[发明专利]桥梁气动翼板用工程结构复合材料

说明书

技术领域

本发明属于工程高分子复合材料，尤其是桥梁气动翼板用工程结构复合材料制造领域。

背景技术

由于技术进步和现代交通运输的需求，修建越来越多的大跨度桥梁成为必然趋势，桥梁跨径的加长使得结构对风的敏感程度大为增强，避免结构发生发散性的颤振运动也因此成为大跨径桥梁设计过程中必须关注的问题，在桥梁结构颤振和抖振解决方案中，在桥梁结构颤振和抖振解决方案中，气动翼板扮演着非常重要的角色。以往使用铝合金作为翼板蒙皮，铝合金材料具有很好的加工成型性、高的强度，但铝的电极电位很负，因此铝与异种金属接触时，容易作为阳极产生严重的电偶腐蚀；铝合金的线膨胀系数比较高，暴露在野外受温度的冲击大，尺寸变化变化明显，对连接和密封不利；铝合金密度虽然较大多数金属小，但与塑料比，则不具有优势，在比强度方面也比不上一些高性能复合材料。原气动翼板材料的不足可概括为：

(1)在构造上考虑气动翼板自身断面独立受力，铝合金翼板刚度和强度要求高，板材需足够厚度，造成铝合金用量较大，材料成本较高；椭圆外形有助于结构平滑传力，但铝合金板材的加工制作难度大，制造成本高。

(2)铝合金与钢材之间的防电化学腐蚀处理难度较大。

(3)在使用寿命及后期维护方面，铝合金难于达到50年以上使用寿命要求，且后期维护困难，一般使用30年后需整体更换。

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是研制一种新的气动翼板复合材料替代铝合金使之具有良好的力学性能和耐候性，根本解决翼板蒙皮材料的电化学腐蚀问题，使翼板具有足够的强度下保证裸露材料在不维护的条件下使用寿命超过50年。

本发明的目的是通过以下的手段实现的。

一种桥梁气动翼板用工程结构复合材料，以聚苯硫醚树脂为主体，其主要成分重量百分比为，聚苯硫醚树脂50-55，无规乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物3-5；无规乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯二元共聚物2-5，玻璃纤维35-40，辅料适量。

本发明复合材料为冲击韧性高机械强度优异的聚合物合金。使用线性结构非交联聚苯硫醚树脂作为原料，从物性上看不出缺点，但为保证物性在长期露天使用环境下不下降，建议使用在有氧存在下进行交联的聚苯硫醚树脂。经过有氧交联处理的聚苯硫醚树脂315℃熔体流动速率(MFR)应保持在200-400g/10min内，因为树脂MFR不满200g/10min所生产的改性料流动性太差以致成型困难，不能充满模腔；当树脂MFR超过400g/10min时改性料流动性太高，容易产生飞边等缺陷。

本发明为得到高韧性耐冲击桥梁气动翼板用工程结构复合材料需要使用热塑性弹性体，弹性体可以从例如聚烯烃弹性体，二烯烃的弹性体，聚苯乙烯系弹性体，聚酰胺系弹性体，聚酯系弹性体，氟代弹性体，有机硅系弹性体等中选择，根据实验结果认为较适宜的是聚烯烃系弹性体，二烯烃系弹性体和聚苯乙烯弹性体。

本发明使用含甲基丙烯酸缩水甘油酯(GAM)的无规乙烯三元共聚物，其中丙烯酸酯功能团增加耐热性、弹性和极性，GMA既含有碳碳双键，又含有环氧基团，故既可发生自由基型反应，又可发生离子型反应，它与很多基团都有高的反应活性，如COOH、OH、NH2等，二元聚合物的加入是为了降低成本的目的，其中也包含丙烯酸酯官能团，有较好的增韧作用。本发明也可以使用含马来酸酐(MAH)的三元共聚物替代含甲基丙烯酸缩水甘油酯(GAM)的三元共聚物。

聚苯硫醚树脂是脆性材料，其具有很好的机械性能和热性能，但其主要缺点是耐冲击性能差，对缺口有敏感性。在半结晶的聚苯硫醚材料里添加少量的弹性体(较低的Tg温度)，就能起到降低脆性，增加韧性和提高耐低温性能的作用，其机理是吸收能量及避免裂痕扩展。GMA弹性体对材料的影响主要表现在三个方面：冲击强度的明显改善、材料硬度降低、流动性降低，在使用时必须考虑在各性能之间取得平衡。

本发明在不降低材料性能的情况下，还可以加入包含滑石粉、石墨、二硫化钼等离散型无机材料或耐高温有机成核剂等辅助材料，这是因为PPS的玻璃化温度(Tg 85-93℃)和冷却结晶温度(Tc127-135℃)高，所以由注射成型加工制品时，一旦模具温度不高就不能得到高结晶度的制品，为了得到高结晶度的制品，必须使用高模温和长的循环周期。注射成型PPS时，为促进结晶化得到外观良好的制品通常必须把模具的温度加热到130℃以上。为提高材料的结晶速度，缩短成型周期必须加入相应的辅助材料。