專利名稱：高強(qiáng)柔性樹脂基體復(fù)合材料防撞護(hù)欄的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要用于公路、橋梁，尤其是高速公路上的復(fù)合材料護(hù)攔 構(gòu)件，更具體的說，本發(fā)明是一種高強(qiáng)柔性樹脂基體復(fù)合材料防撞護(hù)欄。本發(fā) 明描述中涉及的護(hù)攔構(gòu)件，是以高速公路上為主要對(duì)象的護(hù)攔類構(gòu)件，但可以 認(rèn)為本發(fā)明描述中涉及的護(hù)攔材料還可以適用于各種用途的護(hù)攔產(chǎn)品，比如 鐵路/公路護(hù)欄、農(nóng)場(chǎng)護(hù)欄、動(dòng)物護(hù)欄、各類體育場(chǎng)地護(hù)攔設(shè)備、游泳池安全護(hù) 欄、管道和隧道圍護(hù)設(shè)備、防雪欄、指示牌、管道和隧道圍護(hù)設(shè)備、安防用途 的護(hù)攔、鎖鏈護(hù)攔等。
背景技術(shù)：
按照國際慣例，評(píng)價(jià)護(hù)攔的標(biāo)準(zhǔn)一般包括結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、乘員風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和軌跡 標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)是指護(hù)欄要達(dá)到防護(hù)功能的要求，工程結(jié)構(gòu)上要 滿足的指標(biāo)。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)一般要求護(hù)欄應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度，不至于被車輛沖斷而越 過護(hù)欄，且護(hù)欄不被車輛翻越或爬越。乘員風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)是指乘員在受到?jīng)_擊時(shí),身 體所受到的沖擊加速度的指標(biāo)。 一般要求乘員所受傷害不會(huì)有大的后遺癥，且乘 員僅對(duì)系安全帶的乘員而言。軌跡標(biāo)準(zhǔn)是指車輛在碰撞護(hù)欄之后，車輛駛出時(shí)的 軌跡狀況。要求一般不駛出相鄰于護(hù)欄的車道，不與同向車輛相撞或影響同向車 輛的行駛。
其次是結(jié)構(gòu)參數(shù)各種類型護(hù)欄結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)都要考慮護(hù)欄強(qiáng)度、基礎(chǔ)形 式、護(hù)欄結(jié)構(gòu)外形、護(hù)欄高度的因素。強(qiáng)度是滿足護(hù)欄不被沖斷、車輛不穿越 的必要條件?；A(chǔ)是保證護(hù)欄穩(wěn)定性和護(hù)欄強(qiáng)度發(fā)揮的前提。護(hù)欄的結(jié)構(gòu)外形 影響護(hù)欄的導(dǎo)向能力。高度是防止大型車輛翻越的重要因素。對(duì)于橋梁混凝土
護(hù)欄，護(hù)欄的強(qiáng)度主要通過配筋來達(dá)到要求;基礎(chǔ)穩(wěn)固性通過和橋梁的翼緣板連接來實(shí)現(xiàn)，并考慮橋面系的安全;護(hù)欄的結(jié)構(gòu)外形主要考慮護(hù)欄的內(nèi)側(cè)坡面形式; 護(hù)欄的高度建立在模擬和實(shí)車檢驗(yàn),保證大型車輛不翻越的基礎(chǔ)上。
現(xiàn)有技術(shù)中多由熱鍍鋅板加工制成的高速公路防護(hù)攔板，安置在露天，受 氣候及環(huán)境的影響，雖然涂有良好耐候性、抗腐蝕等性能的表面涂膜，在曰曬 雨淋的氧化作用下，耐候性及抗腐蝕等性能壽命逐漸縮短，不斷析出銹蝕，氧 化而產(chǎn)生的氧化皮不斷脫落，破損的護(hù)欄日益增多。這種由熱軋板材質(zhì)制造的 高速公路防護(hù)攔板，不僅占用了大量的金屬資源，而且其再利用價(jià)值高，暴露 在大庭廣眾之下，容易成為小偷下手的目標(biāo)，使護(hù)欄等公共設(shè)施成為小偷的獵 物，護(hù)欄被盜嚴(yán)重，屢修屢盜而變得滿目瘡痍。
隨著車輛狀況、道路狀況的不斷發(fā)生變化和新交通安全理念的不斷更新， 現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)了塑料護(hù)欄、混凝土護(hù)欄、水泥混合物護(hù)欄、鋁合金護(hù)欄、PVC護(hù) 欄、乙烯基護(hù)欄等各種用途的護(hù)攔。目前采用高分子材料，如高強(qiáng)度工程塑料制 造的護(hù)攔，以及采用不飽和樹脂、增強(qiáng)劑、少量固化劑、脫模劑和著色劑，填充 料經(jīng)充分捏合成粘接料構(gòu)成的"3"型護(hù)攔或"波紋板式"欄桿結(jié)構(gòu)的護(hù)攔構(gòu) 件，雖然具備了一定的抗沖擊強(qiáng)度，，不易磨損，風(fēng)吹日曬雨淋,不銹蝕，不變形， 維修快捷的特點(diǎn)，但其通用的不飽和聚酯的交聯(lián)密度較低，拉伸強(qiáng)度和硬度都較 低，其斷裂伸長(zhǎng)率較低、沖擊性能差，還不能解決樹脂強(qiáng)度與屈服伸長(zhǎng)率之間的 矛盾，不滿足高速公路被車輛沖斷而越過護(hù)欄的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)所需的足夠強(qiáng)度，而不 能作為高速鐵路/公路的護(hù)欄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種成本低，易 制造，損壞后可快速局部拼裝或更換，無需經(jīng)常刷漆，能夠降低撞擊損傷，減少 應(yīng)力破壞強(qiáng)度，并能規(guī)避常規(guī)復(fù)合材料弱點(diǎn)，具有抗沖擊強(qiáng)度高，韌性好，屈 服伸長(zhǎng)率大于5%以上，防碰撞性能優(yōu)異的高強(qiáng)樹脂基防撞護(hù)欄。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種高強(qiáng)柔性樹脂基體復(fù)合材料防撞護(hù)欄，具有一個(gè)沿縱向延伸并在復(fù)合材料中內(nèi)置鋼筋架的護(hù)攔型材， 其特征在于，浸膠的增強(qiáng)纖維按延性鋪層方式，以層間混雜、層內(nèi)/層間混雜 結(jié)構(gòu)纏繞成型在具有抗彎曲截面的鋼筋骨架上，復(fù)合成纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材 料連續(xù)型材。
本發(fā)明所述的抗彎曲幾何型面包括，波紋截面、雙空心圓柱或橢圓柱"8" 字截面，斧頭形雙曲面工字截面、槽型截面、方形斷面、C形斷面、鼓形斷面、 鼓形箱梁斷面。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于，由于內(nèi)置在高強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合 材料中的鋼筋，以及增強(qiáng)纖維連續(xù)纏繞成型抗彎曲幾何型面的型材組成的護(hù)攔 構(gòu)件，相比于金屬剛性護(hù)攔構(gòu)件成本低，易制造，現(xiàn)代感強(qiáng)，損壞后可快速局 部拼裝或更換，無需經(jīng)常刷漆。本發(fā)明用兩種或兩種以上增強(qiáng)材料混雜于高強(qiáng)樹 脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料基體相材料中構(gòu)成的混雜結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。通過層間混雜，并 按護(hù)攔構(gòu)件制件不同部位的強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)纖維的排列，使纖維增強(qiáng)材料具有各 向異性，損傷后易修理。與普通單增強(qiáng)相復(fù)合材料比，比重小、比強(qiáng)度和比模 量大。沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌件高。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的普通防護(hù)護(hù)欄相比，可以增加7%—15%的保護(hù)范圍。假 設(shè)本發(fā)明構(gòu)成的護(hù)欄的應(yīng)用范圍為6000公里，每年可以減少傷亡事故500—980 起人次。通過與目前我國高速公路上常用的護(hù)欄及國外同類護(hù)欄的性價(jià)比分析。 在不考慮市場(chǎng)材料的價(jià)格的波動(dòng)和維護(hù)費(fèi)用的條件下，鋼性材料護(hù)欄采購價(jià)大 約4000-6000元/噸，鋼筋混凝土 350元/立方米。而本發(fā)明構(gòu)成的護(hù)欄比重只
有鋼性護(hù)欄的三分之一 。


本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)將參照附圖通過實(shí)施例進(jìn)一步描述。 圖1表示本發(fā)明防撞護(hù)欄構(gòu)件一個(gè)實(shí)施例的縱向主視圖。 圖2是圖1的橫截面透視剖面圖。圖3是本發(fā)明護(hù)攔構(gòu)件第二個(gè)實(shí)施例的縱向視圖。 圖4是圖3的橫截面透視剖面圖。
圖5是本發(fā)明護(hù)攔護(hù)攔第三個(gè)實(shí)施例的橫剖面構(gòu)造示意圖。
具體實(shí)施例方式
參閱圖l、圖2。下面通過實(shí)施例一步說明本發(fā)明。在以下實(shí)施例中，復(fù)合 材料是將各種纖維增強(qiáng)體置于基體材料內(nèi)復(fù)合而成。其組成包括基體和增強(qiáng)材 料兩個(gè)部分。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通常-'個(gè)相為連續(xù)相稱為基體；而另一相是一以獨(dú) 立的形態(tài)分布在整個(gè)基體中的分散相。圖中顯示了一個(gè)以現(xiàn)有技術(shù)形式沿縱向 延伸，并在復(fù)合材料中內(nèi)置鋼筋的護(hù)攔護(hù)板結(jié)構(gòu)形態(tài)。本發(fā)明的實(shí)施例在現(xiàn)有 技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用聚氨酯改性不飽和聚酯樹脂的方法，合成了一種高強(qiáng)樹脂 基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料專用樹脂。該高強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料專用樹脂是在不飽和聚 酯基料加入柔性樹脂復(fù)合成的高韌性樹脂，并在聚酯分子結(jié)構(gòu)中引入較長(zhǎng)的脂 肪鏈或加入含醚鍵的二元醇合成一種新型不飽和聚酯，并在制得的不飽和聚酯 中加入的二異氰酸酯單體與不飽和聚酯反應(yīng)，制得聚氨酯改性不飽和聚酯，把得 到的高韌性樹脂、新型不飽和聚酯、聚氨酯改性不飽和聚酯按比例混合組成改 性不飽和聚酯韌性基體材料，然后輔以填充料經(jīng)充分捏合制成護(hù)欄專用的高強(qiáng) 樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料專用樹脂。該高強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料專用樹脂固化后， 具有能夠達(dá)20MPa以上拉伸強(qiáng)度和高達(dá)100 %斷裂伸長(zhǎng)率及較高的抗沖擊韌性，
上述鋼筋內(nèi)置在高強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，用前后兩層鋼絲網(wǎng)3將沿縱向 延伸的鋼筋4設(shè)置在兩層鋼絲網(wǎng)3之間(未示出)，或板狀型材面2與鋼絲網(wǎng)3之間， 并把它們包履在有增強(qiáng)纖維連續(xù)纏繞，間隔鋪層疊合輥壓或模壓成型護(hù)攔構(gòu)件 的高強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料l中。并以層間混雜、層內(nèi)/層間混雜方式纏繞成型 在板狀/管狀型材之中。板狀型材面2后側(cè)可以是向內(nèi)凹的圓弧曲面，用以提高
沖擊載荷的抗彎曲強(qiáng)度。
所述具有抗彎曲幾何型面還可以由下述實(shí)施例予以體現(xiàn)。在圖3、圖4所示實(shí)施例中，護(hù)攔構(gòu)件截面可以用小型纏繞機(jī)，將鋼筋4和鋼 絲網(wǎng)3混雜按"8"形擺放，用高強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料2纏繞成型為如圖所示的 具有雙空心圓柱或橢圓柱"8"字截面，或雙實(shí)心圓柱或橢圓柱"8"字截面， 使之成為8字圓弧過度的厚壁筒。此外，還可以是上述雙空心圓柱或橢圓工字截 面對(duì)稱組成的"器"字形狀的截面。其中位于支撐兩個(gè)雙空心圓柱厚壁筒或橢 圓柱厚壁筒之間的工字支撐柱是具有材料力學(xué)彈性力學(xué)性能的雙曲面形結(jié)構(gòu)。
這樣，板狀型材面2和雙曲線工字支撐柱的結(jié)構(gòu)形態(tài)，可以對(duì)來自正面的沖擊載 荷產(chǎn)生緩沖和反作用彎曲力矩。當(dāng)沖擊載荷大于彎曲力矩時(shí)，可通過本發(fā)明采 用的新型高分子復(fù)合新材料和其中的增強(qiáng)纖維，以及鋼絲網(wǎng)3的抗沖擊韌性吸收 能量。同時(shí)通過復(fù)合材料提高的屈服伸長(zhǎng)率，降低撞擊損傷，減少應(yīng)力破壞強(qiáng) 度。為節(jié)省材料和富有美感的需要，在護(hù)攔構(gòu)件的長(zhǎng)度方向可以制有如圖3所述 的減輕孔6。
在圖5所示的另一個(gè)實(shí)施例中，護(hù)攔構(gòu)件截面還可以是斧頭形雙曲面"H" 字形截面，混雜在高強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中的夾芯鋼筋4和鋼絲網(wǎng)3，可以將 鋼絲網(wǎng)3設(shè)置在鋼筋4的前端或后端。鋼筋4在兩排的情況下，可以間縫錯(cuò)位 排列，以增強(qiáng)緩沖和彈性模量。護(hù)攔構(gòu)件截面可以設(shè)有橫向或縱向的蜂窩5吸 能結(jié)構(gòu)形態(tài)(虛線部位)，用于在緩沖過程中吸收沖擊載荷能量。在板狀型材面 2后側(cè)可以制成能夠提高抗彎曲強(qiáng)度的向內(nèi)凹的圓弧曲面。本實(shí)施例還可以制成 雙向?qū)ΨQ的"H"字形斧頭形截面結(jié)構(gòu)形態(tài)，中間由雙曲面反時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度的 工字柱支撐。
填料至少有三種， 一種是白云石粉或天然砂，另一種是顏料鈦白粉或立德 粉，第三種是蛭石粉；前兩種填料重量比為5: l至3: 1，硅橡膠生膠重量與這 兩種填料總重量之比為1. 1: 0. 9至0. 9: 1.1,第三種填料重量為硅橡膠生膠重 量的4 8%，在上述實(shí)施例中，所有截面都可以設(shè)有或不設(shè)有蜂窩狀吸能結(jié)構(gòu)形態(tài)。所 述鋼筋可以采用非金屬剛性復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述增強(qiáng)纖維可以是碳纖維、玻璃纖維、 硼纖維、芳綸纖維等等。為使護(hù)攔構(gòu)件具有各向異性，纖維增強(qiáng)材料可以按護(hù) 攔制件不同部位的強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)纖維的排列。由此構(gòu)成的護(hù)攔構(gòu)件具有向路面 凸出的C曲面或波紋曲面抗彎曲力學(xué)型面的第一道防線；內(nèi)置鋼筋的第二道防 斷裂的骨架防線；高強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和/或蜂窩結(jié)構(gòu)吸能的第三道緩沖
帶防線，還可以有后側(cè)向路面內(nèi)凹的圓弧曲面抗彎應(yīng)力的第四道防線。
除上述實(shí)施例外，本發(fā)明的護(hù)攔構(gòu)件截面形狀還可以是方形斷面、C形斷面、 鼓形斷面、鼓形箱梁斷面等結(jié)構(gòu)形態(tài)。
以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干變形和改進(jìn)，比如， 本發(fā)明斷面結(jié)構(gòu)形態(tài)可以做成其他形狀的力學(xué)結(jié)構(gòu)形態(tài)，比如向縱向延伸的前 后波浪形狀。板狀型材面還可以考慮在美感上作一些凹凸圖案設(shè)計(jì)，交通標(biāo)志 圖案設(shè)計(jì)。也可以根據(jù)不同的地面環(huán)境改變成上下波浪形狀。中空結(jié)構(gòu)或?qū)嵭?結(jié)構(gòu)，這些變更和改變應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)柔性樹脂基體復(fù)合材料防撞護(hù)欄，具有一個(gè)沿縱向延伸并在復(fù)合材料中內(nèi)置鋼筋架的護(hù)攔型材，其特征在于，浸膠的增強(qiáng)纖維按延性鋪層方式，以層間混雜、層內(nèi)/層間混雜結(jié)構(gòu)纏繞成型在具有抗彎曲截面的鋼筋骨架上，復(fù)合成纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料連續(xù)型材。
2. 如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)柔性樹脂基體復(fù)合材料防撞護(hù)欄型材，其特征 在于，所述的高強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料基體樹脂是在不飽和聚酯基料加入柔性 樹脂復(fù)合成的高韌性樹脂，并在聚酯分子結(jié)構(gòu)中引入較長(zhǎng)的脂肪鏈或加入含醚 鍵的二元醇合成一種新型不飽和聚酯，同時(shí).在制得的不飽和聚酯中加入的二 異氰酸酯單體與不飽和聚酯反應(yīng)，制得聚氨酯改性不飽和聚酯，把上述得到的高 韌性樹脂、新型不飽和聚酯和聚氨酯改性不飽和聚酯按比例混合組成改性不飽 和聚酯韌性基體材料，然后輔以填充料經(jīng)充分捏合制成護(hù)欄專用的高強(qiáng)樹脂基 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料'
3. 如權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)柔性樹脂基體復(fù)合材料防撞護(hù)欄型材，其 特征在于，增強(qiáng)纖維按延性鋪層方式嵌入于高強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，并通 過纏繞方式將增強(qiáng)纖維復(fù)合成連續(xù)型材。
4. 如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)柔性樹脂基體復(fù)合材料防撞護(hù)欄，其特征在于， 所述增強(qiáng)材料是玻璃纖維、碳纖維、鋼纖維、芳綸纖維等增強(qiáng)纖維。
5. 如權(quán)利要求l所述的高強(qiáng)柔性樹脂基體復(fù)合材料防撞護(hù)欄，其特征在于， 所述的抗彎曲幾何型面包括，波紋截面、雙空心圓柱或橢圓柱"8"字截面，斧 頭形雙曲面工字截面、槽型截面、C型斷面、鼓形斷面、鼓形箱梁斷面。
6. 如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)柔性樹脂基體復(fù)合材料防撞護(hù)欄，其特征在于， 所述的填料至少包括三種， 一種是白云石粉或天然砂，另一種是顏料鈦白粉或 立德粉，第三種是蛭石粉；前兩種填料重量比為5: l至3: 1，硅橡膠生膠重量 與這兩種填料總重量之比為1. 1: 0. 9至0. 9: 1. 1，第三種填料重量為硅橡膠生 膠重量的4 8%。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)柔性樹脂基體復(fù)合材料防撞護(hù)欄，具有一個(gè)沿縱向延伸并在復(fù)合材料中內(nèi)置鋼筋架的護(hù)攔型材。浸膠的增強(qiáng)纖維按延性鋪層方式，以層間混雜、層內(nèi)/層間混雜結(jié)構(gòu)纏繞成型在具有抗彎曲截面的鋼筋骨架上，復(fù)合成纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料連續(xù)型材。本發(fā)明用兩種或兩種以上增強(qiáng)相材料混雜于樹脂基復(fù)合材料基體相材料中構(gòu)成的混雜結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。通過層間混雜按護(hù)攔構(gòu)件制件不同部位的強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)纖維的排列，使纖維增強(qiáng)材料具有各向異性，損傷后易修理。與普通單增強(qiáng)相復(fù)合材料比，比重小、比強(qiáng)度和比模量大。沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性高。
文檔編號(hào)E01F15/04GK101613998SQ20091005998
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者周志亮 申請(qǐng)人:周志亮