CN202463016U - 热塑复合板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热塑复合板，热塑复合板是具有设定横向宽度、纵向连续延伸并收制成卷或切割成块的板材，热塑性复合板包括增强骨架，在所述增强骨架外包覆有热塑材料层。本实用新型的热塑防护板既具有相当的强度和刚度、又具有相当的缓冲性能，能达到较好的安全防护效果。

Description

热塑复合板

技术领域

本实用新型属于复合材料技术领域，涉及一种复合板材，尤其涉及一种热塑复合板。热塑复合板适用于大型场地围护或交通围护，主要用于牲畜圈养、大型居住区、高速公路、大型工业基地和大型娱乐场的安全防护。

背景技术

在大型场地围护和交通围护中，需要使用防护板或护栏，例如用于农业上的牲畜圈养、大型居住区、高速公路、桥梁、大型工业基地和大型娱乐场所如赛马场、赛车场等的安全防撞设施。

以交通围护为例，主要采用的是道路防撞护栏，主要用于高速公路、桥梁等快速路桥两边及中间的防护体。现有的道路防撞护栏基本上采用波形梁钢护栏。这种护栏通常采用带有2～3个半波的波纹状冷轧钢板作为护栏板，该防护板相互搭接或通过连接件相互拼接并由立柱支撑，或通过防阻块与立柱连接组成连续的道路防撞护栏结构，并利用土基、立柱、防阻块、波形防护板的变形来逐步吸收碰撞能量，迫使失控车辆改变方向。但这种钢护栏材料表面容易锈蚀，其外观差、使用寿命短，即使完好无损也要定期全面维护，综合造价与维修费用较高。并且由于钢护栏的材料硬度高、刚性大，使失控车辆与钢护栏板相撞的接触时间短，因此吸能能力较差，对车辆和乘员的危害较大。

所以，基于钢护栏的上述缺陷，出现了“以塑代钢”制成的护栏板，即采用塑料护栏代替钢护栏。如公开号为CN2350430A的中国专利《一种柔性道路护栏》，公开了采用PE塑胶材料搪塑而成的″B″字形空心结构来提高护栏板的减振性和柔性。公开号为CN101023222A的中国专利《树脂护栏》公开了通过树脂模压制成，波浪形截面、横肋交替排列的空心蜂窝板状基体，使护栏板具有较高强度和减震功能。上述护栏板“以塑代钢”的技术解决方案虽然解决了钢护栏容易锈蚀、外观差、使用寿命短、吸能能力较差、对车辆和乘员的危害较大的问题，但要做到防止车辆越出路外，必然要求护栏具有相当的力学强度和刚度，才能抵挡车辆的冲撞。由于塑料的弹性模量只有钢的200分之一(如碳素钢的弹性模量在190000Mpa左右，聚乙烯(PE)的弹性模量在800Mpa左右)，这种全塑料结构的护栏就需要耗用较多的材料才能达到钢护栏要求的强度，因此全塑护栏的体积大、成本很高，不利于推广使用。

“钢塑复合”是另一种解决方案。如公开号为CN1393600A的中国专利《复合材料公路护栏及其生产方法》提出了内埋钢筋或钢丝网，并与不饱和树脂、辅料、玻璃丝布层模压复合的护栏。公开号为CN2644499A的中国专利《道路护栏构件》提出在钢板或带钢通过冷弯加工成型的波形护栏板表面覆盖复合挤出成型的高分子材料层。上述钢塑复合材料的护栏方案中，模压复合的方式无法连续生产，导致生产效率较低；在波形钢护栏板表面挤塑，其工艺较为复杂使其成本上升。更为重要的是塑钢两种材料之间存在相容性的问题，造成塑钢之间的剥离强度较低，在使用和安装过程中易因塑钢分离，使护栏板强度和韧性不足，达不到使用要求并易出现破损；且塑料与钢材料热胀冷缩的收缩系数不同，塑钢之间热胀冷缩后两种材料之间会出现相对滑移使二者的接合面存在空隙，将导致湿气从材料表面的破损处沿接合面的空隙进入腐蚀内部的钢材，降低护栏板的使用寿命，并造成安全隐患。并且上述塑钢护栏都是硬质护栏，或因塑钢易分离不能收卷和弯曲，造成运输和储存不便，且因护栏板长度有限，安装所需配件较多，使其安装繁琐。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种具有良好防护性能、减少维护、相对体积小成本低、材料之间具有良好相容性的热塑复合板。本实用新型的热塑防护板既具有相当的强度和刚度、又具有相当的缓冲性能，能达到较好的安全防护效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热塑复合板，是具有设定横向宽度、纵向连续延伸并收制成卷或切割成块的板材，所述热塑性复合板包括增强骨架，在所述增强骨架外包覆有热塑材料层。

所述的热塑复合板中，所述增强骨架与热塑材料层之间无间隙复合成一体结构。

所述的热塑复合板中，所述增强骨架在热塑复合板中的重量百分比为10％～90％。

所述的热塑复合板中，所述增强骨架选择拉伸强度高于热塑材料层10-150倍的至少一件型材纵向或/和横向排列而成。

所述的热塑复合板中，所述热塑材料层为复合在一起不分离的三层结构，由内到外依次为粘接附着在增强骨架上的结合层、抗冲击且无破碎的缓冲层和抗老化耐磨的防护层。

所述的热塑复合板中，所述结合层厚度为0.1～0.25mm。

所述的热塑复合板中，所述防护层厚度为0.8mm～10mm。

所述的热塑复合板中，所述缓冲层厚度是结合层和防护层各自的厚度的10-200倍。

本实用新型的热塑复合板主要用于制造安全护栏，需要负担能量吸收和非破断保护两种角色，通过变形来吸收碰撞能量，减轻对车辆和人员的伤害，改变车辆方向，最大限度地减少事故损失的同时，还要阻止车辆越出公路，不能破断。

要想不破断并防止车辆越出路外，必然要求护栏具有相当的力学强度和刚度，才能抵挡车辆的冲撞。而从保护乘客免受伤害或减轻伤害程度的角度考虑，希望护栏还要具有一定的柔韧性和缓冲性能。很显然，这两种功能要求是互相矛盾的。本实用新型热塑复合板的设计要旨，就在于创造性地满足两种互相矛盾的功能要求。

本实用新型采用增强骨架使得热塑复合板具有相当的力学强度和刚度，并且将增强骨架放置在热塑复合板的中心或偏置于相对远离作用过程的位置，增强骨架对复合板整体起到了支撑作用也使得复合板整体具有对抗碰撞的强度和刚度。而在增强骨架外采用了热塑材料层实现缓冲作用，并结合挤出成型结构和/或增强骨架的冷轧成型设计，在作用过程的初始阶段顺势逐步变形缓冲，在作用过程的变形结束阶段叠合抗冲击，使柔性和刚性在一个产品中创造性地在冲撞保护过程的不同阶段分别发挥其作用，制成的热塑复合板可以在纵向任意延伸，长度任意确定，能弯曲成卷，方便了运输和储存。较长的长度方便护栏安装，减少护栏连接件的使用。也可以将很长的热塑复合板切断制成块。

热塑复合板的热塑材料层具有三层一体的复合结构，这种结构具有较高的优越性能：首先，各层具有不同的功能，结合层的功能是用于将热塑材料层与增强骨架更好结合，使他们成为整体。缓冲层的功能是通过其韧性和弹性进行缓冲，在外力冲撞后只发生形变，不产生破碎，以免产生大量飞溅的破片，引发二次事故，并结合挤出成型结构和/或增强骨架的冷轧成型设计，在作用过程的初始阶段顺势逐步变形，延长车辆与护栏的接触时间，降低冲击峰值，从而可以保护车辆的人员，减少损失和伤害。防护层是整个复合板最外层结构，其主要功能是抗老化和耐磨，对其内部结构进行保护。

其次，热塑材料层与增强骨架是一体复合结构，一体复合结构是指各层之间牢固附着在一起成为一个整体不分离。一体结构的形成是依靠材料之间的结合力。结合层可在增强骨架表面上形成致密的、附着力强的一层结构，同时与缓冲层具有较好相容性，良好的相容性使得与增强骨架及中间的缓冲层均较强的结合能力，防护层与缓冲层也是具有良好相容性能，在制造过程中，热塑材料层与增强骨架之间采用多层共挤出或依次挤出包覆，并对增强骨架进行除油除锈等表面清洁和加热处理；各材料层之间的接合面不会因为结合力不足、表面杂质产生空隙，并可防止油脂加速制品的应力开裂，从而提高了热塑复合的可靠性和产品的使用寿命。其剥离强度较高，弯曲和热胀冷缩后不会产生材料层之间的相对滑移，使其能充分发挥热塑复合材料的优点，在使用和安装过程中具有较高的强度和韧性。在制造和冷轧成型过程中，材料层之间不易分离，便于收卷和弯曲，方便了运输、储存和安装，并可对包含增强骨架的热塑复合板进行二次冲孔和冷轧成型，使产品增强骨架上的冲孔处连续包覆热塑材料层。热塑复合板各部分之间不分离成为一个整体，大大增强了热塑复合板抗冲击和缓冲能力，提高了产品的性能。解决了现有技术中塑钢材料相容性不好的问题。

本实用新型的热塑复合板增强骨架主要采用弹性模量、拉伸强度远远大于热塑材料的型材，型材可以采用金属型材或其他有机和无机增强型材，例如钢带、钢丝、聚酯纤维、玻璃纤维、碳纤维等，这种材料具有的优点一是可以提高热塑复合板的强度，在大弹性模量和高拉伸强度增强骨架的作用下，热塑复合板可轻易达到相当的力学强度和刚度。用于制造道路安全护栏时，可以抵挡车辆的冲撞，防止车辆越出路外。二是同时具有甚至超出热塑材料结构护栏优良的抗冲击柔性，极强的防腐能力及适度的延长度方向的柔韧性等优点。三是原材料的消耗量显著减少，与全塑料结构的护栏相比，其材料成本不到全塑料结构护栏的三分之一，消耗的热塑材料不到全塑护栏的五分之一，使热塑复合板在达到较好的柔性和高强度的同时，非常显著地节约了原材料。四是在一个产品中创造性地满足了柔性和刚性两种互相矛盾的功能要求。在作用过程的初始阶段，通过热塑材料层较好的冲击柔性，结合热塑复合板的挤出成型结构和/或增强骨架的冷轧成型设计顺势逐步变形，实现缓冲作用，并能够通过挤出成型结构和/或增强骨架的顺势逐步变形倒伏避免护栏及其零部件刺穿车体，危及乘员。在作用过程的变形结束阶段，通过增强骨架的变形叠加、以及热塑材料的阻尼作用，具有较高的抗冲击强度和减震功能，能够防止车辆穿越护栏或倾覆于护栏上。在作用过程的结束阶段，由于热塑材料的表面摩擦系数较小，并结合热塑复合板的较高强度和减震功能，以及长距离一次性敷设，还有利于失控车辆以较小的角度沿护栏顺势导出，回到行驶车道。美国“AASHTO桥梁护栏指导规范”(1988)把护栏与车辆间的摩擦系数μ作为评价护栏能否顺滑地改变失控车辆方向的重要指标。

μ	评价
		0～0.25	优
0.26～0.35	好
		＞0.35	合格

本实用新型的热塑复合板的摩擦系数能达到0～0.35(如钢在PTFE树脂上滑动的摩擦系数为0.1，在PE树脂上滑动的摩擦系数为0.2，在PS树脂上滑动的摩擦系数为0.35等)，按照此标准，本实用新型能顺滑地改变失控车辆方向。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例热塑复合板的结构示意图；

图2是本实用新型实施例热塑复合板另一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

热塑材料层与增强骨架之间剥离强度的测试方法为：

a)将热塑材料层沿同一方向划开宽度为15mm-25mm、长120mm以上

的长条，划开时应划透热塑材料层与增强骨架之间的接合面，并撬起一端。

b)用材料试验机以小于等于12mm/min的速率垂直热塑材料层表面匀速拉起热塑材料层，记录测力计数值。将测定时记录的力值除以热塑材料层的剥离宽度，即为剥离强度，单位为N/cm。

如图1、2所示，一种热塑复合板，具有设定的横向宽度、纵向连续延伸并能通过收卷装置收制成卷的板材，即热塑性复合板根据现场安装要求，设定热塑复合板的宽度，通过连续生产得到不限定长度的超长板材，为了运输和储存方便，可以将热塑复合板卷成卷，铺设时再展开，并且在现场根据需要切断，得到一定长度的热塑复合板。热塑复合板在生产时也可以定长切断，得到一块一块的热塑复合板。

热塑复合板包括增强骨架4，在所述增强骨架4外包覆有热塑材料层，所述增强骨架4与热塑材料层复合成一体的复合板。在材料选择过程中，需要按照增强骨架与热塑材料层之间的剥离强度大于75N/cm(20℃±5℃)的条件进行选择，只有达到了这样的条件，才能生产出满足本实用新型要求的护栏板产品。

由于热塑复合板要具有相当的力学强度和刚度，由于需要在热塑复合板的整个板体中起到支撑、抗冲撞作用，因此，增强骨架4选择弹性模量大于热塑材料层的弹性模量、且拉伸强度远高于热塑材料层的型材，型材是指通过轧制、挤出、铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。所述增强骨架的拉伸强度与热塑材料层的拉伸强度之比为1∶10～1∶100，还可以选择拉伸强度之比高于1∶100，直至达到1∶150。优选增强骨架的拉伸强度大于120MPa的型材。本实用新型优选拉伸强度远大于热塑材料层的金属型材、有机增强型材和无机增强型材，使用时，可以单独使用一种型材，也可以将多种形状不同、材质不同的型材搭配在一起使用。金属型材可以选择具有一定宽度的钢带、钢丝，还可以是适宜厚度的型钢(如园型、方型、角钢、工字钢、槽钢等)、管钢(如园管、方管、异型管等)等或金属纤维(如硼纤维及铝、钛、钙等金属晶须等)，有机和无机增强型材包括无机纤维(如玻璃纤维、碳纤维、晶须、石英纤维、石墨纤维及陶瓷纤维等)或型材，有机纤维(如PAN纤维、聚乙烯纤维、PA纤维、PC纤维、PVA纤维及聚酯纤维等)或型材、优选便于连续生产的编织片状结构或绞股增强纤维。

所述增强骨架4为至少一件型材纵向或/和横向排列而成。选择片状结构的型材时，可以如图1所示，选择单独的一块型材作为增强骨架4，并且片状型材的宽度和长度与热塑复合板宽度和长度相适应，不能过窄、过短起不到支撑和抗冲击的作用。选择宽度较窄的分布单独条形的其他结构例如圆钢、钢丝、扁钢、窄钢带、增强纤维时，可以根据需要将型材平行、垂直、交叉、编织成片状、绞股等各种方式排布后形成增强骨架4。如图2所示，是将多根圆钢间隔平行排列形成增强骨架4。

所述热塑材料层为复合在一起不分离的三层结构，由内到外依次为用于与增强骨架4粘接在一起的结合层3、抗冲击且无破碎的缓冲层2和抗老化的防护层1，其中所述结合层3附着在增强骨架4上且与缓冲层2粘接成一体。

所述结合层3为与增强骨架4和缓冲层2的化学特性相容并相互粘结的粘合性树脂材料。结合层3所选用的粘合性树脂材料同时对增强骨架4和缓冲层2的高分子材料有粘结的作用，结合层3选材时同时考虑缓冲层2和增强骨架4的材料和性质，由于本实用新型增强骨架4的选材优选为金属型材或增强纤维型材，缓冲层2选择高分子材料中的热塑材料，则结合层3就选择对金属或增强纤维、热塑材料等多种材料均具有良好的粘接性能，且能与金属或增强纤维骨架、热塑材料的缓冲层2紧密粘接复合在一起的任何材料，对于单独一件型材的增强骨架4，结合层3就结合在该型材的外表面，如果选择多件型材排列组合形成的增强骨架4，则每个型材的裸露表面都附着有结合层3。

例如缓冲层2采用聚烯烃(PO)类材料，如聚丙烯(PP)与线性聚乙烯(LLDPE)共混、增强骨架4选择为钢带时，结合层3可以选用聚乙烯，也可以选用乙烯丙烯酸共聚物或其他与金属和聚烯烃类塑料完全相容的材料。

所述缓冲层2包覆所述结合层3外且由抗冲击无破碎的高分子材料制成，优选为热塑材料。缓冲层2抗冲击能力较强并具有弹性，优先解决在车辆碰撞下热塑复合板硬度过高和易破碎的问题。可按护栏的防撞等级并综合考虑经济成本，选择软而柔韧的基体树脂和适当加入高抗冲击树脂、橡胶弹性体、刚性填料以及发泡剂、阻燃剂制成。

所述防护层1为复合在缓冲层2外且具有抗老化性能的高分子材料制成。防护层1优先克服材料易老化、磨损的缺陷。在基础树脂材料中添加抗氧化剂、光稳定剂等抗老化材料，还可以添加抗菌剂、纳米自洁材料保持其卫生清洁，可以添加提高刚度及耐磨性的辅料。

防护层1的材料中还包含美观醒目的配色、以及光致发光材料。需要时，防护层1也可包含增强材料表面可印刷性的材料。

作为增强骨架4的材料不同，其拉伸强度不同，考虑到拉伸强度，所述增强骨架4在热塑复合板的重量百分比为10％～90％，拉伸强度高的材料，在热塑复合板中的含量少，拉伸强度低的材料，在热塑复合板中的含量高，但其选择优选在10％～90％范围内能做到既保持相当的刚性和强度又具有合适的柔韧性。结合层3的厚度选择主要和结合层所选用的材料、增强骨架的材料以及缓冲层的材料有关，不同材料选择不同。结合层3厚度优选为0.1～0.25mm，所述防护层1厚度为大于0.8mm，优选所述防护层厚度为0.8mm～10mm。防护层的厚度与热塑复合板大小、防护层材料的选择等各种条件有关，低于0.8mm不利于对缓冲层的保护，抗老化和耐磨性能也不易把握。所述缓冲层2厚度为远大于结合层3和防护层1的厚度，各种复合板中各层厚度主要取决于复合板的强度和抗冲击柔性、耐冲击破碎等功能要求和所用材料特性。

为了安装方便，有些热塑复合板需要通过安装孔来安装，这样就需要在热塑复合板上开设安装孔，安装孔的位置可以在热塑复合板的边缘、中部等多个需要固定的位置，安装孔位置根据实际需要设置。

热塑复合板的制造方法，包括以下步骤：

(1)、对连续输送的增强骨架表面弯曲进行整平处理、对增强骨架表面进行除油除锈处理。首先将收成卷状的作为增强骨架的型材连续展开，对连续输送的增强骨架表面弯曲进行整平处理，整平处理是采用辊压矫直的方式，将增强骨架表面弯曲进行矫直，如果采用金属型材，则需刮除金属型材棱边毛刺；整平处理前或处理后，需对增强骨架表面进行除油除锈处理，或者在整平处理前和处理后都对增强骨架表面进行除油除锈处理。除油除锈处理就是采用摩擦方式除去增强骨架表面锈蚀及其他沉积在增强骨架表面的杂质，并将摩擦掉落粘附的碎屑用高压气流清除，保持增强骨架表面清洁，防止油脂加速热塑复合制品的高分子材料应力开裂；

(2)、接着对增强骨架进行加热处理，将增强骨架从室温提升到与熔融的热塑材料温度接近，以利于结合层与增强骨架之间更好结合，并可促使微量粘附油脂的碳化和挥发。对于金属、以及可成为导体的其他极性材料，可采用高频感应加热的方式进行加热；对于非极性材料可采用热风、红外加热等直接加热的方式进行加热。所述增强骨架加热处理的温度优选为90℃-110℃；加热后对增强骨架表面涂覆粘合性树脂材料，粘合性树脂材料包括单组份材料和双组分材料两种，单组份材料是直接挤出涂敷在清洁并升温的增强骨架表面，或先通过水基涂料涂覆在清洁的增强骨架表面，并升温使溶剂挥发；双组分材料是首先将其中的底料喷涂在增强骨架表面，再涂覆双组分材料的面料，经空气降温固化，固化后形成热塑材料层中的结合层；优选所述结合层的厚度为0.1～0.25mm。

(3)、将附着有结合层的增强骨架输送置于成型模具中，成型模具的形状及其结构根据要制成的热塑复合板确定。并将热塑材料通过多层共挤出或依次挤出包覆在结合层外形成缓冲层和防护层，制得板材，其中可包括延缓冲击的挤出中空结构和/或沿作用方向增强的分布单条型材形成的外突结构；

(4)、将板材真空冷却定型或滚压冷却定型得到热塑复合板，真空冷却定

型或滚压冷却定型是常用的冷却方式，在此不再赘述。

得到的热塑复合板可以收卷储存，也可以定长切断收纳堆放。

上述制造方法是用于非冷轧成型，当增强骨架需要冷轧成型时，在上述步骤(1)和步骤(2)之间增加增强骨架的冷轧成型步骤。通过冷轧成型步骤将增强骨架冷轧制成预定形状，例如分布单条树形、波纹凸起以及延伸、边部的弯折、翻边、卷曲等。冷轧成型是一种常用的成型方式，在此不再赘述。

上述制造方法是用于热塑复合板无安装孔，通过连接件外箍固定。

当热塑复合板需要通过安装孔固定时，在上述步骤(1)之后增加将增强骨架一次冲孔步骤；在上述步骤(4)之后增加将包含增强骨架的热塑复合板二次冲孔、冷轧成型步骤。

增强骨架一次冲孔步骤是对应于需要固定安装的位置，例如：边缘、中部等，通过冲孔机进行冲孔。

一次冲孔后的增强骨架在包覆热塑材料层后，热塑材料层将一次冲孔后的安装孔包住，需要再次对热塑复合板进行二次冲孔，使产品增强骨架上的安装孔冲孔处连续在线加工包覆热塑材料层，并在冷轧成型后保证安装孔的形状、孔位置及以后的热塑复合板准确固定装配或搭接安装。

Claims (8)

1.一种热塑复合板，其特征在于，是具有设定横向宽度、纵向连续延伸并收制成卷或切割成块的板材，所述热塑性复合板包括增强骨架，在所述增强骨架外包覆有热塑材料层。

2.根据权利要求1所述的热塑复合板，其特征在于，所述增强骨架与热塑材料层之间无间隙复合成一体结构。

3.根据权利要求1所述的热塑复合板，其特征在于，所述增强骨架在热塑复合板中的重量百分比为10％～90％。

4.根据权利要求1所述的热塑复合板，其特征在于，所述增强骨架选择拉伸强度高于热塑材料层10-150倍的至少一件型材纵向或/和横向排列而成。

5.根据权利要求1所述的热塑复合板，其特征在于，所述热塑材料层为复合在一起不分离的三层结构，由内到外依次为粘接附着在增强骨架上的结合层、抗冲击且无破碎的缓冲层和抗老化耐磨的防护层。

6.根据权利要求5所述的热塑复合板，其特征在于，所述结合层厚度为0.1～0.25mm。

7.根据权利要求5所述的热塑复合板，其特征在于，所述防护层厚度为0.8mm～10mm。

8.根据权利要求5所述的热塑复合板，其特征在于，所述缓冲层厚度是结合层和防护层各自的厚度的10-200倍。

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