CN111186150A - 一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，包括拉挤型材，复合材料纤维腹板和复合材料面层，所述拉挤型材沿截面方向包裹纤维布并组合连接，构成截面形状为多边形截面、圆形截面或空心截面，所述复合材料面层沿组合构件表面整体包裹粘结，所述粘结方式采用树脂真空导入工艺或树脂手糊工，所述复合材料纤维腹板为拉挤型材间纤维布与树脂混合而成，所述复合材料面层为拉挤型材外层纤维布与树脂混合而成。极大提高面层与拉挤型材的抗剥离能力和协同工作能力，显著增强拉挤型材的抗压强度、屈曲强度，同时灵活组合截面形状，解决复合材料拉挤成型工艺无法制造复杂截面的问题。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料结构领域，具体地说是一种具有高比强度、比刚度和耐腐蚀性地格构增强拉挤型材受压构件，尤其适合于截面复杂，强度要求高，所处环境腐蚀性强的柱构件
背景技术
复合材料拉挤型材由于其特有的成型工艺及明显的各项异性特点，使得其横向受力性能较弱，在外荷载作用下，容易沿拉挤方向发生局部屈曲或劈裂破坏，从而不能充分发挥复合材料的强度。环向包裹复合材料纤维布虽然可以改善其缺陷，但由于界面粘结性能较差，荷载作用下易发生剥离破坏，材料强度利用率低。此外，现有拉挤成型工艺受技术限制，无法制造复杂截面，在工程中使用当中受到限制。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术问题，提供一种抗压强度高、屈曲强度高、界面粘结强度高、界面布置灵活的以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱
本发明采用的技术方案为：一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，包括拉挤型材、复合材料纤维腹板和复合材料面层；
所述拉挤型材作为复合材料组合柱的芯材，拉挤型材沿截面方向包裹纤维布并组合连接成组合构件，纤维布与树脂混合构成复合材料纤维腹板，纤维布为单层，双层或多层，拉挤型材为单腔型或多腔型，形状为三角形、矩形、梯形或弧形；所述拉挤型材截面形状为多边形截面、圆形截面或空心截面；空心截面中填充发泡泡沫、木材或混凝土以形成一种实心的型材；
所述复合材料面层沿所述组合构件表面进行包裹粘结。
作为优选，所述拉挤型材由基体材料(不饱和聚酯、环氧树脂或酚醛树脂)、增强材料(连续玻璃纤维、缝编毡、复合毡、连续毡、尼克毡、聚酯表面毡、复合表面毡)和辅助材料(脱模剂、固化剂、低收缩添加剂以及填料)组成。
作为优选，每层所述纤维布所用的纤维采用单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或者杂交纤维，最好为玻璃纤维，高性价比适用于工程
作为优选，所述粘结方式采用树脂真空导入工艺或树脂手糊工艺。
作为优选，所述树脂真空导入工艺及树脂手糊工艺所用的树脂采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂，最好为不饱和树脂。
作为优选，所述空心截面中填充最好为混凝土，易于填充。
有益效果：本发明以复合材料拉挤型材为芯材，采用真空导入技术，灵活布置截面形状，将复合材料面层、复合材料纤维腹板与拉挤型材(芯材)整体一次成型，解决复合材料拉挤成型工艺无法制造复杂截面的问题，极大提高面层与拉挤型材(芯材)的抗剥离能力和协同工作能力，显著增强拉挤型材(芯材)的抗压强度和屈曲强度，同时拉挤型材(芯材)空心截面便于多种材料二次填充，结构受力性能具有多样性。
附图说明
图1为本发明实施例1截面为四边形的复合材料空心管格构柱示意图；
图2为本发明实施例1纤维拉挤矩形管示意图；
图3为本发明实施例2截面为圆形的复合材料空心管格构柱示意图；
图4为本发明实施例2维拉挤弧形管示意图；
图5为本发明实施例3截面为六边形的复合材料空心管格构柱示意图；
图6为本发明实施例3纤维拉挤三角形管示意图；
图7为本发明实施例4截面为圆环的复合材料空心管格构柱示意图；
图8为本发明实施例4纤维拉挤梯形管示意图；
图9为本发明实施例5截面为空心矩形的复合材料空心管格构柱示意图；
图10为本发明实施例5纤维拉挤多腔矩形管示意图；
图11为本发明实施例6截面为矩形的复合材料实心管格构柱示意图；
图12为本发明实施例6纤维拉挤矩形管填充混凝土示意图；
图13为本发明实施例7截面为圆环的复合材料实心管格构柱示意图；
图14为本发明实施例7纤维拉挤梯形管填充混凝土示意图；
图15为纤维拉挤型材封片封口示意图
图16为纤维拉挤型材封片封口后沿截面方向包裹纤维布示意图
图17为纤维拉挤型材盖帽封口示意图；
图18为纤维拉挤型材盖帽封口后沿截面方向包裹纤维布示意图；
图19为组合构件沿截面方向整体包裹纤维布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1、2所示，本发明为一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，该构件由拉挤型材1、复合材料纤维腹板2和复合材料面层3组成。拉挤型材1为玻璃纤维拉挤矩形管，矩形管高400mm、边长100mm，壁厚5mm，复合材料纤维腹板2为环氧树脂填充双层四轴向玻璃纤维布。拉挤型材1连接组合截面为矩形，拉挤型材1相邻之间通过复合材料纤维腹板2连接，复合材料面层3为环氧树脂填充四层四轴向玻璃纤维布。
实施例2
如图3、4所示，本发明为一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，该构件由拉挤型材1、复合材料纤维腹板2和复合材料面层3组成。拉挤型材1为玻璃纤维拉挤圆弧管，圆弧管高400mm、直径200mm，圆心角90度，壁厚5mm，复合材料纤维腹板2为环氧树脂填充双层四轴向玻璃纤维布。拉挤型材1连接组合截面为圆形，拉挤型材1相邻之间通过复合材料纤维腹板2连接，复合材料面层3为环氧树脂填充六层四轴向玻璃纤维布。
实施例3
如图5、6所示，本发明为一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，该构件由拉挤型材1、复合材料纤维腹板2和复合材料面层3组成。拉挤型材1为玻璃纤维拉挤三角管，三角管高400mm、边长100mm，壁厚5mm，复合材料纤维腹板2为环氧树脂填充四层四轴向玻璃纤维布。拉挤型材1连接组合截面为六边形，拉挤型材1相邻之间通过复合材料纤维腹板2连接，复合材料面层3为环氧树脂填充六层四轴向玻璃纤维布。
实施例4
如图7、8所示，本发明为一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，该构件由拉挤型材1、复合材料纤维腹板2和复合材料面层3组成。拉挤型材1为玻璃纤维拉挤梯形管，梯形管高400mm、下边100mm、底角70度、两腰相等、壁厚5mm，复合材料纤维腹板2为环氧树脂填充单层双轴向玻璃纤维布8。拉挤型材1连接组合截面为圆环形，拉挤型材1相邻之间通过复合材料纤维腹板2连接，复合材料面层3为环氧树脂填充六层四轴向玻璃纤维布，分别包裹组合构件内外表面。
实施例5
如图9、10所示，本发明为一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，该构件由拉挤型材1、复合材料纤维腹板2和复合材料面层3组成。拉挤型材1为玻璃纤维拉挤三腔矩形管，三腔矩形管高600mm、长300mm、宽100mm、壁厚10mm，复合材料纤维腹板2为环氧树脂填充单层双轴向玻璃纤维布。拉挤型材1连接组合截面为空心矩形，拉挤型材1相邻之间通过复合材料纤维腹板2连接，复合材料面层3为环氧树脂填充六层四轴向玻璃纤维布，分别包裹组合构件内外表面。
实施例6
如图11、12所示，本发明为一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，该构件由拉挤型材1、复合材料纤维腹板2和复合材料面层3组成。拉挤型材1为玻璃纤维拉挤矩形管，矩形管高400mm、边长100mm，壁厚5mm，拉挤型材中填充物4采用自密实混凝土，复合材料纤维腹板2为环氧树脂填充双层四轴向玻璃纤维布。拉挤型材1连接组合截面为矩形，拉挤型材1相邻之间通过复合材料纤维腹板2连接，复合材料面层3为环氧树脂填充四层四轴向玻璃纤维布。
实施例7
如图13、14所示，本发明为一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，该构件由拉挤型材1、复合材料纤维腹板2和复合材料面层3组成。拉挤型材1为玻璃纤维拉挤梯形管，梯形管高400mm、下边100mm、底角70度、两腰相等、壁厚5mm，拉挤型材1中填充物4采用发泡泡沫，复合材料纤维腹板2为环氧树脂填充单层双轴向玻璃纤维布。拉挤型材1连接组合截面为圆环形，圆环中填充物5采用自密实混凝土，拉挤型材1相邻之间通过复合材料纤维腹板2连接，复合材料面层3为环氧树脂填充六层四轴向玻璃纤维布，分别包裹组合构件内外表面。
如图1-19所示，上述实例中以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱的制备流程如下：
a、先制作拉挤型材1。在工厂中先制作拉挤型材1截面模具，再将基体材料(不饱和聚酯、环氧树脂或酚醛树脂)、增强材料(连续玻璃纤维、缝编毡、复合毡、连续毡、尼克毡、聚酯表面毡、复合表面毡)和辅助材料(脱模剂、固化剂、低收缩添加剂以及填料)通过拉挤机和模具制作形成拉挤型材1。
b、组装复合材料格构柱。将上步骤制作成型的拉挤型材1黏贴封片6或盖帽7进行封口，并沿截面方向包裹单层或多层复合材料纤维布8(碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或者杂交纤维)，在组成要求截面后，沿组合构件表面整体包裹单层或多层纤维布9(碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或者杂交纤维)。
c、其中步骤b也可以由本步骤代替。将上步骤制作成型的拉挤型材1中灌入填充物4，并沿截面方向包裹复合材料纤维布8(碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或者杂交纤维)，在组成要求截面后，沿组合构件表面整体包裹单层或多层纤维布9(碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或者杂交纤维)。
d、整体成型。采用真空导入工艺，铺设导流管、脱模布、盖板等装置后使用真空袋密封，将树脂(不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂)灌入真空袋，形成复合材料纤维腹板2、复合材料面层3。
e、待树脂固化成型后，取出构件，切除端部或取出盖帽，在空腔处灌注填充物4或填充物5。
在上述制作安装流程中：拉挤型材1、复合材料纤维腹板2、复合材料面层3结构形式与尺寸、纤维种类、树脂种类、含量、铺设形式及组成截面形状均可根据需要灵活调整。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，其特征在于：包括拉挤型材、复合材料纤维腹板和复合材料面层；
所述拉挤型材作为复合材料组合柱的芯材，拉挤型材沿截面方向包裹纤维布并组合连接成组合构件，纤维布与树脂混合构成复合材料纤维腹板，纤维布为单层，双层或多层，拉挤型材为单腔型或多腔型，形状为三角形、矩形、梯形或弧形；所述拉挤型材截面形状为多边形截面、圆形截面或空心截面；空心截面中填充发泡泡沫、木材或混凝土以形成一种实心的型材；
所述复合材料面层沿所述组合构件表面进行包裹粘结。
2.根据权利要求1所述的一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，其特征在于：所述拉挤型材由基体材料、增强材料和辅助材料组成。
3.根据权利要求2所述的一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，其特征在于：所述基体材料为不饱和聚酯、环氧树脂或酚醛树脂，所述增强材料为连续玻璃纤维、缝编毡、复合毡、连续毡、尼克毡、聚酯表面毡、复合表面毡，所述辅助材料是脱模剂、固化剂、低收缩添加剂以及填料。
4.根据权利要求1所述的一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，其特征在于：每层所述纤维布所用的纤维采用单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或者杂交纤维。
5.根据权利要求4所述的一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，其特征在于：所述纤维布为玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述的一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，其特征在于：所述粘结方式采用树脂真空导入工艺或树脂手糊工艺。
7.根据权利要求6所述的一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，其特征在于：所述树脂真空导入工艺及树脂手糊工艺所用的树脂采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
8.根据权利要求7所述的一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，其特征在于：所述树脂真空导入工艺及树脂手糊工艺所用的树脂为不饱和树脂。
9.根据权利要求1所述的一种以拉挤型材为芯材的复合材料组合柱，其特征在于：所述空心截面中填充为混凝土。
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