[發(fā)明專利]以拉擠型材為夾芯的大尺寸多軸向復(fù)合材料承重板材及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010151402.7
• 申請(qǐng)日: 2020-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111231442A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方海;韓娟;劉偉慶;楊晨;蔡煒;王蘊(yùn)天;黎沖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B32B9/00
• 分類號(hào): B32B9/00;B32B9/04;B32B27/02;B32B27/06;B32B27/12;B32B27/34;B32B17/04;B32B17/06;B32B17/12;B32B3/20;B32B5/02;B32B5/12;B32B5/26;B32B37/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發(fā)明公開(kāi)了一種以拉擠型材為夾芯的大尺寸多軸向復(fù)合材料承重板材及制備方法，將加工好的復(fù)合材拉擠型材作為芯材封口后纏繞纖維布，拼鋪成板材形狀，拉擠型材芯材、相鄰芯材側(cè)面接縫處的纖維布與樹(shù)脂固化后形成空間復(fù)合材料腹板和面板。本發(fā)明復(fù)合材料承重板材結(jié)構(gòu)與其他產(chǎn)品相比，其最大的特點(diǎn)是拉擠型材芯材與纏繞纖維布共同形成復(fù)合材料腹板和面層，抗壓、抗彎、抗剪以及抗剝離能力顯著提高，使得結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能得到增強(qiáng)。具有高抗力、高延性、裝配便捷的顯著優(yōu)點(diǎn)，可作為橋面板、樓面板和墻面板等應(yīng)用到基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于橋面、樓面、墻面的以拉擠型材為夾芯的大尺寸多軸向復(fù)合材料承重板材。

背景技術(shù)

復(fù)合材料因其輕質(zhì)高強(qiáng)的特性被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。目前橋梁(尤其是對(duì)重量特別敏感的懸索橋)為減輕結(jié)構(gòu)重量，亦提出了復(fù)合材料承重板的概念。

玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)因其較低的價(jià)格優(yōu)勢(shì)在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，常采用拉擠空腔式型材形式，但拉擠型材通常以縱向纖維為主，且在面板與腹板的交接處存在較大的剪力和應(yīng)力集中現(xiàn)象，極易在面板中部或面板與腹板相交處發(fā)生劈裂破壞。因此復(fù)合材料拉擠型材承載力較低，且現(xiàn)有拉擠工藝難以成型大尺寸截面復(fù)材構(gòu)件，故常用于受力不大的附屬結(jié)構(gòu)。

以蜂窩、泡沫和輕木等作為芯材的復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)是工程應(yīng)用中極為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)芯材以增大截面慣性矩，獲得較高的抗彎強(qiáng)度和剛度。但傳統(tǒng)復(fù)合材料夾芯構(gòu)件在制造與服役過(guò)程中極易發(fā)生面層與芯材界面剝離破壞，嚴(yán)重制約其輕質(zhì)高強(qiáng)特性的發(fā)揮。

本專利所制作以拉擠型材為夾芯的大尺寸多軸向復(fù)合材料承重板材，采用復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)，以復(fù)合材料拉擠型材為芯材，以復(fù)合材料為面層及腹板，充分利用了拉擠型材和復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)兩種的優(yōu)點(diǎn)，解決了承載力低及界面剝離問(wèn)題，滿足了實(shí)際工程需求。其增強(qiáng)原理是：復(fù)合材料面層、復(fù)合材料腹板與合材料拉擠型材芯材整體一次成型，復(fù)合材料腹板將面層與芯材有機(jī)形成一體，極大地提高了面層與芯材的抗剝離能力和協(xié)同工作能力；顯著增強(qiáng)了芯材單向纖維受力的受壓、受剪性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有拉擠工藝難以成型大尺寸截面復(fù)材構(gòu)件的難題，且拉擠板材以單向纖維為主，尤其是空腔式拉擠板材易發(fā)生面層破裂和腹板剪壞，泡沫夾芯復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)界面剝離等問(wèn)題，提出了一種以拉擠型材為夾芯的大尺寸多軸向復(fù)合材料承重板材。以拉擠型材為芯材，以復(fù)合材料為面層及格構(gòu)腹板，通過(guò)工業(yè)化成型工藝制備系列復(fù)合材料板材構(gòu)件，具有高抗力、高延性、裝配便捷的顯著優(yōu)點(diǎn)，可作為橋面板、樓面板和墻面板等應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種以拉擠型材為夾芯的大尺寸多軸向復(fù)合材料承重板材，包括拉擠管芯材、拉擠管封口材料、復(fù)合材料腹板和復(fù)合材料面板；

所述拉擠管芯材外面包裹著纏繞纖維布，纏繞纖維布的鋪設(shè)方向與層數(shù)可根據(jù)需要靈活控制，所述拉擠管芯材為矩形截面、圓形截面或六邊形蜂窩截面，尺寸、數(shù)量可根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際受力靈活采用；

多個(gè)拉擠管芯材拼鋪組合連接成組合構(gòu)件；所述組合構(gòu)件的拉擠管芯材為單層水平鋪設(shè)、多層水平鋪設(shè)、多層水平錯(cuò)位鋪設(shè)或豎直鋪設(shè)；

所述組合構(gòu)件外面設(shè)有整體外包纖維布，組合構(gòu)件為橋面板、路面板或墻板的形狀，相鄰拉擠管芯材周邊接縫部位纏繞纖維布與樹(shù)脂固化后形成復(fù)合材料腹板和復(fù)合材料面板，所述復(fù)合材料腹板沿拉擠管芯材高度方向或長(zhǎng)度方向布置，形成空間格構(gòu)腹板；

所述拉擠管芯材的兩端設(shè)有拉擠管封口材料，拉擠管封口材料是復(fù)合材料片材，并通過(guò)膠粘封口；或者拉擠管封口材料是結(jié)構(gòu)泡沫塊，并塞入拉擠管芯材的兩端固定進(jìn)行封口。

作為優(yōu)選，所述的纏繞纖維布和整體外包纖維布為纖維材質(zhì)，包括：?jiǎn)屋S向或多軸向的碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或雜交纖維布。

作為優(yōu)選，所述的樹(shù)脂包括：不飽和聚酯、乙烯基樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂。