[发明专利]一种圆柱层状不锈钢纤维多孔材料及吸能复合管

说明书

本发明提供了一种圆柱层状不锈钢纤维多孔材料及复合吸能管，多孔材料由以下方法制得：将不锈钢基材钩织，得到单层金属多孔织片，不锈钢基材选自单束连续的不锈钢纤维束、单束连续的0.2～1.0mm软态不锈钢丝或单束连续直径0.2～0.8mm的超细软不锈钢绳；将单层金属多孔织片卷裹成圆柱层状，1100℃～1330℃下真空烧结2～3.5h，随炉冷却，得到孔隙率为60～90％的圆柱层状不锈钢纤维多孔材料。将不锈钢基材钩织，卷裹成圆柱层状，再真空烧结，得到孔隙率为60～90％的圆柱层状不锈钢纤维多孔材料。该材料制备成本低，其填充于金属薄壁管时，可实现在压溃峰值几乎不增加下，具有更稳定的吸能过程和更高的吸能能力。

技术领域

本发明涉及金属纤维多孔材料应用于缓冲吸能防撞邻域，特别是涉及一种圆柱层状不锈钢纤维多孔材料及吸能复合管。

背景技术

碰撞安全性是各类交通运载工具安全性的重要指标，因此关于吸能材料与结构的创新性研究成为碰撞安全领域的热点，金属轻质多孔材料填充金属薄壁管吸能组件是其中一个方向。金属轻质多孔材料具有低的初始峰值、长而稳定的吸能塑性平台及高的载荷效率，当其与金属薄壁管复合后，其不仅可以增强金属薄壁管的变形稳定性，吸能能力、载荷效率，而且还可以起到耗散冲击波所形成的振动，起到减振的作用。目前应用最广泛的金属多孔材料主要是泡沫铝和蜂窝铝。

此两类材料的应用虽然带来了金属薄壁结构耐撞性的增强，但是碰撞初始阶段的初始峰值力也存在明显的增大，而且压溃变形时材料易产生碎裂变形(特别是泡沫铝)，加上比较昂贵的价格，限制了其推广应用。

但是金属多孔材料中有一类同样具有优质缓冲吸能能力，且大塑性变形不碎裂的材料目前没有发现有研究者将其应用于金属薄壁管的吸能防撞，此类材料即为金属纤维/丝多孔材料。金属纤维/丝多孔材料是由金属纤维/丝与气体形成的网络复合材料，具有许多独特的结构特点和力学性能。金属纤维/丝多孔材料具有高的机械强度、刚度、韧性、抗冲击吸能能力、抗热冲击性、静动态载荷条件下大塑性变形能力，宽的工作温度及严酷环境中能保持稳定的机械性能。金属纤维/丝已具备成熟的技术，可规模化生产。具有高强和少缺陷的基体材料可以很容易从丝材中获得，易获得的金属丝降低了多孔体生产成本。

目前不锈钢金属纤维/丝多孔材料的制备主要有以下几类：一类是以不锈钢短纤维/丝为原材料制备多孔材料，首先需要获得短纤维，短纤维可以直接生产也可对长纤维/丝进行切断；然后依据所制备多孔材料几何尺寸制备冷压所需的模具；接着将短纤维/丝铺制于模具中冷压成形后烧结。此类多孔材料纤维/丝随机相互搭接，孔隙结构分布不均匀且不可控。直接生产的短纤维成本高，且当制备不同几何尺寸的多孔材料时，所需模具也需重新加工。一类是以不锈钢中长纤维为原材料制备多孔材料，首先需对中长纤维/丝进行预处理，将其制成螺旋状，然后置于模具中进行压制使其缠绕在一起，最后直接成形(金属橡胶)或烧结后成形。此类多孔材料相比于前一类多孔材料在孔隙结构上变得可控和均匀，孔骨架则为类弹簧的相互嵌入。但需依据多孔材料的几何尺寸加工模具。另一类是以不锈钢连续纤维为原材料制备多孔材料，目前主要是通过编织成形后烧结而成。此类多孔材料与前两类多孔材料相比较其最大的改时在于，多孔材料制备无需对连续纤维进行短切，也无需制备专门的冷压模具。其为多束金属纤维/丝在专门的编织机上通过多个转子同时进行复杂的机构运动编织成形，然后烧结获得多孔材料。此种方法获得的不锈钢多孔材料孔隙结构有规律且可控，但编织设备复杂因而导致此种方法成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种圆柱层状不锈钢纤维多孔材料及吸能复合管，该圆柱层状不锈钢纤维多孔材料的制备成本低，且能提高金属薄壁管的吸能能力。

本发明提供了一种圆柱层状不锈钢纤维多孔材料，由以下方法制得：

将不锈钢基材钩织，得到单层金属多孔织片，所述不锈钢基材选自单束连续的不锈钢纤维束、单束连续的0.2～1.0mm软态不锈钢丝或单束连续直径0.2～0.8mm的超细软不锈钢绳；