夹芯式复合结构及夹芯式复合轨枕的制作方法

本公开涉及复合结构领域，具体涉及一种夹芯式复合结构及夹芯式复合轨枕。
背景技术：
：目前，纤维增强聚氨酯合成轨枕在钢衍桥、重载铁路、普通铁路、轻轨地铁等领域得到越来越多的应用，尤其是2019年，中国铁路总公司颁布了《铁路钢梁桥用复合材料桥枕》的暂行技术条件，更进一步推动了复合材料轨枕在钢梁桥上的应用。但是，在复合材料桥枕推广过程中，由于其结构型式为一个实心长方体，结构单一，单根整体重量重，比如，一根3米长的桥枕，最小的重量达到了210kg，由于重量太重，施工极其困难；由于采用实心结构，所以其材料成本高，致使市场售价很高，据了解，一个桥枕最低的售价为6500元/根，过高的材料成本、加工成本以及市场价格不利于合成轨枕的推广应用。另外，复合材料桥枕，由于其采用连续玻璃长纤维增强聚氨酯发泡制作而成，在重载情况下，其抗剪切力较弱，在其应用中，在轨枕表面经常出现裂纹，有的在安装过程中也出现裂纹。价格与质量性能的双重原因，致使复合材料桥枕很难得到大批量的市场应用。另外，明桥面钢梁桥中几乎全部采用木质轨枕，制作木枕需要使用大量的优质硬质木材，而且，木质轨枕在受到长期的风晒雨淋以及江水、海水的腐蚀后，腐蚀比较严重，而且不耐虫咬等，基本上，使用5年后就必须更换，大大增加了桥梁的维护及更换成本。现在世界各国都面临着的最大的难题是用于铁路轨枕的优质木材的供应量持续下降；其次历来木枕采用木馏油进行浸渍，增加其耐腐蚀性能，使用化学防腐剂轨枕对环境和工人的健康都带来了不良的影响；另外随着运输量的逐渐增大，以及时间和人力成本的增加，木枕更换的成本越来越高；为了保护森林资源，人们逐步放弃对木材的过度使用，且伴随着人们对出行的快速、安全、舒适的要求，木枕将逐步被废除和更换，转而使用性能优异的高新技术产品—合成轨枕。钢梁桥目前使用的木枕，由于其没有阻燃效果，在天气炎热的情况下，偶尔会发生木枕着火的情况。而复合材料桥枕在研究的过程中，为了保证桥枕的美观，在桥枕表面喷涂一层丙烯酸聚氨酯面漆，不具有阻燃效果。因此，本发明人认为上述问题可改善，潜心研究并配合科学原理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述问题的本实用新型。技术实现要素：本公开提供一种新型夹芯式复合结构，采用纤维(毡或布)增强复合材料板材，赋予了复合轨枕高强度性能，并且保证在现场施工及使用过程中永不开裂；其采用夹芯式结构，大大降低了单根轨枕的重量，降低了复合轨枕的成本。根据本公开，提供一种夹芯式复合结构，包括：高强度复合材料上板与高强度复合材料下板，所述高强度复合材料上板与高强度复合材料下板平行相对布置；至少两个泡沫填充体，所述至少两个泡沫填充体胶接于所述高强度复合材料上板与所述高强度复合材料下板之间；至少一个高强度复合材料承载体，所述至少一个高强度复合材料承载体胶接于所述高强度复合材料上板与所述高强度复合材料下板之间；所述至少两个泡沫填充体与所述至少一个高强度复合材料承载体间隔胶接。根据本申请示例实施例，还包括高强度复合材料左板与高强度复合材料右板，所述高强度复合材料左板与高强度复合材料右板相对布置，所述高强度复合材料左板胶接于所述高强度复合材料上板和所述高强度复合材料下板；所述高强度复合材料右板胶接于所述高强度复合材料上板和所述高强度复合材料下板；所述高强度复合材料上板、所述高强度复合材料下板、所述高强度复合材料左板和所述高强度复合材料右板胶接构成中空的腔体。根据本申请示例实施例，相邻所述至少两个泡沫填充体与所述至少一个高强度复合材料承载体呈现t型与倒t型结构、凸凹槽结构或立方体结构。所述至少两个泡沫填充体与所述至少一个高强度复合材料承载体直接粘结。所述高强度复合材料上板设有防滑槽或防滑凸起。根据本申请示例实施例，所述高强度复合材料上板、所述高强度复合材料下板、所述高强度复合材料左板、所述高强度复合材料右板、所述至少两个泡沫填充体和所述至少一个高强度复合材料承载体之间用胶黏剂连接，所述胶黏剂为乙烯基树脂、环氧树脂、不饱和树脂或聚氨酯树脂。根据本申请示例实施例，所述高强度复合材料上板、所述高强度复合材料下板、所述高强度复合材料左板和所述高强度复合材料右板的表面及端面喷涂有防火涂料。根据本申请示例实施例，所述高强度复合材料上板、所述高强度复合材料下板、所述高强度复合材料左板和所述高强度复合材料右板使用纤维增强树脂复合材料；所述纤维增强树脂复合材料包括由增强纤维构成的缝边毡、复合毡或轴向布、以及聚氨酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、邻苯树脂、间苯树脂或酚醛树脂，所述增强纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或碳纤维。根据本申请示例实施例，所述至少两个泡沫填充体包括纤维增强发泡材料，所述纤维增强发泡材料中的发泡材料使用聚氨酯发泡材料、酚醛发泡材料、聚苯乙烯发泡材料、聚乙烯发泡材料或聚氯乙烯发泡材料。根据本申请示例实施例，还提供一种利用如上述夹芯式复合结构的夹芯式复合轨枕。根据本申请实施例，采用纤维增强复合材料板材，赋予了复合轨枕高强度性能；其采用夹芯式结构，大大降低了单根轨枕的重量，降低了复合轨枕的成本，其表面喷涂了防火涂料，赋予了复合轨枕高阻燃效果。为能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，但是此说明和附图仅用来说明本实用新型，而非对本实用新型的保护范围作任何的限制。附图说明下面结合附图详细说明本公开的实施方式。这里，构成本公开一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解。本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。附图中：图1示出根据本申请实施例的夹芯式复合结构的剖面示意图。图2示出根据本申请实施例的夹芯式复合结构的剖面示意图。图3示出根据本申请实施例的夹芯式复合结构的剖面示意图。图4示出根据本申请实施例的夹芯式复合结构的剖面示意图。图5示出根据本申请实施例的夹芯式复合结构的剖面示意图。图6示出根据本申请实施例的夹芯式复合结构的剖面示意图。附图标记列表：a腔体7高强度复合材料左承载体1高强度复合材料上板8中泡沫填充体2高强度复合材料下板9高强度复合材料右承载体3高强度复合材料左板10右泡沫填充体4高强度复合材料右板b芯体6左泡沫填充体具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。目前，木质轨枕的维护不易及更换成本高；现有技术中，合成轨枕，其单根整体重量重，结构为一个实心长方体，结构单一，由于重量太重，施工极其困难；而且其材料成本高。故价格与质量性能的双重原因，致使复合材料桥枕很难得到大批量的市场应用。另外，钢梁桥目前使用的木枕，由于其没有阻燃效果，在天气炎热的情况下，偶尔会发生木枕着火的情况。而复合材料桥枕在研究的过程中，为了保证桥枕的美观，在桥枕表面喷涂一层丙烯酸聚氨酯面漆，不具有阻燃效果。于是，针对目前合成轨枕技术上的可改善，根据本公开实施例，提供一种新型夹芯式复合结构。当然，本公开中夹芯式复合结构不限定其使用领域。也可以作为步道板、电缆槽盖板或铁路水沟盖板应用于铁路混凝土桥梁、铁路工务段、高速铁路桥面附属设施等领域，还可以作为一种板材应用于货车车辆、汽车车辆、集装箱等领域，也可作为板材应用于公路、市政、建材等领域。以下结合附图，对本公开的技术方案进行详细说明。第一实施例图1-4示出根据本申请实施例的夹芯式复合结构的剖面示意图。参见图1-4，根据示例实施例，夹芯式复合结构可包括高强度复合材料上板1与高强度复合材料下板2、至少两个泡沫填充体6、8或10、至少一个高强度复合材料承载体7或9。如图1-4所示，高强度复合材料上板1与高强度复合材料下板2平行相对布置，至少两个泡沫填充体6、8或10、及至少一个高强度复合材料承载体7或9胶接于所述高强度复合材料上板1与所述高强度复合材料下板2之间。至少两个泡沫填充体6、8或10、及至少一个高强度复合材料承载体7或9间隔胶接。如图1至图4所示，夹芯式复合结构为长方体状，其包含腔体a和芯体b。当然，本公开中不限定它们的具体形状和尺寸，而是可以根据具体实施方案进行任意设置。为便于说明本实施例的夹芯式复合结构，以下将介绍腔体a与芯体b的构造，然后再说明腔体a与芯体b的连接关系。如图2可见，芯体b胶接于腔体a内。根据示例实施例，如图1所示，夹芯式复合结构还可包括高强度复合材料左板3和高强度复合材料右板4。所述高强度复合材料左板3与高强度复合材料右板4相对布置，所述高强度复合材料左板3胶接于所述高强度复合材料上板1和所述高强度复合材料下板2，所述高强度复合材料右板4胶接于所述高强度复合材料上板1和所述高强度复合材料下板2。所述高强度复合材料上板1、所述高强度复合材料下板2、所述高强度复合材料左板3和所述高强度复合材料右板4胶接构成中空的腔体a。但是，本公开并不限定其具体形状和尺寸，而是可以根据具体实施方案进行任意设置。见图1，高强度复合材料上板1与高强度复合材料下板2分别位于腔体a的上方和下方。高强度复合材料左板3与高强度复合材料右板4分别位于腔体a的左右两侧。这里，固定高强度复合材料上板1、高强度复合材料下板2、高强度复合材料左板3和高强度复合材料右板4的连接方式，可以采用胶接的方式来实现，也可以采用能够达到跟胶接方式类似的固定效果的任何其他连接方式，比如铆接、榫接、螺纹连接等，本公开实施例中不做限定。参图1所示，本公开实施例，高强度复合材料上板1与高强度复合材料下板2对称平行设置，形状与尺寸一致，比如，图1中其形状为长方体板状。但是，本公开并不限定它们的具体形状和尺寸，而是可以根据具体实施方案进行任意设置。举例来说，高强度复合材料上板1与高强度复合材料下板2的材质可以为高强度复合材料板材，其为纤维增强树脂复合材料。本公开中，高强度可以定义为弯曲强度大于200mpa，压缩强度大于120mpa。另外，高强度复合材料上板1设有防滑槽或防滑凸起等防滑措施。当然，本公开中对防滑措施不做限定。本公开实施例中，纤维可以采用玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或碳纤维等，采用上述纤维横纵向连接或者按照指定的角度连接制作缝边毡、复合毡或轴向布等。本公开实施例中，其纤维含量可以在10％～90％之间。树脂可以采用聚氨酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、邻苯树脂、间苯树脂或酚醛树脂等。利用上述的纤维和树脂制作本公开实施例的纤维增强树脂复合板材。本公开中纤维增强树脂复合板材密度在400kg/m3～2000kg/m3之间连续可调。当然，本公开实施例中不限定其具体材料类型，凡是可以达到本公开轨枕材料的相同效果即可，此外，还可以是任何别的合适材料。参图1所示，本公开实施例，高强度复合材料左板3与高强度复合材料右板4对称平行设置，形状与尺寸一致，比如，图1中其形状为长方体板状。但是，本公开并不限定它们的具体形状和尺寸，而是可以根据具体实施方案进行任意设置。举例来说，高强度复合材料左板3与高强度复合材料右板4的材质可以采用高强度复合材料板材，其为纤维增强树脂复合材料。本公开实施例中，纤维可以采用玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、碳纤维等，并可以使上述纤维制作为缝边毡、复合毡、轴向布等。树脂可以采用聚氨酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、邻苯树脂、间苯树脂、酚醛树脂等。利用上述的纤维和树脂制作本公开实施例的纤维增强树脂复合板材。本公开中纤维增强树脂复合板材密度在400kg/m3～2000kg/m3之间连续可调。当然，本公开实施例中不限定其具体材料类型，凡是可以达到本公开轨枕材料的相同效果即可，此外，还可以是任何别的合适材料。本公开实施例中，一种夹芯式复合结构，连接方式采用胶接，胶接采用胶黏剂来实现连接。胶黏剂可以采用乙烯基树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯树脂等。当然，本公开不限定其具体材料类型，凡是可以达到本公开胶接的效果即可。本公开实施例中，高强度复合材料上板1牢固胶接于高强度复合材料左板3和高强度复合材料右板4，高强度复合材料下板2牢固胶接于高强度复合材料左板3和高强度复合材料右板4。因此，高强度复合材料上板1、高强度复合材料下板2、高强度复合材料左板3和高强度复合材料右板4牢固胶接形成一种长方体的腔体a。腔体a表面上可以喷涂防火涂料，使复合轨枕具有高阻燃性能。图3示出根据本申请实施例的夹芯式复合结构的剖面示意图；如图3所示，本公开中的夹芯式复合结构的芯体b呈现长方体状，其包括左泡沫填充体6、高强度复合材料左承载体7、中泡沫填充体8、高强度复合材料右承载体9和右泡沫填充体10。但是，参图2和图4所示，本公开并不限定芯体b的具体形状、尺寸或数量，而是可以根据具体实施方案进行任意设置。见图3，左泡沫填充体6胶接于高强度复合材料上板1、高强度复合材料下板2、高强度复合材料左板3、高强度复合材料右板4。高强度复合材料左承载体7胶接于高强度复合材料上板1、高强度复合材料下板2、高强度复合材料左板3、高强度复合材料右板4和左泡沫填充体6。中泡沫填充体8胶接于高强度复合材料上板1、高强度复合材料下板2、高强度复合材料左板3、高强度复合材料右板4和高强度复合材料左承载体7。高强度复合材料右承载体9胶接于高强度复合材料上板1、高强度复合材料下板2、高强度复合材料左板3、高强度复合材料右板4和中泡沫填充体8。右泡沫填充体10胶接于高强度复合材料上板1、高强度复合材料下板2、高强度复合材料左板3、高强度复合材料右板4和高强度复合材料右承载体9。当然，本公开实施例对其胶接顺序不做限定。参图3所示，本公开实施例，左泡沫填充体6、中泡沫填充体8和右泡沫填充体10呈现t型结构、凸凹槽结构或立方体结构形状。当然，本公开中不限定其具体形状。另外，其还可以采用正方体状或长方体状等，凡是可以达到本公开实施例的相同的效果即可。左泡沫填充体6、中泡沫填充体8和右泡沫填充体10为纤维增强发泡材料。可采用聚氨酯发泡材料、酚醛发泡材料、聚苯乙烯发泡材料、聚乙烯发泡材料或聚氯乙烯发泡材料等制作而成。本公开中纤维增强发泡材料密度在10kg/m3～600kg/m3之间连续可调。当然，本公开中对其材料和密度不做限定。参图3所示，本公开实施例，高强度复合材料左承载体7和高强度复合材料右承载体9呈现t型结构、凸凹槽结构或立方体结构形状。泡沫填充体与高强度复合材料承载体相互粘接或者相互直接粘结。凸凹槽结构也可以采用卡接于一起。当然，本公开中不限定其具体形状。另外，其还可以采用正方体状或长方体状等，凡是可以达到本公开实施例的相同的效果即可。举例来说，高强度复合材料左承载体7和高强度复合材料右承载体9的材质可以采用高强度复合材料板材，其为纤维增强树脂复合材料。本公开实施例中，纤维可以采用玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、碳纤维等，并可以使上述纤维制作为缝边毡、复合毡、轴向布等。树脂可以采用聚氨酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、邻苯树脂、间苯树脂、酚醛树脂等。利用上述的纤维和树脂制作本公开实施例的纤维增强树脂复合材料。本公开中纤维增强树脂复合材料密度在400kg/m3～2000kg/m3之间连续可调。当然，本公开实施例中不限定其具体材料类型，凡是可以达到本公开轨枕材料的相同效果即可，此外，还可以是任何别的合适材料。本公开实施例中，举例来说，制作规格为3000mm×240mm×240mm(长×宽×厚)的桥梁复合轨枕。此夹芯式复合结构应用在钢梁桥上，首先制备了玻璃纤维毡增强聚氨酯，密度为1200kg/m3，厚度为15mm的板材，分别作为高强度复合材料上板、高强度复合材料下板、高强度复合材料左板、高强度复合材料右板，其次制备玻璃纤维增强聚氨酯，密度为200kg/m3，厚度为210mm的泡沫填充体，以及玻璃纤维毡增强的聚氨酯树脂，密度为1200kg/m3，厚度为210mm的高强度复合材料承载体。将制作好的各部分打磨加工，按照对应的顺序进行粘结。其性能见表1。第二实施例由于本实施例类似于上述实施例一，所以两个实施例的相同处不再加以赘述，而本实施例相较于实施例一的差异大致说明如下：参图5所示，本公开实施例中，举例来说，制作规格为2500mm×230mm×140mm(长×宽×厚)的城市轨道交通用道岔复合轨枕。此轨枕应用在道岔上，首先制备了玻璃纤维毡增强聚氨酯，密度为600kg/m3，厚度为30mm的板材，分别作为高强度复合材料上板和高强度复合材料下板，不设置高强度复合材料左板和高强度复合材料右板，其次制备玻璃纤维增强聚氨酯，密度为200kg/m3，厚度为80mm的泡沫填充体，以及玻璃连续长纤维增强的聚氨酯树脂，密度为600kg/m3，厚度为80mm的高强度复合材料承载体。将制作好的各部分打磨加工，按照对应的顺序进行粘结。其性能见表2。项目单位测试结果表观总密度kg/m3480螺栓抗拔强度kn118抗弯曲载荷kn460抗疲劳性能次300万次无裂纹耐腐蚀性能优异由上可见，本公开的实施例一和实施例二具有以下优点：采用纤维增强复合材料板材，赋予了复合轨枕高强度性能。其采用空腔式结构，大大降低了单根轨枕的重量，降低了复合轨枕的成本。腔体a表面上可以喷涂防火涂料，使复合轨枕具有高阻燃性能。最后应说明的是：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。当前第1页12