本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种复合纤维缠绕柱状泡沫铝汽车保险杠系统。
背景技术：
保险杠系统是汽车车身的重要组成部分。其作用为当汽车与其他车辆或障碍物发生碰撞时能保护乘客安全，降低车体损害程度。轻微事故时保险杠系统能吸收冲击能量，然后自动恢复原状，有效地降低了汽车的修理费用。遇上严重的撞车事故时，冲击力经保险杠系统被合理的分散给车身，以避免局部区域变形过大，保证乘客有足够的生存空间。
保险杠的种类很多，按其结构形式大致分为三类：
第一类为结构形式简单，成本较低的简易非金属材料的保险杠，可直接用螺栓固定安装到车身的托架上。此类保险杠的缓冲吸能力较差，通常装备于抵挡经济型轿车。
第二类通常由横杠以及缓冲吸能件和加强件等组成，这类保险杠一般安装在中、低档汽车上。
第三类则带有缓冲减震器，在保险横杠与车身底部纵梁之间安装有缓冲减震器，缓冲减震器的结构形式多样，但多是利用液压或气压减震，具有运动部件。
纵观上述保险杠系统，带有缓冲减震器的保险杠系统吸能效果出色，性能最好，但其价格高，同时具有运动部件，因此其可靠性较低。而第一二类因为结构的先天缺陷，吸能效果较差。如何利用材料特性，设计具有媲美带缓冲减震器的保险杠系统，同时又结构简单，可靠性高，是本领域面临的技术难题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种复合纤维缠绕柱状泡沫铝汽车保险杠系统，其吸能效果好，没有运动部件，可靠性高。
本发明的在先申请“一种柱状泡沫铝汽车保险杠系统”采用石墨烯纤维层缠绕柱状泡沫铝形成缓冲材料，但由于石墨烯价格高，因此本发明通过采用其他纤维部分替代石墨烯，以减少采用石墨烯的成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合纤维缠绕柱状泡沫铝汽车保险杠系统，其包括塑料外板、缓冲材料和横梁，外板和缓冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝联接，所述缓冲材料为柱状泡沫铝，所述柱状泡沫铝外缠绕有复合纤维层，上下两层复合纤维之间的交叉角度为30-90度；所述复合纤维为石墨烯纤维与钢纤维，其以重量比2:1-1:4的比例混合编织而成。
优选的，所述复合纤维层厚度为0.1-1mm，优选0.2-0.5mm。
优选的，所述缠绕有复合纤维层的柱状泡沫铝在塑料外板和横梁之间紧密排列，其直径为5-15cm。
泡沫铝属于多孔金属材料，其铝基体内含有大量结构及分布可控的孔洞，其是以孔洞(空气)作为复合相的复合材料。当泡沫铝被压缩时，其先是呈现弹性，继而出现一个长长的平台，这时应变增大很大而应力几乎恒定不变(塑性塌陷区)，最后平台胞壁被挤压在一起，材料被压实，应力又迅速增大。因此泡沫铝是良好的吸能材料，且其吸能主要发生在平台阶段。由于泡沫金属在压缩过程中，经过很小的弹性形变后，就进入一个很长的应力平台，这一平台越长，在较小的应力下，材料就能吸收越大的能量。但随着材料密度的增加，平台应力随之增加，平台也随之变短。所以泡沫材料的吸能能力与密度密切相关。
在现有的泡沫铝研究中，一般采用泡沫铝夹心结构，例如泡沫铝夹芯梁。所述泡沫铝夹心结构虽然吸能效果好，但其要用泡沫铝制备夹心结构，工艺较为复杂。因此本发明通过材料改性使泡沫铝能够达到夹心结构的效果，制作又较为简单，能有效替代结构复杂的带缓冲减震器的保险杠系统。
本发明先制备得到柱状泡沫铝，再在泡沫铝外以湿法缠绕方法缠绕复合纤维层，得到本发明的复合纤维层包覆的柱状泡沫铝。
由于石墨烯的断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。同时其密度远小于铝。因此将石墨烯纤维层包覆柱状泡沫铝后，泡沫铝的密度变小，平台应力变长，同时石墨烯纤维层包覆柱状泡沫铝后，泡沫铝弹性变高，其平台应力边长。因此通过两方面增加了泡沫铝的吸能能力。
钢纤维的拉伸强度最高可达3000MPa，其价格便宜，采购容易，因此其部分替代石墨烯纤维之后，通过编织形成复合纤维，进一步通过湿法缠绕在柱状泡沫铝外层形成复合纤维层。当柱状泡沫铝承受来自塑料外板的撞击时，其首先发生微量形变，因此吸收塑料外板的能量，防止塑料外板断裂。当发生剧烈撞击时，泡沫铝发生塌缩，所述复合纤维层缠绕泡沫铝，防止泡沫铝在水平方向发生扩缩，因此其吸收能量的能力大大增强。
因此，以本发明的复合纤维层包覆的柱状泡沫铝置于塑料保险杠之后，即可起到带缓冲减震结构保险杠的效果。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种复合纤维缠绕柱状泡沫铝汽车保险杠系统，其包括塑料外板、缓冲材料和横梁，外板和缓冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝联接，所述缓冲材料为柱状泡沫铝，所述柱状泡沫铝外缠绕有复合纤维层，上下两层复合纤维之间的交叉角度为30度；所述复合纤维为石墨烯纤维与钢纤维，其以重量比2:1的比例混合编织而成。
实施例2
一种复合纤维缠绕柱状泡沫铝汽车保险杠系统，其包括塑料外板、缓冲材料和横梁，外板和缓冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝联接，所述缓冲材料为柱状泡沫铝，所述柱状泡沫铝外缠绕有复合纤维层，上下两层复合纤维之间的交叉角度为60度；所述复合纤维为石墨烯纤维与钢纤维，其以重量比1:1的比例混合编织而成。
实施例3
一种复合纤维缠绕柱状泡沫铝汽车保险杠系统，其包括塑料外板、缓冲材料和横梁，外板和缓冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝联接，所述缓冲材料为柱状泡沫铝，所述柱状泡沫铝外缠绕有复合纤维层，上下两层复合纤维之间的交叉角度为90度；所述复合纤维为石墨烯纤维与钢纤维，其以重量比1:4的比例混合编织而成。