一种组合式复合材料承重支架的制作方法

本实用新型涉及一种组合式复合材料承重支架。

背景技术：

目前在电力(缆)隧道、电力(缆)沟、地铁、城市共同沟、公路铁路桥梁、工业设施等结构中大量使用的承重支架产品大多为金属合金钢材质，具有自重大、易锈蚀、寿命短、易形成磁场闭合环流及弧光、维护成本高、焊接施工工况差等缺点；如使用不锈钢材质，成本又非常高。

部分工程也使用了由SMC模压工艺制作的玻璃纤维增强不饱和树脂(聚酯树脂)的复合材料支架产品，但这类产品受成型工艺限制，只能选择短切纤维作为增强材料，同时纤维含量也较少，产品力学性能较低，脆性大，生产效率低，同时其长期耐候性能也较差。由于上述缺陷，使得该类产品在以往部分工程中效果不尽如人意。

技术实现要素：

本实用新型提供一种由连续长纤维增强材料及热固性树脂经拉挤成型工艺制作的用于隧道、共同沟、地铁、工井、公路铁路桥梁、工业设施等领域的复合材料承重支架，具有质轻、耐锈蚀、寿命长、成本低、力学性能好、耐候性强等优点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种组合式复合材料承重支架，包括立柱、连接件和托臂，托臂通过连接件连接在立柱上；立柱和托臂均分别为直柱或弧形等结构；立柱和托臂的横截面均分别为凹槽结构、矩形、圆形或弧形中的一种或两种以上形状复合的结构。

上述承重支架制作方便，能满足各种需求。

本申请立柱和托臂均由热固性树脂和连续纤维经拉挤工艺制备而成；其中，热固性树脂为聚氨酯、环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和树脂或酚醛树脂；拉挤工艺在速度为0.1-3m/min、各段温度为60℃-200℃的条件下成型，并在温度为50℃-250℃的条件下固化。

拉挤工艺主要采用液压式设备，另外还包括履带式及其他形式设备，采用常规及注射式注胶工艺，在0.1-3m/min，各段温度在60℃-200℃条件下成型，并根据需要进行后固化，固化温度为50℃-250℃。

本申请采用拉挤工艺可以连续生产，使生产效率得到大幅提升，且通过模具进行高温固化，过程中通过挤压，可以控制产品的树脂含量，具有高纤维含量的优点，可达85％左右，这样赋予了制品较高力学性能，且通过控制模具的型腔结构，可以制作多种结构类型的立柱和托臂，产品的可设计性强。

使用时，通过卡箍或其他夹具将需要承重的物体固定在托臂上即可。

为了进一步保证所得承重支架的力学性能和耐腐蚀性，优选，立柱和托臂中连续纤维的体积含量为50％-85％。

为了进一步保证所得承重支架的力学性能、耐腐蚀性和轻质性，优选，热固性树脂主要采用聚氨酯树脂和环氧树脂，也可以采用环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂或不饱和聚酯树脂等；连续纤维主要采用玻璃纤维、碳纤维，还包括芳纶纤维、玄武岩纤维或混杂纤维；连续纤维的形式可为连续纤维纱线、毡、布或带。

为了方便需要承重的物体的安装，优选，立柱和托臂均为至少一面设有内凹卡槽的结构。这种结构设计组装或安装时不需要在立柱或托臂上进行开孔，同时可轻松实现托臂高度位置的自由调节。

这样便于固定卡箍或其他夹具，从而方便卡箍或其他夹具来固定需要承重的物体。且这样的结构设计可以可固定多个固定卡箍或其他夹具，不同卡箍或夹具之间的距离易调节，并且可以采用设计拉挤模具而在多面都设计出该结构以满足实际使用的需要；另外该内卡槽结构还可以安装例如支撑连接件等其他辅件。

为了保证承重支架的力学性能，同时满足质轻、方便安装的要求，优选，内凹卡槽宽度为0.5cm-10cm，壁厚为0.2cm-2cm。

为了方便操作，同时保证承重支架的连接强度，优选，连接件为增强连接件、支撑连接件、紧固插接件或增强套筒中的至少一种；

当连接件为增强连接件，增强连接件包括相对设置在立柱与托臂连接处两面的两块连接板，托臂通过贯穿两块连接板和立柱的螺栓及贯穿两块连接板和托臂的螺栓固定在立柱上；

当连接件为支撑连接件，支撑连接件包括垂直相连的第一面板和第二面板，第一面板与立柱相连，第二面板与托臂相连；

当连接件为紧固插接件，紧固插接件包括竖直部分和连接在竖直部分上水平部分，竖直部分为中空的筒状，竖直部分套接在立柱外围、并通过螺栓固定在立柱上；水平部分为中空结构，水平部分套接在托臂外围、并通过螺栓固定在托臂上；或者水平部分为与托臂截面契合的截面结构，水平部分和托臂通过卯榫方式连接；

当连接件为增强套筒，立柱的横截面为U型的凹槽结构，增强套筒为环状结构，托臂的一端端部套接增强套筒、并置于立柱的凹槽内；托臂通过贯穿立柱、增强套筒和托臂的螺栓固定在立柱上。

上述连接件均可实现任意调节托臂水平高度；紧固插接件可以采用金属件也可以通过模压成型制作，该紧固插接件设计为两个部分，通过螺栓与立柱或托臂相对固定，通过调节螺栓松紧及上下移动紧固插接件可自由调节托臂的水平高度位置或左右转动调节托臂的方向。

为了进一步保证立柱和托臂之间的连接强度，优选，增强套筒和托臂之间为紧配合，增强套筒和立柱之间为紧配合。

增强连接件、支撑连接件、紧固插接件或增强套筒可采用模压、注塑成型制作的非金属件或订制的金属件等。

本实用新型未提及的技术均参照现有技术。

本实用新型专利公开了一种采用连续长纤维增强热固性树脂及拉挤工艺制作的组合式复合材料承重支架，可广泛应用于电力隧道、地铁、共同沟、铁路、桥梁、水利等领域的电缆线、管道的承重和支撑；具有耐腐蚀性强、抗老化性能优、强度高、韧性好、自重轻、不导电、施工效率高、环境友好等优点，在实际工作环境中能够满足较高承重、耐腐蚀、阻燃及潮湿等工况环境要求，避免了金属件易锈蚀及后期维护量大等缺点；本申请结构为组合式，可根据需要灵活拆装，无需焊接；本申请采用拉挤工艺生产各部件，拉挤工艺生产效率高，产品的纤维含量高，可达80％及以上，产品的纵向强度高，并可以通过在表面加毡来提高横向强度，可设计性及可加工性强。

附图说明

图1为实施例1组合式复合材料承重支架结构示意图；

图2为实施例1所用立柱立体图；

图3为实施例1所用托臂立体图；

图4为增强套筒立体图；

图5为实施例2组合式复合材料承重支架结构示意图；

图6为实施例2所用立柱立体图；

图7为实施例2所用托臂立体图；

图8为增强连接件立体图；

图9为连接板立体图；

图10为实施例3组合式复合材料承重支架结构示意图；

图11为实施例4组合式复合材料承重支架结构示意图；

图12为实施例4中双面设有内凹卡槽的托臂的立体图；

图13为紧固插接件立体图；

图14为支撑连接件立体图；

图中，1为立柱，2为托臂，3为增强套筒，4为增强连接件，5为紧固插接件，6为支撑连接件，7为卡箍，8为重物。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。

立柱和托臂的制备：

立柱和托臂均由热固性树脂和连续纤维经拉挤工艺制备而成。

立柱和托臂中连续纤维的体积含量为50％-85％。

热固性树脂包括聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂或不饱和聚酯树脂；连续纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或混杂纤维；连续纤维的形式可为连续纤维纱线、毡、布或带。

实施例1

一种组合式复合材料承重支架，包括立柱、连接件和托臂，托臂通过连接件垂直连接在立柱上；

立柱和托臂均分别为直柱型；立柱的横截面为U型，壁厚为0.8cm，托臂的横截面为矩形，壁厚为0.5cm；

连接件为增强套筒，立柱的横截面为U型的凹槽结构，增强套筒为环状结构，托臂的一端端部套接增强套筒、并置于立柱的凹槽内；托臂通过贯穿立柱、增强套筒和托臂的螺栓固定在立柱上；增强套筒和托臂之间为紧配合，增强套筒和立柱之间为紧配合；

使用时，重物通过卡箍或其他夹具安装在托臂上；

立柱与建筑结构之间可采取机械锚固或通过胶粘剂粘接的方式予以垂直安装固定；

立柱和托臂(纤维体积含量70％)的制备：

原料树脂：聚氨酯树脂Baydur^TM Pul2500或Voraforce TP1200；纤维：玻璃纤维纱366或Pulstrand^TM 4100；工艺：注射式拉挤；三段温度：135℃、145℃、155℃；拉挤速度：1.5-1.8m/min。

表1实施例1所得组合式复合材料承重支架的性能表

实施例2

与实施例1基本相同，所不同的是：立柱和托臂的横截面均为C型,槽宽度均为5cm，壁厚均为1cm；连接件为增强连接件，增强连接件包括相对设置在立柱与托臂连接处两面的两块连接板，托臂通过贯穿两块连接板和立柱的螺栓及贯穿两块连接板和托臂的螺栓固定在立柱上；

用形状为L型的连接板一面通过贯穿两块连接板和立柱的螺栓固定在连接板的表面，连接板另一面与建筑物锚固连接，连接板的一面、另一面指相互垂直的两外侧面；

立柱和托臂(纤维体积含量85％)的制备：

原料：树脂：聚氨酯树脂STR 2000或STR 3000；纤维：碳纤维纱SY49或STS40；工艺：注射式拉挤；三段温度：135℃、155℃、185℃；拉挤速度：1.8-2.2m/min。

表2实施例2所得组合式复合材料承重支架的性能表

实施例3

与实施例2基本相同，所不同的是：立柱和托臂的横截面均为C型,槽宽度均为8cm，壁厚均为1.8cm；连接件为紧固插接件，紧固插接件包括竖直部分和连接在竖直部分上水平部分，竖直部分为中空的筒状，竖直部分套接在立柱外围、并通过螺栓固定在立柱上；水平部分为中空结构，水平部分套接在托臂外围、并通过螺栓固定在托臂上；

立柱和托臂(纤维体积含量75％)的制备：

原料：树脂：环氧树脂DOW 0430或P411；纤维：玻璃纤维纱366或399或SE8380；工艺：常规拉挤；三段温度：135℃、145℃、155℃，拉挤速度：0.3-0.5m/min。

表3实施例3所得组合式复合材料承重支架的性能表

实施例4

与实施例1基本相同，所不同的是：立柱的一面设有内凹卡槽，托臂的一面或相对的双面均设有内凹卡槽，槽宽度均为9cm，壁厚均为1.9cm；托臂上的卡槽可用于卡箍或夹具的安装和固定；

连接件为支撑连接件和紧固插接件；

支撑连接件包括垂直相连的第一面板和第二面板，第一面板与立柱相连，第二面板与托臂相连；

紧固插接件包括竖直部分和连接在竖直部分上水平部分，竖直部分为中空的筒状，竖直部分套接在立柱外围、并通过螺栓固定在立柱上；水平部分为中空结构，水平部分套接在托臂外围、并通过螺栓固定在托臂上。

立柱和托臂的制备：

原料：树脂：聚氨酯树脂Baydur^TMPul2500或Voraforce TP1200；纤维：玻璃纤维纱366或Pulstrand^TM 4100；工艺：注射式拉挤；三段温度：135℃、145℃、155℃；拉挤速度：1.5-1.8m/min。

实施例5

与实施例4基本相同，所不同的是：紧固插接件的水平部分为与托臂截面契合的截面结构，水平部分和托臂通过卯榫方式连接。