最外側(cè)的剝離層，從剝離層向內(nèi)側(cè)依次設(shè)置真空薄膜層、防水層、粘性層，粘性層的內(nèi)側(cè)設(shè)置海綿體；所述外模由兩個半圓筒可拆卸的連接而成，所述外模由外側(cè)面到內(nèi)側(cè)面依次設(shè)置外殼、第一外層、第二外層、第三外層，所述外殼、第一外層、第二外層、第三外層相互之間構(gòu)成可拆卸式的連接；

所述的第一外層、第二外層、第三外層的形狀分別與外層碳纖維管、泡沫層、內(nèi)層碳纖維管的形狀相適應(yīng)。

優(yōu)選的，所述金屬接頭沿其軸線方向的軸心位置設(shè)置連接通孔，連接通孔內(nèi)設(shè)置內(nèi)螺紋；所述第一凸圓臺的底端面沿其軸向方向設(shè)置多個周向布置的第一滲透孔、第二滲透孔、第三滲透孔；所述的第一滲透孔與第二凸圓臺的外側(cè)壁沿其徑向方向的開孔連接，所述的第二滲透孔依次穿過第一凸圓臺、第二凸圓臺、第一密封圈，所述的第三滲透孔與第三凸圓臺的外側(cè)壁沿徑向方向的開孔連接。

優(yōu)選的，所述第三密封圈的截面為碗形，其上端的內(nèi)徑大于下端的內(nèi)徑。

根據(jù)上述任意一種新型泡沫夾層的雙層碳纖維管的制作工藝，其特征在于：所述的雙層碳纖維管的制作工藝包括以下步驟：內(nèi)模成型、碳纖維管成型、碳纖維管后處理；所述的碳纖維管成型步驟包括內(nèi)層碳纖維管成型、泡沫層成型、外層碳纖維管成型；

所述的內(nèi)模成型步驟為：將外模的兩端分別與一個金屬接頭連接，使第三外層的內(nèi)側(cè)面與第三凸圓臺的外側(cè)面接觸，第三外層的端面與第二密封圈的上端面貼緊，然后將內(nèi)模穿入兩個金屬接頭與外模的內(nèi)腔區(qū)域中；向內(nèi)模的海綿體中依次灌入無黏結(jié)劑干砂粉末、膠水，然后烘干內(nèi)模，使海綿體膨脹，一定時間后當(dāng)膠水與干砂粘接凝固且海綿體硬化，拆下外模，并將第三外層從外模上拆除；

優(yōu)選的，所述的內(nèi)層碳纖維管成型步驟為：將碳纖維布依次纏繞在內(nèi)模、第三凸圓臺的外側(cè)面上；然后將拆除了第三外層的外模安裝在碳纖維布的外側(cè)，第二外層的端面與第二密封圈的上端面緊貼，同時第二外層的內(nèi)側(cè)面與碳纖維布的外側(cè)面緊貼；向一端的金屬接頭上的第三滲透孔中灌入環(huán)氧樹脂，另一端的金屬接頭上的第三滲透孔通過真空管依次與分離罐、真空泵連接；對第二外層、內(nèi)模、第二密封圈圍成的區(qū)域抽真空并保壓一段時間，使纏繞在內(nèi)模、第三凸圓臺外側(cè)壁上的碳纖維布固化為內(nèi)層碳纖維管，然后拆下外模，并將第二外層從外模上拆除。

優(yōu)選的，所述的泡沫層成型步驟為：將拆除了第二外層的外模重新與金屬接頭連接，使第一外層的內(nèi)側(cè)壁與第二凸圓臺的外側(cè)壁緊貼，同時第一外層的端面與第二密封圈的外側(cè)面貼緊，然后向一端的金屬接頭上的第二滲透孔中灌入泡沫及凝固劑，將另一端的金屬接頭上的第二滲透孔關(guān)閉，使泡沫填充并固化在第一外層、內(nèi)層碳纖維管、第二密封圈圍成的區(qū)域；然后拆下外模，并將第一外層從外模上拆除。

優(yōu)選的，所述的外層碳纖維管成型步驟為：將拆除了第一外層的外模重新與金屬接頭連接，在泡沫層、第二凸圓臺的外側(cè)面上纏繞碳纖維布，向一端的金屬接頭上的第一滲透孔中灌入環(huán)氧樹脂，另一端的金屬接頭上的第一滲透孔通過真空管依次與分離罐、真空泵連接；對外殼、內(nèi)模、第一密封圈圍成的區(qū)域抽真空并保壓一段時間，使纏繞在泡沫層和第一凸圓臺外側(cè)面上的碳纖維布固化為外層碳纖維管。

優(yōu)選的，所述的碳纖維管成型步驟中，向一端的金屬接頭上的第三滲透孔中灌入環(huán)氧樹脂以及內(nèi)層碳纖維管的固化過程中，所述的內(nèi)層碳纖維管始終繞其軸線勻速旋轉(zhuǎn)；向一端的金屬接頭上的第二滲透孔中灌入泡沫、凝固劑以及泡沫層的固化過程中，所述的泡沫層始終繞其軸線勻速旋轉(zhuǎn)；向一端的金屬接頭上的第一滲透孔中灌入環(huán)氧樹脂以及外層碳纖維管的固化過程中，所述的外層碳纖維管始終繞其軸線勻速旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明具有以下有益效果：碳纖維管由外層碳纖維管、泡沫層、內(nèi)層碳纖維管構(gòu)成，結(jié)構(gòu)強度好，且內(nèi)、外碳纖維管分別與金屬接頭粘接，使粘接強度增大；內(nèi)、外碳纖維管分別與泡沫層進行一定程度的粘接，使雙層碳纖維管結(jié)構(gòu)強度更好；泡沫層可以有效吸收車輪與車身之間的振動以及車輪與地面之間的噪聲；各層成型的同時完成其與金屬接頭的粘接，避免了碳纖維管和接頭粘接后的不同軸問題；粘接過程中膠水不會流入接頭內(nèi)孔處，也不會流到碳纖維管和接頭的端面部位，減少后序工作；各層粘接及成型時始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，粘接部位的膠水分布更均勻，粘接質(zhì)量好。

附圖說明

圖1為雙層碳纖維管剖視圖；

圖2為內(nèi)模成型步驟中外模與接頭連接示意圖；

圖3為內(nèi)模成型步驟中海綿體膨脹示意圖；

圖4為內(nèi)層碳纖維管成型步驟中向第三滲透孔灌入環(huán)氧樹脂示意圖；

圖5為泡沫層成型步驟中向第二滲透孔灌入泡沫和凝固劑示意圖；

圖6為外層碳纖維管成型步驟中向第一滲透孔灌入環(huán)氧樹脂示意圖；

圖7為拆除內(nèi)膜后金屬接頭下端面安裝堵蓋示意圖；

圖8為圖3中a-a剖視圖。

具體實施方式

本文中使用的“上”、“下”、“底”是為了方便闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)而使用的詞匯，不對本發(fā)明的權(quán)利要求內(nèi)容構(gòu)成任何形式的限制。

如圖1-圖8所示的一種新型泡沫夾層的雙層碳纖維管，所述的雙層碳纖維管由外側(cè)向內(nèi)側(cè)依次設(shè)置外層碳纖維管1、泡沫層2、內(nèi)層碳纖維管3；所述雙層碳纖維管的兩端分別與一個金屬接頭4連接。

如圖7所示的，所述的金屬接頭4包括第一凸圓臺51，第一凸圓臺51上端面設(shè)置第二凸圓臺61，第二凸圓臺61上端面設(shè)置第三凸圓臺71；所述第一凸圓臺51的上端面、第二凸圓臺61的外側(cè)面位置設(shè)置第一密封圈52，所述第二凸圓臺61的上端面、第三凸圓臺71的外側(cè)面位置設(shè)置第二密封圈62，所述第三凸圓臺71的上端面設(shè)置第三密封圈72；所述第三密封圈72的截面為碗形，其上端的內(nèi)徑大于下端的內(nèi)徑，這樣可以讓內(nèi)模8與內(nèi)層碳纖維管3的內(nèi)側(cè)面更好的貼合。第一圓凸臺51的底面與堵蓋14連接，當(dāng)雙層碳纖維管成型后，使用堵蓋14可以將相關(guān)的滲透孔進行密封。

所述外層碳纖維管1的內(nèi)側(cè)面與第二凸圓臺61的外側(cè)面連接，外層碳纖維管1的端面與第一密封圈52的上端面密封連接；所述內(nèi)層碳纖維管3的內(nèi)側(cè)面與第三凸圓臺71、第三密封圈72的外側(cè)面連接；所述內(nèi)層碳纖維管3的端面與第二密封圈62的上端面密封連接。

如圖1、圖7所示的，所述金屬接頭4沿其軸線方向的軸心位置設(shè)置連接通孔41，連接通孔41內(nèi)設(shè)置內(nèi)螺紋；兩個金屬接頭4的連接通孔41各與一個水平放置的旋轉(zhuǎn)軸11連接，旋轉(zhuǎn)軸11與驅(qū)動電機12連接。這樣可以讓雙層碳纖維管成型及其與金屬接頭4粘接的過程中始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，讓環(huán)氧樹脂分布的更均勻，提高粘接質(zhì)量。

為了方便的在各個步驟中添加適量的環(huán)氧樹脂、泡沫、凝固劑，同時為了防止多余的環(huán)氧樹脂流入連接通孔41內(nèi)，或流至金屬接頭4的外側(cè)面和底端面，所述第一凸圓臺51的底端面沿其軸向方向設(shè)置多個周向布置的第一滲透孔53、第二滲透孔63、第三滲透孔73；所述的第一滲透孔53與第二凸圓臺61的外側(cè)壁沿其徑向方向的開孔連接，所述的第二滲透孔63依次穿過第一凸圓臺51、第二凸圓臺61、第一密封圈62，所述的第三滲透孔73與第三凸圓臺71的外側(cè)壁沿徑向方向的開孔連接。

所述的雙層碳纖維管還包括用于其成型的內(nèi)模8、外模9；如圖8所示的，內(nèi)模8包括設(shè)置在最外側(cè)的剝離層82，從剝離層82向內(nèi)側(cè)依次設(shè)置真空薄膜層83、防水層84、粘性層85，粘性層85的內(nèi)側(cè)設(shè)置海綿體81，內(nèi)模8的各層均為彈性軟質(zhì)塑料或彈性軟質(zhì)復(fù)合材料構(gòu)成，因而內(nèi)模8的外側(cè)面形狀可以根據(jù)其內(nèi)側(cè)海綿體1的形狀變化而變化，將內(nèi)模8放入水中一定時間后海綿體1變軟時，內(nèi)模8的形狀可以發(fā)生變化，海綿體1也可以被壓縮。

所述的外模9由兩個半圓筒可拆卸的連接而成，可以是在兩個半圓筒的側(cè)面分別設(shè)置法蘭然后通過螺栓連接，也可以是使用卡環(huán)將兩個半圓筒捆緊。所述外模9由外側(cè)面到內(nèi)側(cè)面依次設(shè)置外殼90、第一外層91、第二外層92、第三外層93，所述外殼90、第一外層91、第二外層92、第三外層93相互之間構(gòu)成可拆卸式的連接，可以是內(nèi)層結(jié)構(gòu)與外層結(jié)構(gòu)之間通過過盈配合的方式連接，也可以是內(nèi)層結(jié)構(gòu)與外層結(jié)構(gòu)沿徑向方向設(shè)置銷孔和銷的方式連接。

所述的外殼90、第一外層91、第二外層92、第三外層93的內(nèi)側(cè)面上分別涂覆防粘涂層；所述的第一外層91、第二外層92、第三外層93的形狀分別與外層碳纖維管1、泡沫層2、內(nèi)層碳纖維管3的形狀相適應(yīng)。

所述的雙層碳纖維管的制作工藝包括以下步驟：內(nèi)模成型、碳纖維管成型、碳纖維管后處理。

如圖2至圖7所示的，所述的內(nèi)模成型步驟為：將外模9的兩端分別與一個金屬接頭4連接，使第三外層93的內(nèi)側(cè)面與第三凸圓臺71的外側(cè)面接觸，第三外層93的端面與第二密封圈62的上端面貼緊，將內(nèi)模8浸入水中一段時間，使海綿體81變軟，然后將內(nèi)模8穿入兩個金屬接頭4與外模9的內(nèi)腔區(qū)域中；向內(nèi)模8的海綿體81中依次灌入無黏結(jié)劑干砂粉末、膠水，然后烘干內(nèi)模8，使海綿體81膨脹，一定時間后當(dāng)膠水與干砂粘接凝固且海綿體81硬化，拆下外模9，并將第三外層93從外模9上拆除。

所述的碳纖維管成型步驟包括內(nèi)層碳纖維管成型、泡沫層成型、外層碳纖維管成型；

所述的內(nèi)層碳纖維管成型步驟為：將碳纖維布依次纏繞在內(nèi)模8、第三凸圓臺71的外側(cè)面上；然后將拆除了第三外層93的外模9安裝在碳纖維布的外側(cè)，第二外層92的端面與第二密封圈62的上端面緊貼，同時第二外層92的內(nèi)側(cè)面與碳纖維布的外側(cè)面緊貼；然后向一端的金屬接頭4上的第三滲透孔73中灌入環(huán)氧樹脂，另一端的金屬接頭4上的第三滲透孔73通過真空管依次與分離罐、真空泵連接；啟動真空泵、驅(qū)動電機12，對第二外層92、內(nèi)模8、第二密封圈62圍成的區(qū)域抽真空并保壓一段時間，使環(huán)氧樹脂均布在內(nèi)模8、第三凸圓臺71外側(cè)壁上的碳纖維布上，同時碳纖維布始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，使環(huán)氧樹脂的分布更均勻。由于設(shè)置了第二密封圈62、第三密封圈72，使得環(huán)氧樹脂只在第三外層93內(nèi)側(cè)面與內(nèi)模8的外側(cè)面之間的區(qū)域流動，而無法流到連接通孔41內(nèi)，也無法流到第一圓凸臺51的外側(cè)面上。當(dāng)碳纖維布固化為內(nèi)層碳纖維管3后，關(guān)閉真空泵、驅(qū)動電機12，拆下外模9，并將第二外層92從外模9上拆除。

所述的泡沫層成型步驟為：將拆除了第二外層92的外模9重新與金屬接頭4連接，使第一外層91的內(nèi)側(cè)壁與第二凸圓臺61的外側(cè)壁緊貼，同時第一外層91的端面與第二密封圈62的外側(cè)面貼緊，然后向一端的金屬接頭4上的第二滲透孔63中灌入泡沫及凝固劑，將另一端的金屬接頭4上的第二滲透孔63關(guān)閉，同時啟動驅(qū)動電機，使泡沫填充并固化在第一外層91、內(nèi)層碳纖維管3、第二密封圈62圍成的區(qū)域，由于設(shè)置了第二密封圈62、第三密封圈72，使得泡沫和凝固劑只在第二外層92內(nèi)側(cè)面與內(nèi)模8的外側(cè)面之間的區(qū)域填充，而無法流到連接通孔41內(nèi)，也無法流到第一圓凸臺51的外側(cè)面上。當(dāng)泡沫固化后拆下外模9，并將第一外層91從外模9上拆除。

所述的外層碳纖維管成型步驟為：將拆除了第一外層91的外模9重新與金屬接頭4連接，在泡沫層2、第二凸圓臺61的外側(cè)面上纏繞碳纖維布，向一端的金屬接頭4上的第一滲透孔53中灌入環(huán)氧樹脂，另一端的金屬接頭4上的第一滲透孔53通過真空管依次與分離罐、真空泵連接；啟動真空泵、驅(qū)動電機12，對外殼90、內(nèi)模8、第一密封圈53圍成的區(qū)域抽真空并保壓一段時間，使纏繞在泡沫層2和第一凸圓臺51外側(cè)面上的碳纖維布旋轉(zhuǎn)并固化為外層碳纖維管1。

所述的碳纖維管后處理步驟為：向海綿體81中灌入破膠液，待海綿體81變軟后，將內(nèi)模8取出，然后將堵蓋14安裝在第一凸圓臺51的底端面上。

所述的碳纖維管成型步驟中，向一端的金屬接頭4上的第三滲透孔73中灌入環(huán)氧樹脂以及內(nèi)層碳纖維管3的固化過程中，所述的內(nèi)層碳纖維管3始終繞其軸線勻速旋轉(zhuǎn)；向一端的金屬接頭4上的第二滲透孔63中灌入泡沫、凝固劑以及泡沫層2的固化過程中，所述的泡沫層2始終繞其軸線勻速旋轉(zhuǎn)；向一端的金屬接頭4上的第一滲透孔53中灌入環(huán)氧樹脂以及外層碳纖維管1的固化過程中，所述的外層碳纖維管1始終繞其軸線勻速旋轉(zhuǎn)。這樣可以讓環(huán)氧樹脂、泡沫、凝固劑在固化的過程中均勻周部，克服了重力的影響，使粘接的效果更好。