CN107795149A - 一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱及其制备方法 - Google Patents
一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107795149A CN107795149A CN201711078665.4A CN201711078665A CN107795149A CN 107795149 A CN107795149 A CN 107795149A CN 201711078665 A CN201711078665 A CN 201711078665A CN 107795149 A CN107795149 A CN 107795149A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- support column
- composite
- lattice
- foam
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 143
- 239000006260 foam Substances 0.000 title claims abstract description 108
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 91
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 57
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 57
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 57
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 53
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 33
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 27
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 claims description 25
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 13
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 12
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 12
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 12
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 9
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 8
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 claims description 8
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 claims description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 7
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 7
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 5
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 claims description 4
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 4
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 3
- 229920013657 polymer matrix composite Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011160 polymer matrix composite Substances 0.000 claims description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 2
- 229920007790 polymethacrylimide foam Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 claims 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 9
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229920006934 PMI Polymers 0.000 description 1
- 241000469816 Varus Species 0.000 description 1
- 229920006387 Vinylite Polymers 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
- E04G25/00—Shores or struts; Chocks
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
- E04G25/00—Shores or struts; Chocks
- E04G25/02—Shores or struts; Chocks non-telescopic
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱及其制备方法,支撑柱主体包括圆柱筒形的复合材料内蒙皮和复合材料外蒙皮,复合材料内蒙皮和复合材料外蒙皮之间设置有泡沫板条,泡沫板条之间设有复合材料格构,复合材料格构等间隔分布在泡沫板条之间,并将复合材料内蒙皮和复合材料外蒙皮连接在一起;在支撑柱两端设置有用于与顶部结构或与另一个相同支撑柱相连的支撑面连接法兰;在支撑柱外蒙皮的两端设置有端部增强。本发明提供一种在几乎不提升结构自重的前提下,大幅度提升承载效率的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,同时提供一种成本低廉、性能稳定、可制备大尺寸格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于新材料新结构及组合结构领域,涉及一种适用于快速架设和抢修的支撑柱及其制备方法,具体的说是一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱及其制备方法。
背景技术
土木工程领域的应急式柱状支撑构件常采用金属材料制作而成,其自重较大,搬运与作业不方便,延长了架设时间,另外金属材料易腐蚀,养护费用高,且影响了结构的正常使用与寿命。因此,采用新的材料开发设计出轻质高承载能力、易搬运架设、耐腐蚀的应急式支撑柱已经迫在眉睫。
纤维增强树脂基复合材料具有比强度高、比刚度大、耐腐蚀等优势,由其作为蒙皮,然后在两蒙皮中间填充密度低、厚度大的泡沫芯层所制备而成的复合材料泡沫夹芯支撑柱具有轻质高强、耐腐蚀等优势。但由于泡沫芯层的刚度较低,对复合材料蒙皮的支撑能力弱,导致复合材料泡沫夹芯支撑柱在轴向受压时蒙皮容易发生局部失稳,同时泡沫芯层的剪切刚度低,复合材料泡沫夹芯支撑柱易发生整体剪切失稳;另一方面,复合材料泡沫夹芯结构其蒙皮与芯层的结合强度一般较弱,容易出现面芯脱粘失效。以上缺陷导致复合材料泡沫夹芯支撑柱承载效率较低,无法满足大承载要求。且目前复合材料泡沫夹芯支撑柱的制备工艺以手糊工艺和二次固化工艺为主,只能制作小尺寸构件,且面芯结合强度较低,性能不稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服现有技术的缺点,提供一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱及其制备方法,本发明克服了传统泡沫夹芯柱局部稳定性差、抗剪切能力低和蒙皮与芯层易脱粘的问题,提供一种在几乎不提升结构自重的前提下,大幅度提升承载效率的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,同时提供一种成本低廉、性能稳定、可制备大尺寸格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱的制备方法。
为了解决以上技术问题,本发明提供一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,支撑柱主体包括圆柱筒形的复合材料内蒙皮和复合材料外蒙皮,复合材料内蒙皮和复合材料外蒙皮之间设置有泡沫板条,泡沫板条之间设有复合材料格构,复合材料格构等间隔分布在泡沫板条之间,并将复合材料内蒙皮和复合材料外蒙皮连接在一起;在支撑柱两端设置有用于与顶部结构或与另一个相同支撑柱相连的支撑面连接法兰;在外蒙皮的两端设置有端部增强。
本发明进一步限定的技术方案是:
前述复合材料内蒙皮和复合材料外蒙皮均由纤维增强树脂基复合材料构成,纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。
前述泡沫板条的横截面为等腰梯形结构,泡沫板条为PVC泡沫、PMI泡沫、PU泡沫或PEI泡沫的一种或多种。
前述复合材料格构为纤维增强树脂基复合材料构成,纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。
前述支撑面连接法兰为纤维增强树脂基复合材料构成,纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种;也可在支撑面连接法兰内埋置钢板以提高法兰的刚度与强度。
前述支撑面连接法兰为圆形面或环形面,其直径大于支撑柱外径。
前述端部包裹增强为纤维增强树脂基复合材料构成,环向包裹在支撑柱外蒙皮的两端;纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。
前述支撑柱主体的内径为100-1000mm,高度为500-4000mm;复合材料内蒙皮与复合材料外蒙皮的厚度相同或不同,厚度为2-10mm。
前述泡沫板条的厚度为10-100mm;复合材料格构的厚度为2-10mm。
进一步的,
本发明还提供了一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱的制备方法,包括如下具体步骤:
(一)准备泡沫板条(2):根据构件尺寸设计要求,预先将泡沫平板切割成横截面为梯形的泡沫板条;
(二)纤维布包裹泡沫板条:在泡沫板条(2)外侧包裹纤维布,并用纤维丝将纤维布固定好,备用;
(三)准备预成型体:在圆柱形芯模上涂抹脱模剂后,先在模具上包裹内蒙皮的增强材料;然后将包裹了纤维布的泡沫板条沿圆周方向紧密地布置在内蒙皮增强材料上,并用纤维丝绑扎固定;然后再包裹外蒙皮的增强材料;在支撑柱两端将内蒙皮的增强材料向外翻边,外蒙皮的增强材料向内翻边,也可以在翻边的同时埋置钢板,用于制备支撑面连接法兰;在支撑柱外蒙皮两端缠绕纤维布,作为端部包裹增强,最终得到预成型体;
(四)组装真空导入成型系统:在所述预成型体上,依次布置脱模布、导流网、注胶口、抽气口、螺旋管,最后用真空袋封装在圆柱形芯模上,形成一个密封系统;
(五)注胶与固化成型:用溢胶管将抽气口与真空系统连接,对密封系统抽真空,检查封闭系统的气密性,确认气密性良好后用注胶管将注胶口与装有树脂体系的容器相连,树脂在负压下抽入封闭系统,树脂在通过螺旋管和导流网均匀浸润纤维布并填充泡沫与纤维布之间的空隙,固化成型;
(六)后处理:使用顶推法将模具从固化后的成型体中取出来,脱除成型体上的真空袋、导流网、脱模布、螺旋管,打磨毛边,便可得到格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱。
本发明的有益效果是:
本发明的关键技术突破在于引入了复合材料格构,该复合材料格构的设计具有以下有益效果:(1)抗失稳能力强。本发明在泡沫芯层引入了复合材料格构,该复合材料格构与复合材料内蒙皮、复合材料外蒙皮、泡沫芯层经树脂粘结一体固化,形成有机整体。该复合材料格构将复合材料内、外蒙皮沿厚度方向贯通连接,提高了芯层的剪切刚度,提高支撑柱的整体稳定性;同时复合材料内、外蒙皮被格栅加筋增强,能够高效的防止复合材料内、复合材料外蒙皮发生局部失稳,从而达到更高效发挥复合材料强度的目的。(2)面芯结合强度高。本发明制备方法中包裹在泡沫板条上的纤维布与内蒙皮、外蒙皮的纤维布大面积接触,负压下树脂将所有的纤维布浸透,使其一体固化,而且抽真空后预成型件承受0.1个大气压的负压,保证了各组分均匀紧密贴合,因此该工艺制备的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱具有优越的面芯结合强度,能有效防止蒙皮与芯层发生脱粘失效,且该制备方法成本低廉、可制备大尺寸构件。(3)本发明在复合材料内、复合材料外蒙皮、复合材料格构之间填充了泡沫板条,该泡沫板条一方面作为模具保证了蒙皮与格构的成型,另一方面对复合材料内蒙皮、复合材料外蒙皮、复合材料格构起到弹性基础支撑作用,将有效提高其抗局部失稳能力。(4)本发明中的复合材料格构其自身具备高强度比、高刚度比的特点,且布置方向与受力方向一致,因此复合材料格构自身能够有效的分担外荷载,起到提升增强型泡沫夹芯支撑柱的整体承载能力的效果。(5)经轴压试验表明:与未加格栅增强的复合材料泡沫夹芯支撑柱相比,在几乎不增加自重的前提下,格栅增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱有效的延缓了蒙皮局部失稳,试验中至始至终均未发生面芯脱粘失效,承载能力大幅度提升,试制的格栅增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱全部通过了承载性能测试,完全满足设计指标要求。(6)本发明具有轻质高强,易于搬运与架设,耐腐蚀无需保养等优势,可用于土木工程领域的各类柱状支撑结构。
附图说明
图1为本发明的主视图;
图2为本发明的剖视图;
图3为本发明的内部结构示意图;
其中,1-复合材料内蒙皮,2-泡沫板条,3-复合材料格构,4-复合材料外蒙皮,5-支撑面连接法兰,6-端部包裹增强。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,如图1所示,包括支撑柱主体、支撑面连接法兰和端部包裹增强,如图2、图3所示,支撑柱主体包括圆柱筒形的复合材料内蒙皮1和复合材料外蒙皮4,复合材料内蒙皮1和复合材料外蒙皮4之间设置有泡沫板条2,泡沫板条2的外侧包裹有复合材料,沿壁厚方向的复合材料将复合材料内蒙皮1与复合材料外蒙皮4连接起来,形成复合材料格构3,即:泡沫板条2之间设有复合材料格构3;复合材料格构3等间隔分布在泡沫板条2之间,并将复合材料内蒙皮1和复合材料外蒙皮4连接在一起;支撑面连接法兰5作为支撑柱的连接部分布置在支撑柱的两端;端部包裹增强6包裹在外蒙皮的两端,且设置有过渡段以减小应力集中。
前述复合材料内蒙皮1和复合材料外蒙皮4均由纤维增强树脂基复合材料构成,纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。前述泡沫板条2的横截面为等腰梯形结构,泡沫板条2为PVC泡沫、PMI泡沫、PU泡沫或PEI泡沫中的一种或多种。前述复合材料格构3为纤维增强树脂基复合材料构成,纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。
前述支撑面连接法兰5为纤维增强树脂基复合材料构成,纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种;可在支撑面连接法兰5内埋置钢板。前述支撑面连接法兰5为圆形面或环形面,其直径大于支撑柱外径。前述端部包裹增强6为纤维增强树脂基复合材料构成,环向包裹在外蒙皮的两端;纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。
前述支撑柱主体的内径为100-1000mm,高度为500-4000mm;复合材料内蒙皮1与复合材料外蒙皮4的厚度相同或不同,厚度为2-10mm。前述泡沫板条2的厚度为10-100mm;复合材料格构3的厚度为2-10mm。
本实施例中,泡沫板条2采用密度60kg/m3的PVC泡沫,复合材料内蒙皮1、复合材料外蒙皮4、复合材料格构3、支撑面连接法兰5和端部包裹增强6均由玻璃纤维增强乙烯基树脂复合材料构成。支撑柱主体的内径为400mm,高度为2000mm,泡沫板条2的厚度为40mm,复合材料内蒙皮1与复合材料外蒙皮4的厚度为3mm,复合材料格构3厚度为3mm,端部包裹增强6的总高度为60mm,其均匀段的高度为30mm,厚度为5mm,支撑面连接法兰5为环形,外径为592mm。
本实施例在泡沫芯层引入了复合材料格构,该复合材料格构与复合材料内、复合材料外蒙皮、PVC泡沫通过真空辅助树脂导入工艺一体固化成型,形成有机整体,复合材料格构的存在增加了芯层的剪切刚度,能够有效防止支撑柱剪切失稳,同时复合材料格构作为内外蒙皮的加强筋,能够有效控制内、外蒙皮发生局部失稳,从而更有效的将复合材料蒙皮的强度发挥出来。另外,包裹在泡沫板条上的纤维布与内外蒙皮纤维布接触面积大,一次性固化成型,因此面芯粘结强度大幅度提升,且复合材料格构本身具有轻质高强特性,布置方向与受力方向相同,因此复合材料格构能够有效分担外荷载。本实施例中采用的真空辅助树脂导入工艺简单易操作、造价低廉、且适合制备大尺寸构件。
实施例2
本实施例提供一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱的制备方法,包括如下具体步骤:
(一)准备泡沫板条:根据构件尺寸设计要求,预先将泡沫平板切割成横截面为梯形的泡沫板条,根据要求,切割32条等腰梯形截面泡沫板条2,长2000mm,厚40mm,上底37mm,下底44mm,备用;
(二)纤维布包裹泡沫板条:在泡沫板条外侧包裹纤维布,并用纤维丝固定好;将厚度为0.5mm的玻璃纤维平纹布裁切成长2000mm,宽330mm的长条,共计32块,然后将切割好的泡沫板条2用玻璃纤维平纹布包裹起来,并用纤维丝固定,此时每块泡沫板条2上的纤维布厚度为1.5mm,烘干备用;
(三)准备支撑柱预成型体:在圆柱形芯模上涂抹脱模剂后,先在模具上包裹内蒙皮的增强材料;然后将包裹了纤维布的泡沫板条沿圆周方向紧密地布置在内蒙皮增强材料上,并用纤维丝绑扎固定;接着包裹外蒙皮的增强材料;在支撑柱两端将内蒙皮的增强材料向外翻边,外蒙皮的增强材料向内翻边,得到支撑柱主体;
在内径为400mm的刚性模具上涂抹脱模剂,干燥后备用。裁切两块厚度为0.5mm的玻璃纤维平纹布,尺寸分别为3782mm*2192mm和4592mm*2092mm,分别用于缠绕内蒙皮1与外蒙皮4,烘干备用;
在芯模上缠绕包裹纤维布(即内蒙皮的增强材料),共计3层总厚1.5mm;然后将包裹了纤维布的泡沫板条沿圆周紧密地布置在内侧纤维布上,组装成一个完整的芯层,并用纤维丝绑扎固定,此时泡沫板条2之间的格构4厚度即为3mm;接着缠绕外蒙皮的纤维布,共计3层,总厚1.5mm,得到预成型体,此时内蒙皮与外蒙皮纤维布的厚度为3mm(缠绕在圆形柱上纤维布与包裹在泡沫板条上纤维布的厚度之和); 内蒙皮与外蒙皮纤维布宽度分别为2192mm和2092mm,大于支撑柱高2000mm,长出的纤维布用于翻边制备支撑面连接法兰,先将长出的外侧纤维布向内翻,再将内侧长出的纤维布外翻,并用树脂喷胶固定,作为支撑面连接法兰的增强材料,最后在外蒙皮两端缠绕10层玻璃纤维平纹布,作为端部包裹增强的增强材料,最终得到预成型体;
(四)组装真空导入成型系统:在步骤(三)的基础上依次铺放脱模布和导流网,布置螺旋管,抽气口,注胶口,然后在模具两端距离预成型体100mm处粘贴密封胶条,最后用真空袋封装,在密封胶条处将真空袋与模具封合,形成密封系统;
(五)注胶与固化成型:用溢胶管将抽气口与真空系统连接,真空系统包括真空泵与树脂收集器,打开真空泵,将封闭系统的空气抽出,形成真空,然后关闭真空泵,检查密封模腔的气密性,如果封闭系统的负压能长时间维持在0.1个大气压,说明封闭系统气密性良好,此时将注胶口用注胶管与装有树脂体系的容器相连,树脂体系由乙烯基树脂30-200P与固化剂和促凝剂按照100:1:1的质量比混合而成,树脂在真空负压下导入封闭系统中,并通过导流网迅速分流、均匀的浸润预成型体,待注胶完成后用夹子夹死溢胶管与注胶管,维持封闭模腔真空状态,使预成型体之间压实压紧,常温下4小时后结构固化成型;
(六)后处理:使用顶推法将模具从固化后的成型体中取出来,脱除成型体上的真空袋、导流网、脱模布、螺旋管,打磨毛边,便可得到格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱。
以上实施例的关键技术突破在于引入了复合材料格构,具有:(1)抗失稳能力强。本实施例在泡沫芯层引入了复合材料格构,该复合材料格构与复合材料内蒙皮、复合材料外蒙皮、泡沫芯层经树脂粘结一体固化,形成有机整体。该复合材料格构将复合材料内、外蒙皮沿厚度方向贯通连接,提高了芯层的剪切刚度,提高支撑柱的整体稳定性;同时复合材料内、外蒙皮被格栅加筋增强,能够高效的防止复合材料内、复合材料外蒙皮发生局部失稳,从而达到更高效发挥复合材料强度的目的。(2)面芯结合强度高。本实施例制备方法中包裹在泡沫板条上的纤维布与内蒙皮、外蒙皮的纤维布大面积接触,真空辅助树脂导入时树脂将所有的纤维布浸透,使其一体固化,而且抽真空后预成型件承受0.1个大气压的负压,保证了各组分均匀紧密贴合,因此该工艺制备的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱具有优越的面芯结合强度,能有效防止蒙皮与芯层发生脱粘失效,且该制备方法成本低廉、可制备大尺寸构件。(3)本实施例在复合材料内、复合材料外蒙皮、复合材料格构之间填充了泡沫板条,该泡沫板条一方面作为模具保证了蒙皮与格构的成型,另一方面对复合材料内蒙皮、复合材料外蒙皮、复合材料格构起到横向支撑作用,将有效提高其抗局部失稳能力。(4)本实施例中的复合材料格构其自身具备高强度比、高刚度比的特点,且布置方向与受力方向一致,因此复合材料格构自身能够有效的分担外荷载,起到提升增强型泡沫夹芯支撑柱的整体承载能力的效果。(5)经轴压试验表明:与未加格栅增强的复合材料泡沫夹芯支撑柱相比,在几乎不增加自重的前提下,格栅增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱有效的延缓了蒙皮局部失稳,至始至终均未发生面芯脱粘失效,承载能力大幅度提升,试制的格栅增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱全部通过了承载性能测试,完全满足设计指标要求。(6)本实施例具有轻质高强,易于搬运与架设,耐腐蚀无需保养等优势,可用于土木工程领域的各类柱状支撑结构。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,其特征在于,所述支撑柱的主体包括圆柱筒形的复合材料内蒙皮(1)和复合材料外蒙皮(4),所述复合材料内蒙皮(1)和复合材料外蒙皮(4)之间设置有泡沫板条(2),所述泡沫板条(2)之间设有复合材料格构(3),所述复合材料格构(3)等间隔分布在泡沫板条(2)之间,并将复合材料内蒙皮(1)和复合材料外蒙皮(4)连接在一起;在所述支撑柱两端设置有用于与顶部结构或与另一个相同支撑柱相连的支撑面连接法兰(5);在支撑柱外蒙皮的两端设置有端部增强(6)。
2.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,其特征在于,所述复合材料内蒙皮(1)和复合材料外蒙皮(4)均由纤维增强树脂基复合材料构成,所述纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,所述纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,其特征在于,所述泡沫板条(2)的横截面为等腰梯形,所述泡沫板条(2)为PVC泡沫、PMI泡沫、PU泡沫或PEI泡沫中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,其特征在于,所述复合材料格构(3)为纤维增强树脂基复合材料构成,所述纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,所述纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,其特征在于,所述支撑面连接法兰(5)为纤维增强树脂基复合材料构成,所述纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,所述纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种;可在所述支撑面连接法兰(5)内埋置钢板。
6.根据权利要求1或5所述的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,其特征在于,所述支撑面连接法兰(5)为圆形面或环形面,其外径大于支撑柱体的外径。
7.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,其特征在于,所述端部包裹增强(6)为纤维增强树脂基复合材料构成,环向包裹在支撑柱外蒙皮的两端;所述纤维增强树脂基复合材料中的增强材料由玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种,所述纤维增强树脂基复合材料中的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,其特征在于,所述支撑柱主体的内径为100-1000mm,高度为500-4000mm;所述复合材料内蒙皮(1)与复合材料外蒙皮(4)的厚度相同或不同,厚度为2-10mm。
9.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱,其特征在于,所述泡沫板条(2)的厚度为10-100mm;所述复合材料格构(3)的厚度为2-10mm。
10.一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱的制备方法,其特征在于,包括如下具体步骤:
(一)准备泡沫板条(2):根据构件尺寸设计要求,预先将泡沫平板切割成横截面为梯形的泡沫板条;
(二)纤维布包裹泡沫板条:在泡沫板条(2)外侧包裹纤维布,并用纤维丝将纤维布固定好,备用;
(三)准备预成型体:在圆柱形芯模上涂抹脱模剂后,先在模具上包裹内蒙皮的增强材料;然后将包裹了纤维布的泡沫板条沿圆周方向紧密地布置在内蒙皮增强材料上,并用纤维丝绑扎固定;然后再包裹外蒙皮的增强材料;在支撑柱两端将内蒙皮的增强材料向外翻边,外蒙皮的增强材料向内翻边,也可以在翻边的同时埋置钢板,用于制备支撑面连接法兰;在支撑柱外蒙皮两端缠绕纤维布,作为端部包裹增强,最终得到预成型体;
(四)组装真空导入成型系统:在所述预成型体上,依次布置脱模布、导流网、注胶口、抽气口、螺旋管,最后用真空袋封装在圆柱形芯模上,形成一个密封系统;
(五)注胶与固化成型:用溢胶管将抽气口与真空系统连接,对密封系统抽真空,检查封闭系统的气密性,确认气密性良好后用注胶管将注胶口与装有树脂体系的容器相连,树脂在负压下抽入封闭系统,树脂在通过螺旋管和导流网均匀浸润纤维布并填充泡沫与纤维布之间的空隙,固化成型;
(六)后处理:使用顶推法将模具从固化后的成型体中取出来,脱除成型体上的真空袋、导流网、脱模布、螺旋管,打磨毛边,便可得到格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711078665.4A CN107795149A (zh) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | 一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711078665.4A CN107795149A (zh) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | 一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱及其制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107795149A true CN107795149A (zh) | 2018-03-13 |
Family
ID=61549132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201711078665.4A Pending CN107795149A (zh) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | 一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107795149A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108437489A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-08-24 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种加筋复材泡沫夹芯筒带颈刚性法兰及其制备方法 |
CN110481059A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-11-22 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种复合材料泡沫夹芯结构及其成型方法 |
CN110524757A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-12-03 | 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 | Pmi泡沫夹芯平板成型模具及其使用方法 |
CN112291963A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-01-29 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种飞行平台外挂电子设备用复合材料箱体 |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2556276A1 (fr) * | 1983-12-12 | 1985-06-14 | Lesourd Hugues | Structure sandwich et son procede de fabrication |
CN1042400A (zh) * | 1988-11-03 | 1990-05-23 | 埃米特放射技术股份公司 | 复合空心体 |
CN1084670C (zh) * | 1994-12-29 | 2002-05-15 | 本特利-哈里斯有限公司 | 反射泡沫材料套管 |
CA2503598A1 (en) * | 2004-04-20 | 2005-10-20 | Salver S.P.A. | Multi-layer duct and related manufacturing process |
CN103031817A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-04-10 | 江苏博泓新材料科技有限公司 | 一种蜂窝格构增强型复合材料双筒结构及应用其的防撞系统 |
CN104608915A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-13 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 多层格栅承力筒及其制备方法 |
CN105367106A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-03-02 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 碳纤维增强碳化锆复合材料及其制备方法 |
CN105531110A (zh) * | 2013-08-26 | 2016-04-27 | 费德罗-莫格尔动力系统有限公司 | 可缠绕的多层隔热罩 |
CN106079459A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-11-09 | 江苏恒神股份有限公司 | 一种圆柱形复合材料网格结构制备方法 |
CN106239985A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-12-21 | 无锡信大气象传感网科技有限公司 | 一种增强型复合材料棒材结构 |
CN106626536A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-05-10 | 中国人民解放军理工大学 | 一种增强型复合材料泡沫夹芯筒及其制备方法 |
CN207829512U (zh) * | 2017-11-06 | 2018-09-07 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱 |
-
2017
- 2017-11-06 CN CN201711078665.4A patent/CN107795149A/zh active Pending
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2556276A1 (fr) * | 1983-12-12 | 1985-06-14 | Lesourd Hugues | Structure sandwich et son procede de fabrication |
CN1042400A (zh) * | 1988-11-03 | 1990-05-23 | 埃米特放射技术股份公司 | 复合空心体 |
CN1084670C (zh) * | 1994-12-29 | 2002-05-15 | 本特利-哈里斯有限公司 | 反射泡沫材料套管 |
CA2503598A1 (en) * | 2004-04-20 | 2005-10-20 | Salver S.P.A. | Multi-layer duct and related manufacturing process |
CN103031817A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-04-10 | 江苏博泓新材料科技有限公司 | 一种蜂窝格构增强型复合材料双筒结构及应用其的防撞系统 |
CN105531110A (zh) * | 2013-08-26 | 2016-04-27 | 费德罗-莫格尔动力系统有限公司 | 可缠绕的多层隔热罩 |
CN104608915A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-13 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 多层格栅承力筒及其制备方法 |
CN105367106A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-03-02 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 碳纤维增强碳化锆复合材料及其制备方法 |
CN106079459A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-11-09 | 江苏恒神股份有限公司 | 一种圆柱形复合材料网格结构制备方法 |
CN106239985A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-12-21 | 无锡信大气象传感网科技有限公司 | 一种增强型复合材料棒材结构 |
CN106626536A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-05-10 | 中国人民解放军理工大学 | 一种增强型复合材料泡沫夹芯筒及其制备方法 |
CN207829512U (zh) * | 2017-11-06 | 2018-09-07 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108437489A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-08-24 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种加筋复材泡沫夹芯筒带颈刚性法兰及其制备方法 |
CN110524757A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-12-03 | 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 | Pmi泡沫夹芯平板成型模具及其使用方法 |
CN110481059A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-11-22 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种复合材料泡沫夹芯结构及其成型方法 |
CN110481059B (zh) * | 2019-09-24 | 2021-06-18 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种复合材料泡沫夹芯结构及其成型方法 |
CN112291963A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-01-29 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种飞行平台外挂电子设备用复合材料箱体 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103042700B (zh) | 一种分段叶片一体化成型方法及装置 | |
CN107795149A (zh) | 一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱及其制备方法 | |
CN101705922B (zh) | 大型复合材料风电叶片及其制备方法 | |
US8282874B2 (en) | Method for manufacturing a composite and a wind turbine blade | |
CN103042701B (zh) | 一种风电叶片一体化成型装置及方法 | |
CN104401011B (zh) | 夹芯结构复合材料及其制备方法 | |
CN109203515B (zh) | 一种风电叶片及其制造方法 | |
CN102729488A (zh) | 碳纤维复合材料臂架、其生产方法及包括其的混凝土泵车 | |
CN106626536A (zh) | 一种增强型复合材料泡沫夹芯筒及其制备方法 | |
GB2447964B (en) | Moulding material | |
CN103072284A (zh) | 一种含增强筋的夹芯结构复合材料及其制造方法 | |
CN104859160B (zh) | 适合拉挤工艺的风机叶片根部预埋螺栓套及其制备方法 | |
CN102767471B (zh) | 一种垂直轴风力发电机叶片及其制备方法 | |
CN111186150A (zh) | 一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱 | |
CN104647771A (zh) | K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构及其成型方法 | |
CN207829512U (zh) | 一种格构增强型复合材料泡沫夹芯支撑柱 | |
CN206579209U (zh) | 一种增强型复合材料泡沫夹芯筒 | |
CN109203516B (zh) | 一种风电叶片的制造方法 | |
CN103485570B (zh) | 一种内加筋复合材料杆塔及其制备方法 | |
CN102009481B (zh) | 一种制造混凝土泵车用碳纤维臂架的方法 | |
CN108437489A (zh) | 一种加筋复材泡沫夹芯筒带颈刚性法兰及其制备方法 | |
CN205664009U (zh) | 一种抗震抗压的玻璃钢复合管 | |
KR20130012842A (ko) | 탄소섬유와 충진재를 이용한 자전거 프레임 및 이의 제조방법 | |
CN207224630U (zh) | 一种复合材料储罐加强筋 | |
CN106829237A (zh) | 一种具有内外双重加强结构的ff油罐及其制备工艺 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180313 |