CN105603848B - 一种高强复合材料垫板系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强复合材料垫板系统。高强复合材料垫板系统包括高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯材料经模压成型工艺制成的高强复合材料板材、模块化连接组件、定位芯片槽盖，所述的高强复合材料板材的外表面设计有防滑纹，其结构分为实体结构和背部网格状加强筋结构两种，其中实体结构的垫板作为防护板使用；背部网格状加强筋结构的垫板采用单块板材或两块板材复合两种结构，其中，背部网格状加强筋结构设计为阵列式方形凹槽和独立式条形凹槽。本发明具有防火阻燃、质轻高强、防腐耐老化、安装便捷、使用寿命长、绿色环保等特点，可实现临时道路、作业平台等场所的快速搭建。
Description
技术领域
本发明涉及一种垫板及制备工艺，特别涉及一种高强复合材料垫板系统。
背景技术
当前，面临一些复杂的地形路况，如沼泽地、沙漠、戈壁滩、热带雨林、冻土地带等，经常出现车辆无法通行、设备无法正常安装等难题，这时就需要用到大型的铺路垫板。而传统的钢制垫板存在着密度大、搬运不方便、易腐蚀生锈、易变形等问题；水泥垫板也存在韧性及抗冲击性差，铺设效率低、连接部位强度低等问题；常规的玻璃钢板材虽然密度低、刚性好，但承载力偏低、材料耐老化性差，给工程建设及应急方案解决带来了很多麻烦
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种防火阻燃、质轻高强、防腐耐老化、安装便捷、使用寿命长、绿色环保的高强复合材料垫板系统，可实现临时道路、作业平台等场所的快速搭建。
本发明提到的一种高强复合材料垫板系统，包括高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯材料经模压成型工艺制成的高强复合材料板材、标准连接模块、槽盖，所述的高强复合材料板材的外表面设计有防滑纹，其结构分为实体结构和背部网格状加强筋结构两种，其中实体结构的垫板作为防护板使用；背部网格状加强筋结构的垫板采用单块板材或两块板材复合两种结构，其中，背部网格状加强筋结构设计为阵列式方形凹槽（6）和独立式条形凹槽（7）。
上述的高强复合材料板材的配方料主要由以下重量百分比的各组分混合后制备而成： 高密度聚乙烯树脂60-70份、超高分子量聚乙烯树脂15-20份、填料5-10份、低收缩剂1-2份、色糊2-5份、脱模剂1-3份、抗紫外线吸收剂2-5份；
所述高密度聚乙烯材料分子量为30-50万，超高分子量聚乙烯材料分子量为150-500万，根据垫板的设计强度不同有所区别，垫板强度设计要求越高，材料分子量越大；所述填料为粒径5-20um的氢氧化铝粉末；所述低收缩剂为99%以上纯度的聚乙烯；所述色糊为糊状着色剂；所述脱模剂为磷酸烷基酯和硬脂酸锌微粉的混合料，其中磷酸烷基酯和硬脂酸锌微粉的重量比为1：（1-3）；所述抗紫外线吸收剂为苯并三唑类光稳定剂。
上述的高强复合材料板材的单板之间的连接采用标准连接模块（8）进行连接紧固，所述标准连接模块（8）由垫块（8-1）和锁块（8-2）组成，垫块（8-1）与下方垫板底部安装孔配合，上方垫板定位后，锁块（8-2）通过导向柱与垫块（8-1）进行配合连接，并与上方垫板安装孔配合锁紧，双重定位，可有效防止垫板之间的错位和脱扣。
上述的高强复合材料板材的外表面还设计有圆形凹槽（5），所述的圆形凹槽（5）为GPS定位芯片安装部位，芯片安装到位后进行槽盖（9）装配，槽盖（9）与圆形凹槽（5）采用过盈配合。
本发明提到的一种高强复合材料垫板系统的制备工艺，包括如下步骤：
将高密度聚乙烯材料和超高分子量聚乙烯材料均匀混合，用高速分散机以1200r/min以上的速度均匀搅拌5min，脱模剂添加到混合料中，用高速分散机以1200r/min的速度均匀搅拌2min，然后依次将填料、色糊、低收缩剂加入，此过程中高速分散机应持续匀速搅拌，并保持在1000r/min以上；
将制备好的混合料放入预热好的模具中，升温至200℃以上保温120min，直至材料完全熔融，停止加温后，在5MPa的成型压力下进行连续保压冷却，待温度降至50度以下时进行脱模；
将待复合的板材粘合部位进行打磨处理，采用400#以上目数的砂纸进行粘接面表面打磨，清理干净后备用；
将板材粘接部位均匀铺设电阻丝，电阻丝直径低于0.5mm，上下两块板配合后合实；
电阻丝通电加热，至粘接部位电阻丝周边熔融，并呈现胶流物时，将电阻丝迅速撤离，对上下板材施加压力进行复合，常温冷却30-50min后方可进行搬运；
将复合后的垫板拼接缝处进行打磨处理，采用400#以上目数的砂纸进行表面打磨，并清理干净打磨面；
将准备好的高密度聚乙烯焊条沿拼接缝部位进行热熔焊粘接，焊缝位置保证焊接轨迹的均匀、平整；
根据设计要求，将GPS定位芯片放置于凹槽中，将槽盖进行装配，形成产品。
本发明的有益效果是：通过对材料配方的设计，使树脂基体化学分子结构得到改善，高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯两种材料之间的特性很好的得到了互补，力学性能更加优良。氢氧化铝作为阻燃剂，与偶联剂浸润后进行添加混合，充分提高了材料的浸润性；同时，相对于其它阻燃型助剂，氢氧化铝在燃烧过程中能分解出水来，可有效降低可燃物燃点，进而起到阻燃作用，而且过程中无毒无害；
所以本发明在材料配方设计方面的一大亮点就是通过对主材比例的设计分析，集合了两种特性复合材料的性能特点，充分发挥出两种材料的优势；并通过工艺的设计，解决了氢氧化铝粉末材料与热塑性材料浸润性差的难题，在保证材料力学性能的同时，提高了阻燃性能；
本发明在结构设计方面的一大亮点就是通过网格状加强筋结构的合理设计以及采用热熔焊技术进行的复合工艺，可以很大程度上降低产品的设计重量，提高产品刚性，同时降低了重型垫板的制造难度；产品结构造型更加合理，安装搬运更加便捷；
相对于传统聚乙烯类材料耐候性差、易褪色等问题，本发明在材料配方中添加了一定量的抗紫外线吸收剂，其耐老化性能大幅度提高，模拟实验测得的设计使用寿命可达15年以上； 以上材料配方的实验研究，使得本发明高强复合材料垫板的防滑、耐磨性能大幅度提升。简而言之，本发明具有防火阻燃、质轻高强、防腐耐老化、安装便捷、使用寿命长、绿色环保等特点，可实现临时道路、作业平台等场所的快速搭建。
附图说明
附图1是本发明的整体结构示意图；
附图2是单块板材的正面示意图；
附图3是实体结构板材的背面示意图；
附图4是加强筋结构板材的背面示意图；
附图5是单组两块板材复合的垫板示意图；
附图6是连接模块的示意图；
附图7是连接部件的示意图；
附图8是定位芯片槽盖的示意图；
上图中：防滑纹2、标识区域3、平面造型4、圆形凹槽5、阵列式方形凹槽6、独立式条形凹槽7、标准连接模块8、槽盖9、复合垫板10、垫块8-1和锁块8-2。
具体实施方式
实施例1，结合附图1-8，对本发明作进一步的描述：
本发明提到的一种高强复合材料垫板系统，包括高密度聚乙烯（HDPE）和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）经模压成型工艺制成的高强复合材料板材、标准连接模块8、定位芯片的槽盖9，所述的高强复合材料板材的外表面设计有防滑纹2，其结构分为实体结构和背部网格状加强筋结构两种，其中实体结构的垫板为平面造型4；背部网格状加强筋结构的垫板采用单块板材或两块板材复合两种结构，其中，背部网格状加强筋结构设计为阵列式方形凹槽6和独立式条形凹槽7。
其中，高强复合材料板材的配方料主要由以下重量百分比的各组分混合后制备而成： 高密度聚乙烯树脂60份、超高分子量聚乙烯树脂15份、填料5份、低收缩剂1份、色糊2份、脱模剂1份、抗紫外线吸收剂2份；所述高密度聚乙烯材料分子量为30万，超高分子量聚乙烯材料分子量为150万；所述填料为粒径5-20um的氢氧化铝粉末；所述低收缩剂为99%以上纯度的聚乙烯；所述色糊为现有的市售的糊状着色剂，如三乙醇胺处理的二氧化钛着色剂；所述脱模剂为磷酸烷基酯和硬脂酸锌微粉的混合料，其中磷酸烷基酯和硬脂酸锌微粉的重量比为1：（1-3）；所述抗紫外线吸收剂为苯并三唑类光稳定剂。
其中，高强复合材料板材的单板之间的连接采用标准连接模块8进行连接紧固，所述标准连接模块8由垫块8-1和锁块8-2组成，垫块8-1与下方垫板底部安装孔配合，上方垫板定位后，锁块8-2通过导向柱与垫块8-1进行配合连接，并与上方垫板安装孔配合锁紧，双重定位，可有效防止垫板之间的错位和脱扣。
另外，高强复合材料板材的外表面还设计有圆形凹槽5，所述的圆形凹槽5为GPS定位芯片安装部位，芯片安装到位后进行槽盖9装配，槽盖9与圆形凹槽5采用过盈配合。
根据设计要求和使用工况条件的不同，板材设计为实体结构（图3）和背部网格状加强筋结构（图4）两种造型；实体结构的板材背部为平面造型（4），背部网格状加强筋结构的板材，其加强筋布局设计为阵列式方形凹槽（6）和独立式条形凹槽（7）结构，降低产品设计重量的同时，提高产品刚性；实体结构的板材（图3）主要作为防护类板材使用，背部网格状加强筋结构的板材（图3）主要作为承载型垫板使用。当承载力要求较高时，可将两块板材进行复合成型（图5），制作成复合垫板（10）；所述复合垫板（10）采用错位配合的方式进行复合，将连接界面部位进行热熔后加压复合为一体，并将连接缝部位采用HDPE材料进行热熔焊接，美化拼接缝部位外观，整体性好；复合垫板（10）之间的连接采用标准连接模块（8）进行连接紧固，安装非常方便。
本发明提到的一种高强复合材料垫板系统的制备工艺，包括如下步骤：
将高密度聚乙烯材料和超高分子量聚乙烯材料均匀混合，用高速分散机以1200r/min以上的速度均匀搅拌5min，脱模剂添加到混合料中，用高速分散机以1200r/min的速度均匀搅拌2min，然后依次将填料、色糊、低收缩剂加入，此过程中高速分散机应持续匀速搅拌，并保持在1000r/min以上；
将制备好的混合料放入预热好的模具中，升温至200℃以上保温120min，直至材料完全熔融，停止加温后，在5MPa的成型压力下进行连续保压冷却，待温度降至50度以下时进行脱模；
将待复合的板材粘合部位进行打磨处理，采用400#以上目数的砂纸进行粘接面表面打磨，清理干净后备用；
将板材粘接部位均匀铺设电阻丝，电阻丝直径低于0.5mm，上下两块板配合后合实；
电阻丝通电加热，至粘接部位电阻丝周边熔融，并呈现胶流物时，将电阻丝迅速撤离，对上下板材施加压力进行复合，常温冷却30-50min后方可进行搬运；
将复合后的垫板拼接缝处进行打磨处理，采用400#以上目数的砂纸进行表面打磨，并清理干净打磨面；
将准备好的高密度聚乙烯焊条沿拼接缝部位进行热熔焊粘接，焊缝位置保证焊接轨迹的均匀、平整；
根据设计要求，将GPS定位芯片放置于凹槽中，将槽盖进行装配，形成产品。
实施例2：与实施例1不同之处是：本发明的高强复合材料板材的配方料主要由以下重量百分比的各组分混合后制备而成： 高密度聚乙烯树脂70份、超高分子量聚乙烯树脂20份、填料10份、低收缩剂2份、色糊5份、脱模剂3份、抗紫外线吸收剂5份；所述高密度聚乙烯材料分子量为50万，超高分子量聚乙烯材料分子量为500万。
实施例3：与实施例1不同之处是：本发明的高强复合材料板材的配方料主要由以下重量百分比的各组分混合后制备而成： 高密度聚乙烯树脂65份、超高分子量聚乙烯树脂18份、填料7份、低收缩剂1.5份、色糊3.5份、脱模剂2份、抗紫外线吸收剂4份；所述高密度聚乙烯材料分子量为40万，超高分子量聚乙烯材料分子量为300万，根据垫板的设计强度不同有所区别，垫板强度设计要求越高，材料分子量越大。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (3)
1.一种高强复合材料垫板系统，其特征是：包括高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯材料经模压成型工艺制成的高强复合材料板材、标准连接模块（8）、槽盖（9），所述的高强复合材料板材的外表面设计有防滑纹（2），其结构分为实体结构和背部网格状加强筋结构两种，其中实体结构的垫板作为防护板使用；背部网格状加强筋结构的垫板采用单块板材或两块板材复合两种结构，其中，背部网格状加强筋结构设计为阵列式方形凹槽（6）和独立式条形凹槽（7）；
所述的高强复合材料板材的配方料主要由以下重量百分比的各组分混合后制备而成：高密度聚乙烯树脂60-70份、超高分子量聚乙烯树脂15-20份、填料5-10份、低收缩剂1-2份、色糊2-5份、脱模剂1-3份、抗紫外线吸收剂2-5份；
所述高密度聚乙烯材料分子量为30-50万，超高分子量聚乙烯材料分子量为150-500万；所述填料为粒径5-20um的氢氧化铝粉末；所述低收缩剂为99%以上纯度的聚乙烯；所述色糊为糊状着色剂；所述脱模剂为磷酸烷基酯和硬脂酸锌微粉的混合料，其中磷酸烷基酯和硬脂酸锌微粉的重量比为1：（1-3）；所述抗紫外线吸收剂为苯并三唑类光稳定剂。
2.根据权利要求1所述的高强复合材料垫板系统，其特征是：所述的高强复合材料板材的单板之间的连接采用标准连接模块（8）进行连接紧固，所述标准连接模块（8）由垫块（8-1）和锁块（8-2）组成，垫块（8-1）与下方垫板底部安装孔配合，上方垫板定位后，锁块（8-2）通过导向柱与垫块（8-1）进行配合连接，并与上方垫板安装孔配合锁紧，双重定位，可有效防止垫板之间的错位和脱扣。
3.根据权利要求1所述的高强复合材料垫板系统，其特征是：所述的高强复合材料板材的外表面还设计有圆形凹槽（5），所述的圆形凹槽（5）为GPS定位芯片安装部位，芯片安装到位后进行槽盖（9）装配，槽盖（9）与圆形凹槽（5）采用过盈配合。
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