CN104895466A - 一种地下人防工程用防护密闭门及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地下工程防护设备，特别是一种地下人防工程用防护密闭门，包括门框和门体，所述门框和门体由玻璃钢材料制成，所述玻璃钢材料的增强纤维包括70％-85％的玻璃钢纤维，8-20％的防中子纤维和6-15％的防X、γ射线纤维，进一步的，所述门体由两层玻璃钢材料中间复合铅硼聚乙烯板制成。本发明不仅自重轻强度高，启闭灵活，而且防核辐射效果好，采用玻璃纤维和防辐射纤维复合纤维，使玻璃钢本身具有防核辐射效果，而在两层玻璃钢材料中间复合铅硼聚乙烯板，可使防护门对核辐射的屏蔽率达到97％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种地下工程防护设备，特别是一种地下人防工程用玻璃钢防护密闭门。
背景技术
防护密闭门设置在出入口最外侧，具有阻挡冲击波和隔绝毒剂两种功能。防护密闭门应能阻挡冲击波，满足相应的抗力要求。选用时，不仅应满足洞口尺寸的需要，还应满足设计压力要求。公布号为CN102182387A的专利公开了一种复合钢结构防护门，具有门体轻质和高抗力等性能。钢结构门虽然价格较高，防早期核辐射性能也较差，但因其自重较轻，启闭灵活，故通常用于尺寸相对较大的车辆出入口。
密闭门设在防护密闭门以内，用来隔绝毒剂。该门没有抗力要求，只需按洞口尺寸选用即可。CN2683807Y的专利公布了一种钢筋混泥土人防门，钢筋混凝土门具有价格便宜，防早期核辐射性能好等优势。但因其自重较大，故一般用于尺寸相对较小的人员出入口。
玻璃钢板材，玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料，俗称FRP(Fiber Reinforced Plastics，纤维增强复合塑料)，是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。近年来，玻璃钢板材以其质轻高强、抗老化、耐腐蚀、阻燃、遮阳、隔热、绝缘等诸多特性，得到了广泛的应用。
国内外关于防辐射纤维的研究成果已经比较成熟，天津纺织学院研制了防辐射纤维的纺丝成套设备并投产，可生产多种防中子辐射纤维和防X、γ辐射纤维。
防辐射纤维是一种聚合物基复合材料，其基体材料一般选用聚丙烯、聚乙烯等高聚物，然后与吸收中子射线、X、γ射线的硼化物或重金属化合物混合熔融纺丝制成。纤维强度可达23～27CN/tex，断裂伸长率达20％～40％，可加工成具有防护性能的织物布料等(如无纺布、针织物、机织物和非织造布等)，用于制作防护服装。
铅硼聚乙烯板是用聚乙烯作基体，将碳化硼粉和铅粉均匀地弥散在其中通过高速搅拌、捏合、塑化、层压而成的一种新型的复合屏蔽材料。聚乙烯是碳氢化合物，含氢量高，对快中子有良好的减弱能力，硼吸收热中子、铅对X、γ辐射的屏蔽特别有效，因此，铅硼聚乙烯板具有屏蔽快中子，热中子和X、γ辐射的综合屏蔽效果，铅硼聚乙烯板的推广应用有助于屏蔽结构的简化，能够减轻屏蔽体的重量，缩小屏蔽体的体积。
发明内容
本发明的目的是提供一种自重轻，高抗力且防核辐射效果好的防护密闭门及其制备方法。
本发明达到以上目的的技术方案如下：一种地下人防工程用防护密闭门，包括门框和门体，所述门框和门体由玻璃钢材料制成，所述玻璃钢材料的增强纤维包括70％-85％的玻璃钢纤维，8-20％的防中子纤维和6-15％的防X、γ射线纤维。
所述门体外侧设置有一圈凸起的橡胶圈与门框贴合密封；
所述门框制备采用SMC片料模压成型工艺，主要包括四个步骤：
第一步：制备树脂糊：
(1)按以下重量份数对各组分进行计量：不饱和聚酯树脂38-42份、引发剂0.8-1.2份、增稠剂1.5-2.5份、CaCO3填料50-58份、内脱模剂1-1.5份和阻燃剂5-10份；
(2)将不饱和聚酯树脂加到混合槽中进行搅拌，将引发剂加入混合槽搅拌时间5-20min；随后加入填料并充分混合直到均匀分散为止，搅拌时间20min，最后加入内脱模剂、增稠剂和阻燃剂并搅拌20min；
第二步：预处理
将上述树脂糊均匀涂在高密度聚乙烯薄膜上，取增强纤维25-30份经过短切到长度为2-2.8cm，落于涂有所述树脂糊的高密聚乙烯薄膜的上层与下层的两层薄膜之间，经传送带送到压辊处，使所述树脂糊与增强纤维充分浸渍，形成片材，然后收集成卷或折叠布状；
第三步：熟化
将第二步制得的材料，在45-50℃温度下增稠8-12个小时，得到SMC片料；
第四步：模压成型
将第三步得到的SMC片料按门框形状及尺寸进行剪裁，揭去两面的PE薄膜后根据厚度要求叠放在热的对模上进行加压加温成型；
所述门体可采用SMC片料模压成型工艺，也可采用层压成型工艺；采用SMC片料模压成型工艺与上述门框制备方法相同，采用层压成型工艺包括以下步骤：
第一步制备增强纤维：将玻璃钢纤维丝和防中子纤维丝和防X、γ射线纤维丝混纺成平面织物；
第二步制备树脂溶液：将不饱和聚酯树脂、阻燃剂、固化剂和溶剂按照质量比100:18-30:2-10：40-60均匀混合成树脂溶液；所述溶剂为甲苯、二甲苯或二者的混合；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑或含磷阻燃剂，所述固化剂为过氧化甲乙酮或过氧化环己酮；
第三步制备胶布：将第一步中制得的增强纤维第二步制得的树脂溶液中浸渍后采用三段式烘干制得半固化片预浸料，所述半固化预浸料中增强纤维含量为30-38％；
所述三段式烘干，采用卧式上胶干燥机时温度控制如下：进口段温度90-110℃，中部烘干段120-150℃，出口段100℃以下；采用立式上胶干燥机时温度控制如下：进出口段30-60℃，中部60-80℃，顶部第三段85-130℃；
第四步：将第三步制备的半固化预浸料送入热压机，在4-5MPa压力下进行排气30-40min；而后在7-14MPa压力下升温至130-140℃进行预压45-50min；而后升温至160-170℃保温5-10min固化得到成型料；最后风冷至45℃以下时卸压，将成型料退出热压机，冷却至室温后按照门体尺寸进行切割即可制得玻璃钢门体；
进一步的，所述门体由两层玻璃钢中间复合铅硼聚乙烯板制成，所述铅硼聚乙烯板厚度为10-30mm；
所述两层玻璃钢中间复合铅硼聚乙烯板的制备方法如下：
第一步制备增强纤维：将玻璃钢纤维丝和防中子纤维丝和防X、γ射线纤维丝混纺成平面织物；
第二步制备树脂溶液：将不饱和聚酯树脂、阻燃剂、固化剂和溶剂按照质量比100:18-30:2-10：40-60均匀混合成树脂溶液；所述溶剂为甲苯、二甲苯或二者的混合；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑或含磷阻燃剂，所述固化剂为过氧化甲乙酮或过氧化环己酮；
第三步制备胶布：将第一步中制得的增强纤维在第二步制得的树脂溶液中浸渍后采用三段式烘干制得半固化片预浸料，所述半固化预浸料中增强纤维含量为30-38％；
所述三段式烘干，采用卧式上胶机时烘箱温度控制如下：进口段温度90-110℃，中部烘干段120-150℃，出口段100℃以下；采用立式上胶机时烘箱温度控制如下：进出口段30-60℃，中部60-80℃，顶部第三段85-130℃。
第四步制备铅硼聚乙烯板复合织物板材：
(1)用玻璃钢纤维丝和聚乙烯纤维丝在专用并丝机上合并成复合纱；将复合纱在针织横机上织成平纹针织物；
(2)通过挤出机挤出铅硼聚乙烯板材，挤出温度在100-200℃之间；
(3)将第(1)步制得的针织物铺设在第(2)步中制得的铅硼聚乙烯板材上、下表面，然后进入压辊，压辊压力为1-10MPa，压辊温度控制在100-300℃之间，形成铅硼聚乙烯两面复合织物板材并自然冷却；
第五步：将第二步制得的树脂溶液刮涂于第四步制得的铅硼聚乙烯复合织物板的两面的织物上，而后烘干得到铅硼聚乙烯复合织物板预浸料；
第六步：，将第三步制得的胶布按照门体尺寸预裁剪后根据门体厚度多层迭合在第五步制得的铅硼聚乙烯复合织物板预浸料两侧，而后预热到80-100℃后保温得到原料板；
第七步：将第六步预热好的原料板装上粘合模具送入单层热压机，在4-5MPa压力下进行排气30-40min；而后在7-14MPa压力下升温至130-140℃进行预压45-50min；而后升温至160-170℃保温5-10min固化得到成型料；最后冷却到55-65℃时加压至15-20MPa，当温度降至45℃以下时卸压，将成型料退出热压机，冷却至室温后按照门体尺寸进行切割即可制得玻璃钢复合铅硼聚乙烯板门体。
有益效果：本发明不仅自重轻强度高，启闭灵活，而且防核辐射效果好，采用玻璃纤维和防辐射纤维复合材料，使玻璃钢本身具有防核辐射效果，而在两层玻璃钢中间复合铅硼聚乙烯板，可使防护门对核辐射的屏蔽率达到97％以上。聚乙烯作为一种非极性材料很难与其他材料复合，但是聚乙烯自身可以很好的熔融焊接，聚乙烯纤维丝和玻璃纤维丝合并成复合纱后织成的织物可熔融在铅硼聚乙烯板两面，在此织物基础上制作玻璃钢，可使玻璃钢和铅硼聚乙烯板两个界面很好的复合，复合层剪切强度大大高于使用胶粘剂粘合玻璃钢和铅硼聚乙烯板。采用层压工艺，可使玻璃钢和铅硼聚乙烯板内部无裂纹或气泡，力学性能达到使用要求。
具体实施方式
实施例1
一种地下人防工程用防护密闭门，包括门框和门体，所述门框和门体由玻璃钢材料制成，所述玻璃钢材料的增强纤维包括75％的玻璃钢纤维，15％的防中子纤维和10％的防X、γ射线纤维；
所述门体外侧设置有一圈凸起的橡胶圈与门框贴合密封。
实施例2
一种地下人防工程用防护密闭门，包括门框和门体，所述门框和门体由玻璃钢材料制成，所述玻璃钢材料的增强纤维包括85％的玻璃钢纤维，9％的防中子纤维和6％的防X、γ射线纤维；所述门体由两层玻璃钢中间复合铅硼聚乙烯板制成；
所述铅硼聚乙烯板厚度为20mm；
所述门体外侧设置有一圈凸起的橡胶圈与门框贴合密封。
实施例3
实施例1中防护密闭门的门框和门体均采用SMC片料模压成形工艺制备，主要包括四个步骤：
第一步：树脂糊制备方法如下：
(1)按以下重量份数对各组分进行计量：不饱和聚酯树脂38份、引发剂1.2份、增稠剂2份、CaCO3填料57份、内脱模剂1.5份和阻燃剂6份；所述引发剂为过氧化二苯甲酰(BPO)，所述增稠剂为MgO，所述内脱模剂为硬脂酸；
(2)将不饱和聚酯树脂加到混合槽中进行搅拌，将引发剂加入混合槽搅拌时间5-20min；随后加入填料并充分混合直到均匀分散为止，搅拌时间20min，最后加入内脱模剂、增稠剂和阻燃剂并搅拌20min；
第二步：预处理
将上述树脂糊均匀涂在高密度聚乙烯薄膜上，取增强纤维28份经过短切到长度为2-2.8cm，落于涂有所述树脂糊的高密聚乙烯薄膜的上层与下层的两层薄膜之间，经传送带送到压辊处，使所述树脂糊与增强纤维充分浸渍，形成片材，然后收集成卷或折叠布状；所述增强纤维包括75％的玻璃钢纤维，15％的防中子纤维和10％的防X、γ射线纤维；
第三步：熟化
将第二步制得的材料，在45-50℃温度下增稠10个小时，得到SMC片料；
第四步：模压成型
将第三步得到的SMC片料按门框或门体形状及尺寸进行剪裁，揭去两面的PE薄膜后根据厚度要求叠放在热的对模上进行加压加温成型。
实施例4
实施例2中防护密闭门的门框采用SMC片料模压成形工艺制备，具体步骤与实施例3中相同，门体采用层压成型工艺制备；
所述门体具体制备方法如下：
第一步制备增强纤维：将玻璃钢纤维丝和防中子纤维丝和防X、γ射线纤维丝混纺成平面织物；
第二步制备树脂溶液：将不饱和聚酯树脂、阻燃剂、固化剂和溶剂按照质量比100:25:5:50均匀混合成树脂溶液；所述溶剂为甲苯，所述固化剂为过氧化甲乙酮，所述阻燃剂为氢氧化铝；
第三步制备胶布：将第一步中制得的增强纤维在第二步制得的树脂溶液中浸渍后烘干制得半固化片预浸料，所述半固化预浸料中增强纤维含量为35％，烘干采用卧式上胶干燥机，烘箱三段式温度控制为进口段温度90-110℃，中部烘干段120-150℃，出口段100℃以下；
第四步制备铅硼聚乙烯板复合织物板材：
(1)用玻璃钢纤维丝和聚乙烯纤维丝在专用并丝机上合并成复合纱；将复合纱在针织横机上织成平纹针织物；
(2)通过挤出机挤出铅硼聚乙烯板材，挤出温度在160-180℃之间；
(3)将第(1)步制得的针织物铺设在第(2)步中制得的铅硼聚乙烯板材上下表面，然后进入压辊，压辊压力为8MPa，压辊温度控制在240-260℃之间，形成铅硼聚乙烯两面复合织物板材并自然冷却；
第五步：将第二步制得的树脂溶液刮涂于第四步制得的铅硼聚乙烯复合织物板的两面的织物上，而后烘干得到铅硼聚乙烯复合织物板预浸料；
第六步：，将第三步制得的胶布按照门体尺寸预裁剪后根据门体厚度多层迭合在第五步制得的铅硼聚乙烯复合织物板预浸料两侧，而后预热到80-100℃后保温得到原料板；
第七步：将第六步预热好的原料板装上粘合模具送入单层热压机，在5MPa压力下进行排气35min；而后在10MPa压力下升温至130℃进行预压45min；而后升温至160℃保温8min固化得到成型料；最后冷却到60℃时加压至15MPa，当温度降至45℃以下时卸压，将成型料退出热压机，冷却至室温后按照门体尺寸进行切割即可制得玻璃钢复合材料门体。
实施例5
对比试验，将相同厚度的实施例1中门体和实施例2中门体与普通玻璃钢门体进行核辐透过率试验，具体试验数据如表1
表1
由上表可知，普通玻璃钢可以吸收大部分快中子和慢中子，但对X、γ射线和热中子几乎没有吸收功能，在制备玻璃钢的增强纤维中加入防中子纤维和防X、γ射线纤维可以吸收40-50％的X、γ射线和热中子，但是为了使玻璃钢的力学性能不受影响，防中子纤维和防X、γ射线纤维的加入的总量不能超过30％，导致对X、γ射线和热中子的吸收率受到限制；但在两层玻璃钢中间复合铅硼聚乙烯板后对核辐射中X、γ射线及各种中子的吸收率可高达到97％以上。
Claims (7)
1.一种地下人防工程用防护密闭门，包括门框和门体，所述门框和门体由玻璃钢材料制成，其特征在于，所述玻璃钢材料的增强纤维包括70％-85％的玻璃钢纤维，8-20％的防中子纤维和6-15％的防X、γ射线纤维。
2.根据权利要求1所述的一种地下人防工程用防护密闭门，其特征在于，所述门体由两层玻璃钢材料中间复合铅硼聚乙烯板制成。
3.根据权利要求1或2所述的一种地下人防工程用防护密闭门，其特征在于，所述门体外侧设置有一圈凸起的橡胶圈与门框贴合密封。
4.根据权利要求2所述的一种地下人防工程用防护密闭门，其特征在于，所述铅硼聚乙烯板厚度为10-30mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种地下人防工程用防护密闭门，其特征在于，所述门框制备采用SMC片料模压成型工艺，主要包括四个步骤：
第一步：制备树脂糊：
(1)按以下重量份数对各组分进行计量：不饱和聚酯树脂38-42份、引发剂0.8-1.2份、增稠剂1.5-2.5份、CaCO3填料50-58份、内脱模剂1-1.5份和阻燃剂5-10份；
(2)将不饱和聚酯树脂加到混合槽中进行搅拌，将引发剂加入混合槽搅拌时间5-20min；随后加入填料并充分混合直到均匀分散为止，搅拌时间20min，最后加入内脱模剂、增稠剂和阻燃剂并搅拌20min；
第二步：预处理
将上述树脂糊均匀涂在高密度聚乙烯薄膜上，取增强纤维25-30份经过短切到长度为2-2.8cm，落于涂有所述树脂糊的高密聚乙烯薄膜的上层与下层的两层薄膜之间，经传送带送到压辊处，使所述树脂糊与增强纤维充分浸渍，形成片材，然后收集成卷或折叠布状；
第三步：熟化
将第二步制得的材料，在45-50℃温度下增稠8-12个小时，得到SMC片料；
第四步：模压成型
将第三步得到的SMC片料按门框形状及尺寸进行剪裁，揭去两面的PE薄膜后根据厚度要求叠放在热的对模上进行加压加温成型。
6.根据权利要求1所述的一种地下人防工程用防护密闭门，其特征在于，所述门体可采用SMC片料模压成型工艺，也可采用层压成型工艺；
所述SMC片料模压成型工艺，主要包括四个步骤：
第一步：制备树脂糊：
(1)按以下重量份数对各组分进行计量：不饱和聚酯树脂38-42份、引发剂0.8-1.2份、 增稠剂1.5-2.5份、CaCO3填料50-58份、内脱模剂1-1.5份和阻燃剂5-10份；
(2)将不饱和聚酯树脂加到混合槽中进行搅拌，将引发剂加入混合槽搅拌时间5-20min；随后加入填料并充分混合直到均匀分散为止，搅拌时间20min，最后加入内脱模剂、增稠剂和阻燃剂并搅拌20min；
第二步：预处理
将上述树脂糊均匀涂在高密度聚乙烯薄膜上，取增强纤维25-30份经过短切到长度为2-2.8cm，落于涂有所述树脂糊的高密聚乙烯薄膜的上层与下层的两层薄膜之间，经传送带送到压辊处，使所述树脂糊与增强纤维充分浸渍，形成片材，然后收集成卷或折叠布状；
第三步：熟化
将第二步制得的材料，在45-50℃温度下增稠8-12个小时，得到SMC片料；
第四步：模压成型
将第三步得到的SMC片料按门体形状及尺寸进行剪裁，揭去两面的PE薄膜后根据厚度要求叠放在热的对模上进行加压加温成型；
所述层压成型工艺包括以下步骤：
第一步制备增强纤维：将玻璃钢纤维丝和防中子纤维丝和防X、γ射线纤维丝混纺成平面织物；
第二步制备树脂溶液：将不饱和聚酯树脂、阻燃剂、固化剂和溶剂按照质量比100:18-30:2-10：40-60均匀混合成树脂溶液；所述溶剂为甲苯、二甲苯或二者的混合；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑或含磷阻燃剂，所述固化剂为过氧化甲乙酮或过氧化环己酮；
第三步制备胶布：将第一步中制得的增强纤维第二步制得的树脂溶液中浸渍后采用三段式烘干制得半固化片预浸料，所述半固化预浸料中增强纤维含量为30-38％；
所述三段式烘干，采用卧式上胶干燥机时温度控制如下：进口段温度90-110℃，中部烘干段120-150℃，出口段100℃以下；采用立式上胶干燥机时温度控制如下：进出口段30-60℃，中部60-80℃，顶部第三段85-130℃；
第四步：将第三步制备的半固化预浸料送入热压机，在4-5MPa压力下进行排气30-40min；而后在7-14MPa压力下升温至130-140℃进行预压45-50min；而后升温至160-170℃保温5-10min固化得到成型料；最后风冷至45℃以下时卸压，将成型料退出热压机，冷却至室温后按照门体尺寸进行切割即可制得玻璃钢门体。
7.根据权利要求2所述的一种地下人防工程用防护密闭门，其特征在于，所述门体制备方法如下：
第一步制备增强纤维：将玻璃钢纤维丝和防中子纤维丝和防X、γ射线纤维丝混纺成平面织物；
第二步制备树脂溶液：将不饱和聚酯树脂、阻燃剂、固化剂和溶剂按照质量比100:18-30:2-10：40-60均匀混合成树脂溶液；所述溶剂为甲苯、二甲苯或二者的混合；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑或含磷阻燃剂，所述固化剂为过氧化甲乙酮或过氧化环己酮；
第三步制备胶布：将第一步中制得的增强纤维在第二步制得的树脂溶液中浸渍后采用三段式烘干制得半固化片预浸料，所述半固化预浸料中增强纤维含量为30-38％；
所述三段式烘干，采用卧式上胶机时烘箱温度控制如下：进口段温度90-110℃，中部烘干段120-150℃，出口段100℃以下；采用立式上胶机时烘箱温度控制如下：进出口段30-60℃，中部60-80℃，顶部第三段85-130℃；
第四步制备铅硼聚乙烯板复合织物板材：
(1)用玻璃钢纤维丝和聚乙烯纤维丝在专用并丝机上合并成复合纱；将复合纱在针织横机上织成平纹针织物；
(2)通过挤出机挤出铅硼聚乙烯板材，挤出温度在100-200℃之间；
(3)将第(1)步制得的针织物铺设在第(2)步中制得的铅硼聚乙烯板材上、下表面，然后进入压辊，压辊压力为1-10MPa，压辊温度控制在100-300℃之间，形成铅硼聚乙烯两面复合织物板材并自然冷却；
第五步：将第二步制得的树脂溶液刮涂于第四步制得的铅硼聚乙烯复合织物板的两面的织物上，而后烘干得到铅硼聚乙烯复合织物板预浸料；
第六步：，将第三步制得的胶布按照门体尺寸预裁剪后根据门体厚度多层迭合在第五步制得的铅硼聚乙烯复合织物板预浸料两侧，而后预热到80-100℃后保温得到原料板；
第七步：将第六步预热好的原料板装上粘合模具送入单层热压机，在4-5MPa压力下进行排气30-40min；而后在7-14MPa压力下升温至130-140℃进行预压45-50min；而后升温至160-170℃保温5-10min固化得到成型料；最后冷却到55-65℃时加压至15-20MPa，当温度降至45℃以下时卸压，将成型料退出热压机，冷却至室温后按照门体尺寸进行切割即可制得玻璃钢复合铅硼聚乙烯板门体。
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