CN110273361A - 一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，包括复合材料上面板和复合材料下面板，所述复合材料上面板和所述复合材料下面板之间装有金属格栅，所述金属格栅内设有泡沫金属材料，所述泡沫金属材料的内部闭孔内装有有机相变材料。本发明采取在泡沫金属3D打印过程中在其闭孔内加入有机相变材料的方法，使得有机相变材料与泡沫金属有效的结合在一起，充分发挥了有机相变材料潜热大的特点，且提高了相变材料的导热系数，应用于桥面板中，能够在低温工作时有效除雪。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥面板结构，尤其涉及一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板结构。
背景技术
在冬季，雨雪天气路面、桥梁上的积雪结冰会对交通行车造成极大的不利影响，行车安全性得不到保障，极易发生交通事故，带来极大的经济损失。
目前，国内外路面冰雪清除方法有很多，但也会给路面结构和环境带来不同程度的危害，例如（1）机械和人工除冰。通过机械和人力施加作用，使得冰雪从路面结构上脱落下来，以达到除冰目的。但会暂时堵塞交通，影响道路、桥梁的正常运行，且还会出现除冰后再结冰现象。（2）盐类融雪剂除冰。这种除冰除雪方法能够快速除冰，但这些化冰雪盐类具有一定的腐蚀作用，会对路面结构和机动车辆造成损害，此外，大量使用还会对土壤、水体和大气等造成污染，破坏生态环境。（3）热熔法除冰。主要包括电缆加热、导电混凝土或沥青以及循环热流体等方法。但是这些方法会使得道路、桥梁建设成本增加，且除冰效果并不是很理想。
相变材料储能技术自70年代形成研究热点以来，相变材料储热的基础理论和应用技术研究在发达国家已经迅速崛起并得到不断发展。相变材料是随温度变化而改变物质状态并提供潜热的物质。相变储能技术利用相变材料特殊的性质，在相变材料因温度变化而发生相变的时候储热和放热的特性，应用于建筑物中能有效的减小建筑物结构的热负荷和冷负荷，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术。相变材料中，与无机相变材料相比，有机类相变材料不易出现过冷或相分离现象，热化学性质稳定，相变时不会释放有毒气体，但是存在导热系数低、高温下易燃烧等缺点。
泡沫金属（如泡沫铝、泡沫铜、泡沫镍、泡沫合金等）是一种由金属基体和气孔组成的新型结构功能材料,相对于实体金属材料,泡沫金属材料以牺牲了强度等力学性能为代价,获得了诸如热、声、能量吸收、轻质等优越性能,成为一种新型结构功能材料。由于其内部具有气孔，气孔占据了60%以上的体积，使得泡沫金属导热系数高。
因此，根据以上有机相变材料和泡沫金属的特点，如果能有效地将两者的优点有效的结合在一起应用于桥面板结构中，实现桥面路面冰雪清除，是本领域技术人员的一个重要研究课题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有路面、桥梁传统除雪方式的不足，提出一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，包括复合材料上面板和复合材料下面板，所述复合材料上面板和所述复合材料下面板之间装有金属格栅，所述金属格栅内设有泡沫金属材料，所述泡沫金属材料的内部闭孔内装有有机相变材料。
优选的，所述内部闭孔内体积的60%~90%填充有机相变材料，其余为空气。
优选的，所述泡沫金属材料经过3D打印技术成型，所述有机相变材料在所述泡沫金属材料打印过程中加入到所述泡沫金属材料的内部闭孔内。
优选的，所述复合材料上面板、所述复合材料下面板、所述金属格栅和所述泡沫金属材料之间通过粘结层粘接在一起。
优选的，所述复合材料上面板、所述复合材料下面板和所述泡沫金属材料之间通过膨胀螺栓固定。
优选的，所述有机相变材料为季戊四醇、新戊二醇、三羟甲基乙烷、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇、三羟甲基氨基甲烷中的一种或几种。
优选的，所述泡沫金属材料为泡沫铝、泡沫铜、泡沫镍，及泡沫合金中的一种或几种。
优选的，所述金属格栅呈双向布置，且相邻格子横向与纵向距离间隔相等。
优选的，所述金属格栅为铝格栅、钢格栅、热镀锌钢格栅中的一种或几种。
优选的，所述复合材料上面板和复合材料下面板通过纤维增强复合材料和树脂真空导入工艺固化而成，所述纤维增强复合材料为单轴向或双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或混杂纤维中的至少一种；所述树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、无机树脂、环氧树脂、邻苯树脂、热塑性树脂材料中的至少一种。
本发明的有益效果： 1、采用泡沫金属材料作为有机相变材料的基体材料和支撑材料，一方面，泡沫金属具备的吸能、减震性能能在一定程度上对道路桥梁起到一定的保护作用，另一方面，将有机相变材料封装在泡沫金属材料的内部闭孔中，有效的提高了有机相变材料的导热系数，在实现融雪的同时解决了相变材料的渗漏问题。2、通过3D打印技术将满足技术要求的泡沫金属材料打印出来，一方面可以通过计算机控制泡沫金属的微孔尺寸和具体形状，使得能更好的满人们的需求，另一方面在打印过程中便在闭孔中加入有机相变材料，有效的增加了基体材料中的相变材料含量，并且能够保证基体材料和有机相变材料混合均匀，传热效果更好。3、桥面板采用复合材料上下面板层与内部的金属格栅共同支撑，会对路面有一定的保护作用。4、本发明的桥面板本身具有融雪除冰功能，由于有机相变材料本身的特性，其性质稳定，可维持长期的相对平衡状态。由于其具有相变潜热大的特点，在融雪过程中可以有效减缓冻融现象的发生，一定程度上对路面、桥面结构有一定保护作用。
附图说明
图1为本发明桥面板结构示意图。
图2为金属格栅示意图。
图3为含有有机相变材料的泡沫金属结构示意图。
图4为泡沫金属材料的内部闭孔结构示意图。
图中：1.泡沫金属，2.有机相变材料，3.金属格栅，4.粘结层，5.复合材料上面板，6.复合材料下面板，7.膨胀螺栓，8. 内部闭孔；9.空气。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1、图2和图3所示，本实施例的一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板结构包括复合材料上面板5和复合材料下面板6，所述复合材料上面板5和所述复合材料下面板6之间装有金属格栅3，所述金属格栅3内设有泡沫金属材料1，所述泡沫金属材料1的内部闭孔8内装有有机相变材料2。其中金属格栅3将桥面板中间层划分为沿横向和纵向分布的矩形区域，每个矩形区域沿横向和纵向的长度相等，泡沫金属1放置矩形区域中。金属格栅3、复合材料上面板5和复合材料下面板6通过粘结层4与泡沫金属材料1粘接在一起，此外，泡沫金属1、复合材料上面板5和复合材料下面板6通过膨胀螺栓7紧固连接在一起。
为了能够充分利用有机相变材料和泡沫金属的优良特性，泡沫金属材1采用3D打印技术制备，3D打印设备可以通过控制泡沫金属的微孔尺寸和形状来保证其技术要求，3D打印过程中就将相变材料与泡沫金属相结合，使得有机相变材料2能够进入泡沫金属1的闭孔中，打印成型后的泡沫金属1和有机相变材料2充分结合在一起，在有效避免有机相变材料的渗漏问题的同时，提高了相变材料的导热系数。
如图4所示，泡沫金属材料的内部闭孔8内封装有有机相变材料2，其中泡沫金属闭孔体积的60%~90%为有机相变材料填充，其余为空气9，由于闭孔未被有机相变材料完全占据，故其在融化、凝固过程中的微小体积变化不会对泡沫金属产生破坏作用和附加应力。
优选的，本实施例中，有机相变材料是由有机多元醇类（如聚乙二醇）通过加入添加剂等方法经过改性制备而成，改性后的相变材料具有0℃~5℃的相变温度。所述有机相变材料包括季戊四醇(PE)、新戊二醇(NPG)、三羟甲基乙烷(PG)、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇(AMP)、三羟甲基氨基甲烷(TAM)中的一种或几种。所述的泡沫金属材料，具体包括泡沫铝、泡沫铜、泡沫镍，及泡沫合金中的一种或几种。所述金属格栅材料主要是铝格栅、钢格栅、热镀锌钢格栅中的至少一种。所述的复合材料面板有纤维增强复合材料和树脂采用真空导入工艺固化而成。其中纤维增强复合材料主要采用单、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或混杂纤维中的至少一种；树脂主要采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、无机树脂、环氧树脂、邻苯树脂或热塑性树脂材料中的至少一种。
以上仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域，在不脱离本发明核心原理的前提下，还可以做出具体切实可行的优化方案，这种改进和优化方案也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，包括复合材料上面板(5)和复合材料下面板(6)，其特征在于，所述复合材料上面板(5)和所述复合材料下面板(6)之间装有金属格栅(3)，所述金属格栅(3)内设有泡沫金属材料(1)，所述泡沫金属材料(1)的内部闭孔(8)内装有有机相变材料(2)。
2.根据权利要求1所述的一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，其特征在于，所述内部闭孔(8)内体积的60%~90%填充有机相变材料(2)，其余为空气(9)。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，其特征在于，所述泡沫金属材料(1)经过3D打印技术成型，所述有机相变材料(2)在所述泡沫金属材料(1)打印过程中加入到所述泡沫金属材料(1)的内部闭孔(8)内。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，其特征在于，所述复合材料上面板(5)、所述复合材料下面板(6)、所述金属格栅(3)和所述泡沫金属材料(1)之间通过粘结层(4)粘接在一起。
5.根据权利要求4所述的一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，其特征在于，所述复合材料上面板(5)、所述复合材料下面板(6)和所述泡沫金属材料(1)之间通过膨胀螺栓(7)固定。
6.根据权利要求1或2所述的一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，其特征在于，所述有机相变材料为季戊四醇、新戊二醇、三羟甲基乙烷、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇、三羟甲基氨基甲烷中的一种或几种。
7.根据权利要求1或2所述的一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，其特征在于，所述泡沫金属材料(1)为泡沫铝、泡沫铜、泡沫镍，及泡沫合金中的一种或几种。
8.根据权利要求1或2所述的一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，其特征在于，所述金属格栅(3)呈双向布置，且相邻格子横向与纵向距离间隔相等。
9.根据权利要求1或2所述的一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，其特征在于，所述金属格栅(3)为铝格栅、钢格栅、热镀锌钢格栅中的一种或几种。
10.根据权利要求1或2所述的一种具有融雪除冰功能的含有相变材料的桥面板，其特征在于，所述复合材料上面板(5)和复合材料下面板(6)通过纤维增强复合材料和树脂真空导入工艺固化而成，所述纤维增强复合材料为单轴向或双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或混杂纤维中的至少一种；所述树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、无机树脂、环氧树脂、邻苯树脂、热塑性树脂材料中的至少一种。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113389101A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-14 | 杨瑞萍 | 一种便于恢复平整的盲道 |
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2019
- 2019-05-06 CN CN201910369725.0A patent/CN110273361A/zh active Pending
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