一種超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄，主要用于公路路測(cè)安全防護(hù)。由立柱、抱箍、護(hù)欄板、吸能襯板、螺栓組成，抱箍抱合于立柱上，立柱通過螺栓連接于吸能襯板的中心位置上，護(hù)欄板兩端分別設(shè)置若干螺栓孔，吸能襯板兩端分別設(shè)置若干螺栓孔，護(hù)欄板通過螺栓連接于吸能襯板兩端。所述的護(hù)欄板和吸能襯板采用超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料制成，該超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料由超高分子量聚乙烯材料作為基體，在基體中混雜加入碳纖維。應(yīng)用證明：當(dāng)汽車車身的作用力作用于護(hù)欄板上時(shí)，通過護(hù)欄板及連接襯板自身超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料優(yōu)異的吸能效果和抗沖擊性能，將車身作用力轉(zhuǎn)換為勢(shì)能和內(nèi)能，使沖擊力得到釋放，起到了很好的消能吸能效果，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)交通工具和乘員安全的目的。
【專利說明】一種超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄，主要用于公路路測(cè)安全防護(hù)，屬于公路安全防護(hù)設(shè)施領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)公路波形護(hù)欄由立柱和Q235碳鋼波形護(hù)欄板組成，受限于結(jié)構(gòu)和材料，傳統(tǒng)公路波形護(hù)欄存在以下難以克服的缺點(diǎn):(I)汽車與傳統(tǒng)公路護(hù)欄發(fā)生碰撞時(shí)，因?yàn)樽o(hù)欄鋼板的變形馳豫時(shí)間較短，加速度較大，對(duì)車輛和乘客的沖擊傷害較大；(2)傳統(tǒng)公路欄板笨重，生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝均不方便；(3)傳統(tǒng)公路護(hù)欄容易銹蝕，護(hù)欄鍍鋅費(fèi)用較高，保養(yǎng)和維護(hù)工作量大；(4)傳統(tǒng)公路護(hù)欄主要采用熱浸鍍鋅技術(shù)進(jìn)行防腐，環(huán)境污染嚴(yán)重。
[0003]同時(shí)，采用超高分子量聚乙烯材料制造公路護(hù)欄，黏結(jié)性差、蠕變明顯，且抗沖擊強(qiáng)度不足，難以單獨(dú)作為公路護(hù)欄材料使用，如申請(qǐng)?zhí)枮?200510117288.1，名稱為“一種超高分子量聚乙烯公路護(hù)欄材料及其制造方法”。采用碳纖維材料雖然抗沖擊強(qiáng)度高，具有較好的黏結(jié)性和抗蠕變性，但耐疲勞性和韌性不佳，且價(jià)格昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有公路護(hù)欄的不足，提供一種超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄，該公路護(hù)欄具有抗沖擊性強(qiáng)，重量相對(duì)輕、視線誘導(dǎo)性強(qiáng)，安全可靠，穩(wěn)定性高，節(jié)能環(huán)保，有效減少道路交通事故人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
[0005]本發(fā)明超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄目的是通過下列結(jié)構(gòu)完成的:公路護(hù)欄由立柱(4 )、抱箍(5 )、護(hù)欄板(I)、吸能襯板(3 )、螺栓(6 )組成,抱箍(5 )抱合于立柱(4)上，立柱(4)通過螺栓(6)連接于吸能襯板(3)的中心位置上，護(hù)欄板(I)兩端分別設(shè)置若干螺栓孔(2)，吸能襯板(3)兩端分別設(shè)置若干螺栓孔(2)，護(hù)欄板(I)通過螺栓(6)連接于吸能襯板(3)兩端。
[0006]所述吸能襯板(3)呈Ω形或凸形；所述護(hù)欄板I呈弓形。
[0007]所述護(hù)欄板(I)和吸能襯板(3)采用超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料制成，該超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料由超高分子量聚乙烯材料作為基體，在基體中混雜加入碳纖維。
[0008]所述超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料中，超高分子量聚乙烯和碳纖維的組分為:分子量為250萬以上的超高分子量聚乙烯體積百分比為50%?80%、碳纖維體積百分比為 20% ?50%ο
[0009]工作原理:當(dāng)汽車車身碰撞公路護(hù)欄中護(hù)欄板位置時(shí)，通過護(hù)欄板I和連接襯板3自身超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料優(yōu)異的吸能效果和抗沖擊性能，將車身作用力點(diǎn)的部份沖擊力能量轉(zhuǎn)換為勢(shì)能和內(nèi)能，讓沖擊力部份得到釋放，從而起到很好的消能吸能效果，達(dá)到保護(hù)汽車和乘員安全的發(fā)明目的。
[0010]本發(fā)明具有低能耗、低污染，黏結(jié)性和抗蠕變性良好，韌性強(qiáng)，兼具高抗拉強(qiáng)度、高斷裂伸長(zhǎng)率，具有良好吸能效果和較高變形馳豫性能，視線誘導(dǎo)性強(qiáng)、安全可靠的新型公路護(hù)欄具有重大現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料弓形護(hù)欄板俯視圖。
[0012]圖2為圖1所示超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料弓形護(hù)欄板的A-A方向剖面圖。
[0013]圖3為本發(fā)明超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料吸能襯板的俯視圖。
[0014]圖4為圖3所示超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料吸能襯板B-B方向剖面圖。
[0015]圖5為本發(fā)明超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄使用狀態(tài)示意圖。
[0016]圖6為普通(傳統(tǒng))碳鋼波形護(hù)欄的能量趨勢(shì)圖。
[0017]圖7為本發(fā)明復(fù)合材料弓形護(hù)欄的能量趨勢(shì)圖。
[0018]圖中，I為護(hù)欄板,2為螺紋孔,3為吸能襯板,4為立柱,5為抱箍、6為螺栓。【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0020]由立柱、抱箍、護(hù)欄板、吸能襯板、螺栓構(gòu)成超高分子超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄，其中抱箍抱合于立柱上，立柱通過螺栓連接于吸能襯板的中心位置上，護(hù)欄板兩端分別設(shè)置若干螺栓孔，吸能襯板兩端分別設(shè)置若干螺栓孔，護(hù)欄板通過螺栓連接于吸能襯板兩端。`
[0021]所述護(hù)欄板和吸能襯板都采用超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料制成，所述吸能襯板(3)呈凸形。該超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料由超高分子量聚乙烯材料作為基體，在基體中混雜加入碳纖維。
[0022]所述的超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料中，超高分子量聚乙烯和碳纖維的組分為:分子量為250萬以上的超高分子量聚乙烯體積百分比為50%~80%、碳纖維體積百分比為 20% ~50%ο
[0023]實(shí)施例1:
如圖5所示，包括立柱4、抱箍5、弓形的護(hù)欄板1、吸能襯板3、螺栓6組成超高分子超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄，抱箍5抱合于立柱4上，立柱4通過螺栓6連接于吸能襯板3的中心位置上，弓形的護(hù)欄板I兩端分別設(shè)置六個(gè)螺栓孔2，吸能襯板3兩端分別設(shè)置六個(gè)螺栓孔2，兩塊弓形護(hù)欄板I通過螺栓6連接于吸能襯板3兩端。
[0024]上述弓形的護(hù)欄板I和吸能襯板3都采用超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料制成，該超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料由超高分子量聚乙烯材料作為基體，在基體中混雜加入碳纖維，超高分子量聚乙烯和碳纖維的組分為:分子量為250萬以上的超高分子量聚乙烯體積百分比為50%、碳纖維體積百分比為50%。
[0025]弓形的護(hù)欄板I長(zhǎng)度為200厘米，寬度為31厘米，最大高度為15厘米；為了使兩塊弓形護(hù)欄板I之間連接緊密，并能起到很好的消能緩沖作用，將連接用的吸能襯板3制做成Ω形。
[0026]實(shí)施例2: 超高分子超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄，與實(shí)施例1基本相同，不同之處是，弓形的護(hù)欄板I兩端分別設(shè)置四個(gè)螺栓孔2，吸能襯板3兩端分別設(shè)置四個(gè)螺栓孔2，弓形護(hù)欄板I和吸能襯板3采用超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料制成，該超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料由超高分子量聚乙烯材料作為基體，在基體中混雜加入碳纖維，超高分子量聚乙烯和碳纖維的組分為:分子量為250萬以上的超高分子量聚乙烯體積百分比為80%、碳纖維體積百分比為20%。
[0027]實(shí)施例3:
超高分子超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄，與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于，弓形護(hù)欄板I兩端分別設(shè)置八個(gè)螺栓孔2，吸能襯板3兩端分別設(shè)置八個(gè)螺栓孔2，弓形的護(hù)欄板I和吸能襯板3采用超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料制成，該超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料由超高分子量聚乙烯材料作為基體，在基體中混雜加入碳纖維，超高分子量聚乙烯和碳纖維的組分為:分子量為250萬以上的超高分子量聚乙烯體積百分比為70%、碳纖維體積百分比為30%。
[0028]依照《高速公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T F83-01-2004)碰撞條件，以1.5噸整備質(zhì)量小型轎車，100公里/小時(shí)，20°碰撞角度分別對(duì)傳統(tǒng)的公路Q235碳鋼波形梁護(hù)欄和本發(fā)明超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料弓形梁護(hù)欄板進(jìn)行碰撞測(cè)試得出以下幾種主要能量趨勢(shì)圖，見圖6和圖7。
[0029]由于碰撞條件一致性，從圖6和圖7可知,初始總能量為5.74e+8均來源于車輛碰撞時(shí)的動(dòng)能，碰撞開始后，由于碳鋼的彈塑性特質(zhì)和延展率限制，由圖6可以看出動(dòng)能的衰
減明顯經(jīng)歷了兩個(gè)階段:1.碰撞0-0.227秒為彈性形變，f 0.227秒之后為塑性形變，進(jìn)
入塑性形變后，抗沖擊力和吸能效果減弱；但由于復(fù)合材料的彈粘性特質(zhì)和高延展率。由圖7可以看出動(dòng)能的衰減始終保持較好的平緩性和持續(xù)性，沒有出現(xiàn)碳鋼的拐點(diǎn)。
[0030]抗沖擊和吸能效果如下表:
【權(quán)利要求】
1.一種超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄，其特征在于:公路護(hù)欄由立柱(4)、抱箍(5)、護(hù)欄板(I)、吸能襯板(3)、螺栓(6)組成,抱箍(5)抱合于立柱(4)上,立柱(4)通過螺栓(6)連接于吸能襯板(3)的中心位置上，護(hù)欄板(I)兩端分別設(shè)置若干螺栓孔(2)，吸能襯板(3)兩端分別設(shè)置若干螺栓孔(2)，護(hù)欄板(I)通過螺栓(6)連接于吸能襯板(3 )兩立而。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄，其特征在于:所述吸能襯板(3)呈Ω形、凸形；所述護(hù)欄板I呈弓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄，其特征在于:所述護(hù)欄板(I)和吸能襯板(3)采用超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料制成，該超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料由超高分子量聚乙烯材料作為基體，在基體中混雜加入碳纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料公路護(hù)欄，其特征在于:所述的超高分子量聚乙烯碳纖維復(fù)合材料中，超高分子量聚乙烯和碳纖維的組分為:分子量為250萬以上的超高分子量聚乙烯體積百分比為50%?80%、碳纖維體積百分比為20%?50%。
【文檔編號(hào)】E01F15/04GK103498435SQ201310503490
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】陳勤彥, 歐陽學(xué)兵, 李志中, 楊敏, 尹向陽, 王曉安, 何磊, 莊國(guó)成, 楊圣文, 張曉哲, 李可, 劉文疆, 高秀卿, 桑東, 王勁惠 申請(qǐng)人:云南省交通科學(xué)研究所