一种轻量化复合材料人防工程密闭门及制备方法与流程

1.本发明涉及人防工程技术领域，具体涉及一种轻量化复合材料人防工程密闭门及制备方法。


背景技术：

2.人民防护工程是防备敌人突然袭击，能够有效掩蔽人员和物资，保存实力的重要设施。人防门作为人民防护工程的出入口，具有防火、防烟、防水和抗爆炸等功能。在和平年代，人们长期不使用人防门，人防门的局部结构会出现老化、性能下降的问题；战时使用时，人防门局部结构被破坏，导致人防门的整体性能下降，降低人防门的可靠性。人防门的结构强度和抗力性能通常由人防门门扇、闭锁机构、铰页机构、门框等的设计强度和可靠性决定。
3.随着国家经济和人民防空工程的建设发展，在城市新建民用建筑方面，按照国家有关规定需要修建大量防空地下室，随之而来的是，人防工程的防护设备使用量剧增。传统的人防工程防护门主要有钢结构和钢筋混凝土两种形式，具有粗、重、厚、大等特点，由于其结构自身重量大，造成战时响应差，安装、维护和使用不方便，同时也给建设、抢修及维修工作带来巨大困难，除此之外后期的维护费用也较高。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题
5.本发明提供一种轻量化复合材料人防工程密闭门及制备方法，以解决现有的人防门重量大、运输和安装费用昂贵、使用便捷性差、易锈蚀等问题。
6.为解决技术问题本发明采用的技术方案
7.一种轻量化复合材料人防工程密闭门，包括：
8.复合材料面板单元，由短切玻璃纤维增强相、树脂基体和空心玻璃微珠组成，通过模压成型工艺制得标准面板；
9.复合材料纵向承载梁单元，是由拉挤成型工艺制备的连续玻璃纤维增强树脂基复合材料方管型材，承受纵向载荷；
10.复合材料横向承载梁单元，由拉挤成型复合材料型材预制件、玻璃纤维布和树脂通过模压成型工艺制备而成，承受横向载荷；
11.复合材料型材边框，是由拉挤成型工艺制备的连续玻璃纤维增强树脂基复合材料工字梁型材，承受人防门自身重力载荷，左侧工字梁型材边框，通过铰页与门框连接，内衬为编织拉挤复合材料型材起补强作用；
12.复合材料边框扣板，为封闭工字梁边框外侧空间，不承受载荷；
13.金属件，包括螺栓、螺母紧固件及铰页，安装固定人防工程密闭门。
14.进一步地，所述树脂基体为环氧树脂、不饱和聚酯或聚氨酯等热固性及热塑性树脂。
15.进一步地，所述人防工程密闭门的前、后面板由多块标准面板拼接构成。
16.进一步地，面板采用聚磷酸铵、磷杂菲类阻燃剂及环氧树脂硅化等方法对环氧树脂进行阻燃改性，以提高轻量化复合材料人防门的阻燃特性。
17.进一步地，所述复合材料型材边框的上边框装有吊耳，便于复合材料人防门吊装。
18.一种轻量化复合材料人防工程密闭门的制备方法，操作步骤如下：
19.s1：工字梁与内衬通过结构胶粘结之后，在80℃固化5h后，进行机加打磨；
20.s2：将上、下、左三边的边框和包脚板通过螺栓及结构胶连接，边框和铰页通过螺栓和结构胶连接；
21.s3：从右侧依次将纵向承载梁单元及固定块分别嵌入边框中，纵向承载梁之间的相对位置由固定块来定位，紧接着由螺栓和结构胶连接右边框；
22.s4：将横向承载梁固定于边框中间，再将上面板粘接于横向承载梁及边框上；
23.s5：重复同样的操作将横向承载梁固定于边框中间，再将下面板粘接于横向承载梁及边框上；
24.s6：门扇组装完成后，80℃固化5h；
25.s7：安装金属零部件，并完成与门框连接。
26.进一步地，人防工程防护密闭门的玻璃纤维可替换为碳纤维或玄武岩纤维等。
27.进一步地，所述密闭门组装采用“榫槽 粘接 螺栓联接”模式组装整体成型。
28.进一步地，所述内衬设计为槽钢型结构主要起补强作用，材料为玻璃纤维增强树脂基复合材料，具有较高的强度。
29.针对本发明要解决的技术问题获得的有益效果
30.1.本发明提出以纤维增强树脂基复合材料作为基础材料，采用可快速组装的设计思路，通过有限元模拟仿真对人防门结构进行设计，并结合有限元仿真分析的方法对人防门结构进行优化；
31.2.本发明利用复合材料模压成型及拉挤成型技术，将人防门拆分为若干模块，并通过计算机模拟仿真技术对模块尺寸及模块连接方式进行设计，实现可快速组装人防门的目的；
32.3.本发明结合纤维拉挤和编织拉挤成型工艺技术，最大限度的发挥增强纤维材料性能，同时大大提高产品生产效率，降低生产过程成本；
33.4.本发明采用玻璃纤维为增强相，环氧树脂或聚酯树脂为树脂基体，空心玻璃微珠为填充剂，用以提高复合材料面板硬度及降低材料密度等作用；
34.5.本发明采用添加环保无卤阻燃剂，如聚磷酸铵、磷杂菲类阻燃剂，或通过环氧树脂硅化的方法对环氧树脂进行改性，改善纤维增强复合材料面板面层的阻燃特性；
35.6.本发明经材料性能的测试和复合材料人防门的快速组装与考核，与国内同类轻量化产品相比，这种复合材料的人防门重量减重50％，材料性能提高2倍，生产效率提高50％，具有良好的产品性能与成本优势。
附图说明
36.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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。在附图中：
37.图1：可快速组装的复合材料人防门整体结构示意图；
38.图2：可快速组装的复合材料人防门右视结构示意图；
39.图3：可快速组装的复合材料人防门仰视结构示意图；
40.其中：1-左扣板，2-边框，3-编织梁，4-纵向支撑梁，5-固定块，6-右扣板，7-闭锁，8-铰页，9-下扣板，10-下面板，11-上扣板，12-吊耳，13-横向承载梁，14-下面板。
具体实施方式
41.根据轻量化、低成本和具备批量化生产的要求，本发明提出以纤维增强树脂基复合材料作为基础材料，采用可快速组装的设计思路，通过有限元模拟仿真对人防门结构进行设计，并结合有限元仿真分析的方法，并对人防门结构进行优化。基于高效批量化生产的工艺需求，确定了采用纤维拉挤、纤维编织拉挤和模压成型作为产品主要部件的生产工艺。快速成型的拉挤复合材料型材零部件主要包括复合材料纵向承载梁、复合材料横向承载梁及复合材料型材边框，少量的纤维增强树脂基复合材料面板，包括上面板和下面板，以及闭锁、铰页等金属件和螺栓、螺母紧固件组成。轻量化复合材料人防门由以上各部件通过“榫接 粘接”及螺栓连接的方式拼装而成。
42.为使本发明所提出的技术方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图，对本发明所提出的技术方案的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
43.如图1-3所示，本发明一种轻量化复合材料人防工程防护密闭门是由6个模块单元拼装组成，主要包括以下模块单元：
44.复合材料面板单元，是由短切玻璃纤维增强相、阻燃改性环氧树脂基体和空心玻璃微珠和耐磨填料组成，通过模压成型制备大尺寸、厚度可控的复合材料人防门面板，主要起到阻燃、耐磨损和耐磕碰的作用。其中上、下面板分别由三块标准面板拼接构成。
45.复合材料纵向承载梁单元，纵向承载梁单元设计拉挤成型复合材料方管型材，材料体系为连续玻璃纤维增强树脂基复合材料，主要承受纵向载荷。纵向承载梁由拉挤方管构成，所有模块单元最大设计重量不超过25公斤，便于产品组装成型。产品组装采用“榫槽 粘接 螺栓联接”模式组装整体成型。
46.复合材料横向承载梁单元，横向承载梁单元设计为拉挤成型复合材料板材预制件 短纤维 树脂模压成型结构，主要承受横向载荷。
47.复合材料型材边框，包括上、下、左、右及内衬，边框设计为拉挤成型复合材料工字梁型材，材料体系为连续玻璃纤维增强树脂基复合材料。型材边框主要承受人防门自身重力载荷。其中，左侧工字梁型材边框，通过铰页与门框连接，是与门框连接时主要的承载件。内衬设计为槽钢型结构主要起补强作用，提高边框的横向承载能力，材料为玻璃纤维编织树脂基复合材料，具有较高的模量。上边框装有吊耳，便于复合材料人防门吊装。
48.复合材料边框扣板，扣板主要功能为封闭边框工字梁空间，本身不承受载荷。
49.闭锁、铰页等金属件和螺栓、螺母紧固件，闭锁采用明锁，方便安装。
50.其中：复合材料人防门板采用的树脂基体不仅限于环氧树脂，也可采用不饱和聚
酯、聚氨酯等热固性及热塑性树脂基体；
51.制作人防门的玻璃纤维不限于具体型号，也可采用其他种类纤维，如碳纤维、玄武岩纤维等。
52.一种轻量化复合材料人防工程防护密闭门的装配步骤：
53.复合材料人防门各模块单元间的组装方案大体分为三步：复合材料框架拼接、复合材料横向承载梁及面板的拼接、门扇与闭锁及铰页的连接。具体操作步骤如下：
54.s1：工字梁与内衬通过结构胶粘结之后，在80℃固化5h，之后进行机加打磨；
55.s2：将上、下、左三边的边框和包脚板通过螺栓及结构胶连接，边框和铰页通过螺栓及结构胶连接；
56.s3：从右侧依次将纵向承载梁单元，包括编织梁、固定块及纵向支撑梁分别嵌入边框中，纵向承载梁之间的相对位置由固定块来定位，紧接着由螺栓和结构胶连接右边框；
57.s4：将横向承载梁固定于边框中间，再将上面板粘接于横向承载梁及边框上；
58.s5：重复同样的操作将横向承载梁固定于边框中间，再将下面板粘接于横向承载梁及边框上；
59.s6：门扇组装完成后，80℃固化5h；
60.s7：安装金属零部件，并完成与门框连接。
61.本发明涉及一种轻量化复合材料人防工程防护密闭门及制备工艺。采用低密度环氧树脂作为基体，添加阻燃剂及环氧树脂硅化等途径提高材料阻燃性，以高强度、高模量纤维作为增强相，提高复合材料力学性能。此外，通过机械设计和模拟仿真的途径，对纤维增强复合材料人防门的结构进行设计与优化，在满足材料性能的前提下，实现纤维增强复合材料人防门可组装、便携等功能。基于短切纤维smc工艺产品和基于rtm工艺的连续纤维铺层 树脂灌注工艺产品，与国内近年来开发的轻量化产品相比，虽然两类工艺产品都实现了轻量化，但存在产品生产工艺周期长、生产过程复杂和材料性能发挥不高的问题，而本发明在最大限度的发挥增强纤维材料性能的同时，降低生产过程成本，大大提高产品生产效率。因此，在保证人防门的结构强度基础上，设计一种轻量化复合材料人防工程防护密闭门，提高人防门的安装与维护便捷性，具有重要的现实意义。
62.按照gb/t1446-2005、gb/t1451、gb/t1462、gb/t1463、rfj 04-2009等标准方法，本发明已经开展相关材料性能测试与分析，其性能均满足人防门的材料性能要求，验证了成型工艺方法的可行性。在此基础上，成功制备了规格为1220(5)(单扇，门孔尺寸为1200mm*2000mm，防护等级为5级)人防门。其作为典型工程研制样件开展了相关结构的设计技术研究、结构载荷仿真等工作，还进行了人防门的试制，开展相关试验研究和鉴定试验工作。结果表明该人防门1220(5)达到了通用人防工程领域(含地下轨道交通设施)定的5级防护门标准，证明本发明中人防门1220(5)的可快速组装设计和制备技术可行，质量可控和可靠。
63.本项目产品所用复合材料性能测试结果如表1所示。
64.表1复合材料人防门材料性能对比分析
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