CN203977335U - 一种超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏，主要用于公路路测安全防护。由立柱、抱箍、护栏板、吸能衬板、螺栓组成，抱箍抱合于立柱上，立柱通过螺栓连接于吸能衬板的中心位置上，护栏板两端分别设置若干螺栓孔，吸能衬板两端分别设置若干螺栓孔，护栏板通过螺栓连接于吸能衬板两端。所述的护栏板和吸能衬板采用超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料制成，该超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料由超高分子量聚乙烯材料作为基体，在基体中混杂加入碳纤维。应用证明：当汽车车身的作用力作用于护栏板上时，通过护栏板及连接衬板自身超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料优异的吸能效果和抗冲击性能，将车身作用力转换为势能和内能，使冲击力得到释放，起到了很好的消能吸能效果，进而达到保护交通工具和乘员安全的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏，主要用于公路路测安全防护，属于公路安全防护设施领域。
背景技术
传统公路波形护栏由立柱和Q235碳钢波形护栏板组成，受限于结构和材料，传统公路波形护栏存在以下难以克服的缺点：（1）汽车与传统公路护栏发生碰撞时，因为护栏钢板的变形驰豫时间较短，加速度较大，对车辆和乘客的冲击伤害较大；（2）传统公路栏板笨重，生产、运输、安装均不方便；（3）传统公路护栏容易锈蚀，护栏镀锌费用较高，保养和维护工作量大；（4）传统公路护栏主要采用热浸镀锌技术进行防腐，环境污染严重。
同时，采用超高分子量聚乙烯材料制造公路护栏，黏结性差、蠕变明显，且抗冲击强度不足，难以单独作为公路护栏材料使用，如申请号为：200510117288.1，名称为“一种超高分子量聚乙烯公路护栏材料及其制造方法”。采用碳纤维材料虽然抗冲击强度高，具有较好的黏结性和抗蠕变性，但耐疲劳性和韧性不佳，且价格昂贵。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有公路护栏的不足，提供一种超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏，该公路护栏具有抗冲击性强，重量相对轻、视线诱导性强，安全可靠，稳定性高，节能环保，有效减少道路交通事故人员伤亡和财产损失。
本实用新型超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏目的是通过下列结构完成的：公路护栏由立柱（4）、抱箍（5）、护栏板（1）、吸能衬板（3）、螺栓（6）组成，抱箍（5）抱合于立柱（4）上，立柱（4）通过螺栓（6）连接于吸能衬板（3）的中心位置上，护栏板（1）两端分别设置若干螺栓孔（2），吸能衬板（3）两端分别设置若干螺栓孔（2），护栏板（1）通过螺栓（6）连接于吸能衬板（3）两端。
所述吸能衬板（3）呈Ω形或凸形；所述护栏板1呈弓形。
所述护栏板（1）和吸能衬板（3）采用超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料制成，该超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料由超高分子量聚乙烯材料作为基体，在基体中混杂加入碳纤维。
所述超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料中，超高分子量聚乙烯和碳纤维的组分为：分子量为250万以上的超高分子量聚乙烯体积百分比为50%～80%、碳纤维体积百分比为20%～50%。
工作原理：当汽车车身碰撞公路护栏中护栏板位置时，通过护栏板1和连接衬板3自身超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料优异的吸能效果和抗冲击性能，将车身作用力点的部份冲击力能量转换为势能和内能，让冲击力部份得到释放，从而起到很好的消能吸能效果，达到保护汽车和乘员安全的发明目的。
本实用新型具有低能耗、低污染，黏结性和抗蠕变性良好，韧性强，兼具高抗拉强度、高断裂伸长率，具有良好吸能效果和较高变形驰豫性能，视线诱导性强、安全可靠的新型公路护栏具有重大现实意义和经济价值。
附图说明
图1为本实用新型超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料弓形护栏板俯视图。
图2 为图1所示超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料弓形护栏板的A-A方向剖面图。
图3 为本实用新型超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料吸能衬板的俯视图。
图4 为图3所示超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料吸能衬板B-B方向剖面图。
图5 为本实用新型超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏使用状态示意图。
图6为普通（传统）碳钢波形护栏的能量趋势图。
图7为本实用新型复合材料弓形护栏的能量趋势图。
图中，1为护栏板，2为螺纹孔，3为吸能衬板，4为立柱，5为抱箍、6为螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细说明。
由立柱、抱箍、护栏板、吸能衬板、螺栓构成超高分子超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏，其中抱箍抱合于立柱上，立柱通过螺栓连接于吸能衬板的中心位置上，护栏板两端分别设置若干螺栓孔，吸能衬板两端分别设置若干螺栓孔，护栏板通过螺栓连接于吸能衬板两端。
所述护栏板和吸能衬板都采用超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料制成，所述吸能衬板（3）呈凸形。该超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料由超高分子量聚乙烯材料作为基体，在基体中混杂加入碳纤维。
所述的超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料中，超高分子量聚乙烯和碳纤维的组分为：分子量为250万以上的超高分子量聚乙烯体积百分比为50%～80%、碳纤维体积百分比为20%～50%。
实施例1：
如图5所示，包括立柱4、抱箍5、弓形的护栏板1、吸能衬板3、螺栓6组成超高分子超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏，抱箍5抱合于立柱4上，立柱4通过螺栓6连接于吸能衬板3的中心位置上，弓形的护栏板1两端分别设置六个螺栓孔2，吸能衬板3两端分别设置六个螺栓孔2，两块弓形护栏板1通过螺栓6连接于吸能衬板3两端。
上述弓形的护栏板1和吸能衬板3都采用超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料制成，该超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料由超高分子量聚乙烯材料作为基体，在基体中混杂加入碳纤维，超高分子量聚乙烯和碳纤维的组分为：分子量为250万以上的超高分子量聚乙烯体积百分比为50%、碳纤维体积百分比为50%。
弓形的护栏板1长度为200厘米，宽度为31厘米，最大高度为15厘米；为了使两块弓形护栏板1之间连接紧密，并能起到很好的消能缓冲作用，将连接用的吸能衬板3制做成Ω形。
实施例2：
超高分子超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏，与实施例1基本相同，不同之处是，弓形的护栏板1两端分别设置四个螺栓孔2，吸能衬板3两端分别设置四个螺栓孔2，弓形护栏板1和吸能衬板3采用超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料制成，该超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料由超高分子量聚乙烯材料作为基体，在基体中混杂加入碳纤维，超高分子量聚乙烯和碳纤维的组分为：分子量为250万以上的超高分子量聚乙烯体积百分比为80%、碳纤维体积百分比为20%。
实施例3：
超高分子超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏，与实施例1基本相同，不同之处在于，弓形护栏板1两端分别设置八个螺栓孔2，吸能衬板3两端分别设置八个螺栓孔2，弓形的护栏板1和吸能衬板3采用超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料制成，该超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料由超高分子量聚乙烯材料作为基体，在基体中混杂加入碳纤维，超高分子量聚乙烯和碳纤维的组分为：分子量为250万以上的超高分子量聚乙烯体积百分比为70%、碳纤维体积百分比为30%。
依照《高速公路护栏安全性能评价标准》（JTG/T F83-01-2004）碰撞条件，以1.5吨整备质量小型轿车，100公里/小时，20°碰撞角度分别对传统的公路Q235碳钢波形梁护栏和本实用新型超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料弓形梁护栏板进行碰撞测试得出以下几种主要能量趋势图，见图6和图7。
由于碰撞条件一致性，从图6和图7可知，初始总能量为5.74e+8均来源于车辆碰撞时的动能，碰撞开始后，由于碳钢的弹塑性特质和延展率限制，由图6可以看出动能的衰减明显经历了两个阶段： 碰撞0-0.227秒为弹性形变，0.227秒之后为塑性形变，进入塑性形变后，抗冲击力和吸能效果减弱；但由于复合材料的弹粘性特质和高延展率。由图7可以看出动能的衰减始终保持较好的平缓性和持续性，没有出现碳钢的拐点。
抗冲击和吸能效果如下表：
由表可知，在0.227s之前碳钢属于弹性形变，内能的转换效果和复合材料相当，但由于复合材料的特性，吸收了更多的滑动界面能，所以动能的消耗比碳钢材料更多；0.227-0.357s之间碳钢进入塑性形变，抗冲击、吸能效果明显减弱，导致动能消耗减小，而复合材料在内能转化和滑动界面能的吸收上优于碳钢材料，使动能得到持续消耗，在0.357s时已趋于平稳；0.357s后，复合材料能量变化不大，碳钢材料还有一定的变化，但在动能的消耗上未及复合材料消耗的多，这主要得益于复合材料在滑动界面能上的消耗；最后，由于复合材料的弹粘性特质和较高的抗拉强度，在碰撞位移形变上，比碳钢材料减少了1/5的形变位移。
传统的公路波形梁护栏主要采用Q235碳钢制造，其密度为7.85g/cm3，屈服强度为235MPa，弹性模量为200GPa，抗拉强度约为370MPa，断裂伸长率在22左右。
本实用新型超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏密度范围为：1.12～1.24g/cm3，抗拉强度达到4053MPa，弹性模量为210GPa，断裂延伸率范围为：50%～150%。
与其他复合材料相比，本实用新型作为公路护栏具有抗冲击性更强，吸能效果更好，且耐化学腐蚀，绿色环保，可重复利用，且规模化生产后其造价与传统波形护栏价格相当。
Claims (1)
1.一种超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料公路护栏，其特征在于：公路护栏由立柱（4）、抱箍（5）、护栏板（1）、吸能衬板（3）、螺栓（6）组成，抱箍（5）抱合于立柱（4）上，立柱（4）通过螺栓（6）连接于吸能衬板（3）的中心位置上，护栏板（1）两端分别设置若干螺栓孔（2），吸能衬板（3）两端分别设置若干螺栓孔（2），护栏板（1）通过螺栓（6）连接于吸能衬板（3）两端；
所述吸能衬板（3）呈Ω形、凸形；
所述护栏板（1）呈弓形；
所述护栏板（1）和吸能衬板（3）采用超高分子量聚乙烯碳纤维复合材料制成。
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| CN106149593A (zh) * | 2015-03-30 | 2016-11-23 | 上海仪耐新材料科技有限公司 | 一种新型复合材料高速公路防撞护栏 |
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