[发明专利]一种复合材料耐火承载一体化点阵结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于工程结构领域，尤其涉及一种复合材料耐火承载一体化点阵结构及其制备方法。

背景技术

蜂窝夹心结构作为典型的轻质结构功能材料具有较高的比刚度、比强度，是一种从结构上解决轻质并兼有一定承载力的结构，其改进结构在耐火领域也有一定程度的应用。现有的通过改进蜂窝结构实现耐火功能的有：对于金属蜂窝，通过在合金蜂窝夹芯板外添加耐火面板实现耐火的目的，其结构体中有一定的孔隙率，在一定程度上减轻重量，但整体的重量受母材合金的密度影响；对于纸质蜂窝夹芯板，通过用浸泡过化学药剂的耐火不助燃植物纤维材料制成有一定耐火作用的纸板，利用纸板本身的耐火性能起到耐火的作用，但是经过特殊处理的纸板本身的耐火性能并不好。现有专利如申请号201310175629、201320217267、201220072327、201220053882和201220683533等，能实现大承载力和高防火性能的耐火结构多为承重结构，重量普遍较大；能实现轻质的结构多为装饰性结构，防火性能并不是太好。因此，为适应特殊需求，设计出在满足承载力的条件下实现低重量和较强防火性能的结构是一个重大急需的问题。

就结构母材而言，复合材料要比传统钢筋混凝土结构、合金结构有着更高的比刚度、比强度；此外，复合材料由于力学的各向异性性能，使其有着很强的可设计性，能大大提高材料的利用率；而且相比与金属材料，复合材料有着更好的耐腐蚀性以及抗疲劳特性。复合材料现已被广泛的用于生产、生活的方方面面，是作为母体结构耐火材料有前景的材料用品。但是由于树脂基复合材料的耐高温性普遍不超过250℃，耐火性能差，而在发生火情时，材料的外延温度达到了1000℃左右。因此，现有的建筑、列车、舰船等耐火设施多以钢筋混凝土结构或钢结构为主，钢筋混凝土结构和钢结构普遍存在耐火间隔较大，质量较重的缺陷；这种传统耐火结构设计给列车、舰船以及建筑结构带来了较大的能耗负担，该结构已经不再满足高效、低能耗的设计需求。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提供一种轻质的具有较高承载能力且兼具耐火特性的点阵结构，以满足建筑、列车以及舰船等领域的需求。

本发明的一个目的在于提供一种复合材料耐火承载一体化点阵结构。

本发明的复合材料耐火承载一体化点阵结构包括：点阵芯子、上面板、下面板、隔热填充层以及防火涂层；其中，点阵芯子包括杆件和加强点，杆件通过加强点分别固定在上面板和下面板上，构成点阵平板；在上面板和下面板之间的点阵芯子的空隙中通过填充隔热材料形成隔热填充层；上面板和下面板均采用复合材料，并在点阵平板的向火面涂覆防火涂层；防火涂层包括内层的粘接层和外层的耐火层，粘接层为具有增强纤维的涂层，将耐火层与点阵平板的向火面紧密粘接。

上面板和下面板采用纤维增强树脂基复合材料，从根本上减轻了耐火承载一体化点阵结构的重量。

点阵芯子包括杆件和加强点，采用四棱锥形的结构，每一个加强点连接四个杆件。通过加强点将杆件与面板连接，增大了结合面积，增强了抗面内剪切力。采用点阵芯子，在进一步减小重量的同时提供较大的承载能力，并且相对于钢筋混凝土结构，厚度较小，节省大量空间。

隔热填充层采用在上面板和下面板之间填充隔热材料，如多晶莫来石纤维或者发泡聚氨酯等，进一步阻止热量从点阵结构的向火面向背火面传导。上面板和下面板粘接点阵芯子的点阵夹心结构特有的开放式的内部空间可以用来填充隔热材料、吸能材料、吸波材料，从而满足多功能耐火/承载一体化的需求。

耐火材料分为膨胀型耐火材料和非膨胀型耐火材料，非膨胀型耐火材料耐火极限长，但是自重较大；膨胀型耐火材料，涂层薄，重量轻，对于有重量严格限制的防火情况，本发明选用膨胀型耐火材料。膨胀型耐火材料的耐火隔热性与材料的膨胀性能有关。膨胀性能好的材料，防火隔热性能也较强。材料的膨胀性能好坏，和其含有的纤维的多少有关，纤维含量高的材料，膨胀性能较弱；但是纤维含量高，能够提高材料的力学性能，若是纤维含量太低，则材料在遇火膨胀后，凝结力差可能发生材料脱落的情况。