CN116285302A - 一种延展材料、延展件制备方法及桥墩防撞装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种延展材料、延展件制备方法及桥墩防撞装置，具体组分及质量配比为：热塑性聚氨酯50‑62份，钕铁硼11‑33份，镍钛合金12‑24份，金属磁粉2‑3份，聚丙烯或聚乙烯或聚乳酸或聚醚醚酮1‑2份，采用发明延展材料、延展件的桥墩防撞装置方便进行通航。

Description

一种延展材料、延展件制备方法及桥墩防撞装置

技术领域

本发明涉及桥墩防撞技术领域，具体涉及一种延展材料、延展件制备方法及桥墩防撞装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

跨水域桥梁的产生越来越多，水中漂浮物对涉水桥墩的撞击将会引起桥墩结构的损伤，对桥梁的使用寿命造成严重影响。对涉水桥墩设置有效的防撞保护设施既可以减小水中漂浮物，如浮冰、船舶等对桥墩的撞击力，又能够有效保护桥墩的结构，增强其使用寿命，同时便于对桥墩的受损情况进行检测。

发明人发现，目标桥墩防撞装置所采用的材料无法实现延展功能，导致防撞装置无法进行收缩或扩张，为了保证防撞性能，防撞装置需要做成较大直径的结构，因此减小了相邻桥墩之间的宽度，不利于通航，专利CN105839568B公开了一种桥墩主动迎撞装置及防撞方法，能够实现桥墩的收缩和扩张，但需要配比电磁伸缩装置及相应的控制系统，制作成本高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种延展材料，能够在通行物快要发生碰撞时进行扩张，保证防护效果，自然状态下能够收缩，便于通航，且用于桥墩时避免了桥墩使用复杂的控制系统以实现收缩和扩张，降低了桥墩防撞装置的制作成本。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种延展材料，具体组分及质量配比为：热塑性聚氨酯50-62份，钕铁硼11-33份，镍钛合金12-24份，金属磁粉2-3份，聚丙烯或聚乙烯或聚乳酸或聚醚醚酮1-2份。

第二方面，本发明的实施例提供了一种延展件的制备方法，延展件采用第一方面所述的延展材料制备而成，包括以下步骤：

将以质量份计数的热塑性聚氨酯粉末50-62份、钕铁硼粉末11-33份、镍钛合金粉末12-24份、金属磁粉2-3份、聚丙烯粉末或聚乙烯粉末或聚乳酸粉末或聚醚醚酮粉末1-2份混合，得到复合粉末；

对复合粉末进行干燥处理；

将干燥处理后的复合粉末进行激光3D打印，复合粉末成型后得到延展件。

可选的，所述热塑性聚氨酯粉末的材料规格为0.4g/cm³-0.6g/cm³，优选为0.5g/cm³。

可选的，钕铁硼粉末为各向同性粘结钕铁硼粉。

可选的，采用SLS设备进行激光3D打印，激光功率为100W-300W，优选为200W，扫描速度为300mm/s-800mm/s,优选为600mm/s，加工温度为TTTT℃～TTTTTTTT℃，优选为TTT20℃。

可选的，采用球磨机预先对热塑性聚氨酯粉末和钕铁硼粉末进行研磨，然后将热塑性聚氨酯粉末、钕铁硼粉末、镍钛合金粉末、金属磁粉、聚丙烯粉末或聚乙烯粉末或聚乳酸粉末进行混合。

可选的，研磨时间为15-25min，优选为20min，球磨机的混粉转速为750-800r/min，优选为775r/min。

可选的，采用干燥箱对复合粉末进行干燥，干燥时间为45-50h，优选为48h，干燥温度为65℃-75℃，优选为70℃。

第三方面，本发明的实施例提供了一种桥墩防撞装置，包括多个延展件，所述延展件采用第二方面所述的延展件的制备方法制备而成，多个延展件用于沿环向设置在桥墩外周且其内端用于与桥墩连接，其外端连接内部具有空腔的承载件，承载件沿环向设置有多个伸缩缝，承载件内部具有空心橡胶球。

可选的，所述承载件采用超疏水铝合金材质制成。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的延展材料及其制备的延展件，加入有钕铁硼，钕铁硼作为功能因子赋予了符合材料磁学性能，用于桥墩防撞装置时，当通行车辆或船舶靠近时，能够利用磁吸原理使得桥墩防撞装置实现延展，从而带动防撞装置进行延展，起到较好的防撞效果，同时在自然状态下，延展件能够收缩，不影响相邻桥墩之间的通航，而且能够根据材料特性进行扩张和收缩，无需安装复杂的控制系统及相关电控伸缩部件，制作成本低。

2.本发明的延展材料及其制备的延展件，加入有镍钛合金，能够显著提高其制作的防撞装置的抗压能力，提高防撞性能。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1本发明实施例1或实施例2或实施例3的延展件的制备方法流程图；

图2为本发明实施例4自然状态下桥墩防撞装置俯视图；

图3为本发明实施例4自然状态下桥墩防撞装置侧视图；

图4为本发明实施例4自然状态下桥墩防撞装置轴测图；

图5为本发明实施例3防撞状态下桥墩防撞装置俯视图；

其中，1.空心橡胶球，2.延展件，3.桥墩，4.环状外板。

具体实施方式

本申请的一种典型实施方式中，一种延展材料，具体组分及质量配比为：热塑性聚氨酯50-62份，钕铁硼11-33份，镍钛合金12-24份，金属磁粉2-3份，聚丙烯或聚乙烯或聚乳酸或聚醚醚酮1-2份。

本实施方式的延展材料，加入有钕铁硼，钕铁硼作为功能因子赋予了符合材料磁学性能，用于桥墩防撞装置时，当通行车辆或船舶靠近时，能够利用磁吸原理使得桥墩防撞装置实现延展，从而带动防撞装置进行延展，起到较好的防撞效果，同时在自然状态下，延展件能够收缩，不影响相邻桥墩之间的通航。

通过镍钛合金的加入，能够显著提高其制作的防撞装置的抗压能力，提高防撞性能。

本申请的另一个典型实施方式中，提供了一种延展件的制备方法，采用上述实施方式的延展材料制备而成。包括以下步骤：

步骤1：将以质量份计数的热塑性聚氨酯粉末50-62份、钕铁硼粉末11-33份、镍钛合金粉末12-24份、金属磁粉2-3份、聚丙烯粉末或聚乙烯粉末或聚乳酸粉末或聚醚醚酮粉末1-2份混合，得到复合粉末；

步骤2：对复合粉末进行干燥处理；

步骤3：将干燥处理后的复合粉末进行激光3D打印，复合粉末成型后得到延展件。

进一步的，所述热塑性聚氨酯粉末的材料规格为0.4g/cm³-0.6g/cm³，优选为0.5g/cm³。

进一步的，钕铁硼粉末为各向同性粘结钕铁硼粉，主要磁学参数为：剩磁为780-790mT，优选为787.50mT，矫顽力为435-445KA/m，优选为440.03KA/m。

进一步的，采用SLS设备进行激光3D打印，激光功率为100W-300W，优选为200W，扫描速度为300mm/s-800mm/s,优选为600mm/s，加工温度为TTTT℃～TTTTTTTT℃，优选为TTT20℃。

进一步的，采用球磨机预先对热塑性聚氨酯粉末和钕铁硼粉末进行研磨，然后将热塑性聚氨酯粉末、钕铁硼粉末、镍钛合金粉末、金属磁粉、聚丙烯粉末或聚乙烯粉末或聚乳酸粉末进行混合。

进一步的，研磨时间为15-25min，优选为20min，球磨机的混粉转速为750-800r/min，优选为775r/min。

进一步的，采用干燥箱对复合粉末进行干燥，干燥时间为45-50h，优选为48h，干燥温度为65℃-75℃，优选为70℃。

所述延展件在自然状态下为交叉结构，包括两个V型结构，两个V型结构在尖端相交，当检测到船舶或车辆靠近时，在磁吸作用下，两个V型结果展开成直线结构，实现了延展件的延展。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例和对比例详细说明本申请的技术方案。

实施例1

本实施例提供了一种延展件，由延展材料制备而成，延长材料具体组分及质量配比为：热塑性聚氨酯60份，钕铁硼12份，镍钛合金24份，金属磁粉3份，聚丙烯1份。

具体制备方法为：

步骤1：将60份热塑性聚氨酯粉末与12份钕铁硼混合后放入球磨机进行研磨，研磨时间为20min，混粉转速为750r/min，其中，热塑性聚氨酯粉末的规格为0.5g/cm³。

取出研磨后的粉末，然后与24份的镍钛合金粉末、3份的金属磁粉和1份的聚丙烯粉末进行混合，得到复合粉末，本实施例中，所述金属磁粉采用铁粉即可。

步骤2：对步骤1得到的复合粉末进行干燥，将步骤1得到的复合粉末放入干燥箱中，设置干燥时间为48h，干燥温度为70℃。

步骤3：对干燥后的复合粉末进行激光3D打印，具体的：

将复合粉末加入SLS设备粉体缸中，将CO2激光束镜面擦拭干净，复位加热装置，封闭加工环境。在加工预处理方面，连续制造前进行预铺粉床的操作，并设置预处理参数，激光功率为200W，扫描速度为500mm/s，粉末层厚为50μm，其中设置预铺起始温度为115℃，预铺时间间隔为20s，预铺粉床的厚度为2.5mm。控制加工温度125℃，复合粉末可以成形。

加工温度控制在125℃，可使得热塑性聚氨酯60份，钕铁硼12份的配比下粉末的粘结性能达到最佳。

本实施例中钕铁硼相对于热塑性聚氨酯含量为20％，针对这两种材料的配合比研究发现，在这种含量的配合比下所延展件的相对磁化强度为1.4mT，能够承受的最大应力为1.2MPa。

实施例2

本实施例提供了一种延展件，由延展材料制备而成，延展材料具体组分及质量配比为：热塑性聚氨酯60份，钕铁硼20份，镍钛合金15份，金属磁粉3份，聚乙烯2份。

具体制备方法包括以下步骤：

步骤1：将60份热塑性聚氨酯粉末与20份钕铁硼混合后放入球磨机进行研磨，研磨时间为20min，混粉转速为775r/min，其中，热塑性聚氨酯粉末的规格为0.5g/cm³。

取出研磨后的粉末，然后与15份的镍钛合金粉末、3份的金属磁粉和2份的聚乙烯粉末进行混合，得到复合粉末，本实施例中，所述金属磁粉采用铁粉即可。

步骤2：对步骤1得到的复合粉末进行干燥，将步骤1得到的复合粉末放入干燥箱中，设置干燥时间为48h，干燥温度为75℃。

步骤3：对干燥后的复合粉末进行激光3D打印，具体的：

将复合粉末加入SLS设备粉体缸中，将CO2激光束镜面擦拭干净，复位加热装置，封闭加工环境。在加工预处理方面，连续制造前进行预铺粉床的操作，并设置预处理参数，激光功率为200W，扫描速度为800mm/s，粉末层厚为50μm，其中设置预铺起始温度为115℃，预铺时间间隔为20s，预铺粉床的厚度为2.5mm。控制加工温度在128℃，复合粉末可以成形。

加工温度控制在128℃，可使得热塑性聚氨酯60份，钕铁硼20份的配比下粉末的粘结性能达到最佳。

本实施例中钕铁硼相对于热塑性聚氨酯含量为30％，针对这两种材料的配合比研究发现，在这种含量的配合比下所延展件的相对磁化强度为2.5mT，能够承受的最大应力为3MPa。

实施例3：

本实施例提供了一种延展件，由延展材料制备而成，延展材料具体组分及质量配比为：热塑性聚氨酯55份，钕铁硼22份，镍钛合金20份，金属磁粉2份，聚乙烯1份。

具体制备方法包括以下步骤：

步骤1：将55份热塑性聚氨酯粉末与22份钕铁硼混合后放入球磨机进行研磨，研磨时间为20min，混粉转速为700r/min，其中，热塑性聚氨酯粉末的规格为0.5g/cm³。

取出研磨后的粉末，然后与20份的镍钛合金粉末、2份的金属磁粉和1份的聚乙烯粉末进行混合，得到复合粉末，本实施例中，所述金属磁粉采用铁粉即可。

步骤2：对步骤1得到的复合粉末进行干燥，将步骤1得到的复合粉末放入干燥箱中，设置干燥时间为48h，干燥温度为75℃。

步骤3：对干燥后的复合粉末进行激光3D打印，具体的：

将复合粉末加入SLS设备粉体缸中，将CO2激光束镜面擦拭干净，复位加热装置，封闭加工环境。在加工预处理方面，连续制造前进行预铺粉床的操作，并设置预处理参数，激光功率为300W，扫描速度为800mm/s，粉末层厚为50μm，其中设置预铺起始温度为115℃，预铺时间间隔为20s，预铺粉床的厚度为2.5mm。控制加工温度在130℃，复合粉末可以成形。

加工温度控制在130℃，可使得热塑性聚氨酯55份，钕铁硼22份的配比下粉末的粘结性能达到最佳。

本实施例中钕铁硼相对于热塑性聚氨酯含量为40％，针对这两种材料的配合比研究发现，在这种含量的配合比下所延展件的相对磁化强度为5mT，能够承受的最大应力为1.4MPa。

通过镍钛合金的加入，能够显著提高其制作的防撞装置的抗压能力，提高防撞性能，现有的桥墩防撞材料抗压强度为150MPa-250MPa，弹性模量为6.9-17MPa，本实施例的延展件抗压强度达到了400MPa-420MPa，弹性模量为54.8GPa±3.7Gpa。

实施例4

本实施例提供了一种桥墩防撞装置，包括多个实施例1或实施例2或实施例3所制备的延展件2，所述延展件2在自然状态下为交叉结构，包括两个V型结构，两个V型结构在尖端相交，当检测到船舶或车辆靠近时，在磁吸作用下，两个V型结果展开成直线结构，实现了延展件的延展。

所述延展件用于设置在桥墩3的外周，其两个V型结构的内端部用于与桥墩3外周的安装板连接，桥墩的安装板设有滑槽，两个V型结构的内端部伸入滑槽中并与安装板滑动连接，两个V型结构的外端与环状的承载件的内侧面通过滑槽滑动连接。通过滑槽的设置，实现了延展件的延展和收缩功能。

所述承载件包括环状内板和环状外板4，环状外板4同轴设置在环状内板外周，环状内板的内侧面与延展件2外端部固定，环状内板和环状外板4之间形成空腔，空腔内设有多个呈蜂窝状排列的空心橡胶球1。环状内板的内侧面设有用于延展件端部滑动的滑槽。

所述环状内板和环状外板4均采用超疏水铝合金材质制成，其主要组分的质量配比为：Al：97.5份、Si：0.2-0.6份、Fe：0.40份、Cu：0.10份、Mn：0.10份、Mg：0.45-0.9份、Cr：0.10份、Zn：0.15份、Ti：0.15份。

采用超疏水铝合金材质，具有防冰覆和自洁性能，增强耐腐蚀性，能够避免由于水面结冰与装置固结而导致的延展性能受损。

环状呢板和环状外板沿环向设置有多个伸缩缝。

制备方法为：

步骤1：将上述组分的铝合金片依次由800目、1200目和1500目的SiC砂纸进行打磨，打磨至表面无明显划痕而去除表面氧化层，

步骤2：依次用甲醇、丙酮、去离子水进行水超声清洗，去除油脂。

步骤3：将清洗后化铝合金片置于10mmol/L的硬脂酸的乙醇/水(体积比为1:3)溶液，在60℃下浸泡处理35小时。

本实施例的延展件2和承载件制备完成后，带入安装现场。

在安装时，结合实际情况采用现场钻孔。首先，适当调整放线定位。在定位时，应该避免与受力钢筋冲突；如果遇到横向钢筋，则需要对安装的位置整体向上或向下移动，应保证钻孔的位置距离钢筋5-6cm外。

定位后对定位处进行钻孔，钻孔直径应在20-30mm，钻孔深度应在300-350mm，钻孔完成后按照规范要求对每孔进行检验。

在安装前，对桥墩表面进行清洁和打磨，使其保持干燥。

在钻孔内注射锚固胶黏剂，在达到设计强度后准备安装桥墩防撞装置。

胶黏剂达到设计强度后，使用Q345的全螺纹螺杆对桥墩外周的安装板进行固定，然后安装延展件和承载件，延展件内侧的两个端部通过安装板的滑槽与安装板滑动连接，延展件外侧两个端部通过环状内板的滑槽与环状内板滑动连接，进而实现了延展件的延展和收缩功能。

本实施例中，设置六个延展件2，相邻延展件间隔60°设置。本实施例的桥墩防撞装置对于小吨位船舶及小尺度通航桥梁具有极高的应用价值，反应灵敏度较高，碰撞损坏后维修简便，并能及时发现和观测受损程度。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种延展材料，其特征在于，具体组分及质量配比为：热塑性聚氨酯50-62份，钕铁硼11-33份，镍钛合金12-24份，金属磁粉2-3份，聚丙烯或聚乙烯或聚乳酸或聚醚醚酮1-2份。

2.一种延展件的制备方法，延展件采用权利要求1所述的延展材料制备而成，包括以下步骤：

将以质量份计数的热塑性聚氨酯粉末50-62份、钕铁硼粉末11-33份、镍钛合金粉末12-24份、金属磁粉2-3份、聚丙烯粉末或聚乙烯粉末或聚乳酸粉末或聚醚醚酮粉末1-2份混合，得到复合粉末；

对复合粉末进行干燥处理；

将干燥处理后的复合粉末进行激光3D打印，复合粉末成型后得到延展件。

3.如权利要求2所述的一种延展件的制备方法，其特征在于，所述热塑性聚氨酯粉末的材料规格为0.4g/cm³-0.6g/cm³，优选为0.5g/cm³。

4.如权利要求2所述的一种延展件的制备方法，其特征在于，钕铁硼粉末为各向同性粘结钕铁硼粉。

5.如权利要求2所述的一种延展件的制备方法，其特征在于，采用SLS设备对复合粉末进行激光3D打印，激光功率为100W-300W，优选为200W，扫描速度为300mm/s-800mm/s,优选为600mm/s，加工温度为TTTT℃～TTTTTTTT℃，优选为TTT20℃。

6.如权利要求2所述的一种延展件的制备方法，其特征在于，采用球磨机预先对热塑性聚氨酯粉末和钕铁硼粉末进行研磨，然后将热塑性聚氨酯粉末、钕铁硼粉末、镍钛合金粉末、金属磁粉、聚丙烯粉末或聚乙烯粉末或聚乳酸粉末进行混合。

7.如权利要求6所述的一种延展件的制备方法，其特征在于，研磨时间为15-25min，优选为20min，球磨机的混粉转速为750-800r/min，优选为775r/min。

8.如权利要求2所述的一种延展件的制备方法，其特征在于，采用干燥箱对复合粉末进行干燥，干燥时间为45-50h，优选为48h，干燥温度为65℃-75℃，优选为70℃。

9.一种桥墩防撞装置，其特征在于，包括多个延展件，所述延展件采用权利要求2所述的延展件的制备方法制备而成，多个延展件用于沿环向设置在桥墩外周且其内端用于与桥墩连接，其外端连接有内部具有空腔的承载件，承载件沿环向设置有多个伸缩缝，承载件内部具有空心橡胶球。

10.如权利要求9所述的一种桥墩防撞装置，其特征在于，所述承载件采用超疏水铝合金材质制成。

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