技术领域
[0001] 本发明涉及铁路桥梁附属设施技术领域，具体涉及一种铁路桥梁护栏用新型复合型材及其制备方法。
相关背景技术
[0002] 桥面护栏作为桥梁的一种附属设施，其建造及维护成本也直接影响铁路交通的整体经济效益，目前，铁路桥面护栏的材质主要有混凝土、钢、复合材料等几种形式，但从应用情况来看，几种材质的护栏都存在一些问题，如混凝土护栏风化严重，无法进行维修，更换成本高；钢制栏杆不耐腐蚀，维修养护周期短，材料造价高；复合材料栏杆是近两年新提出的一种新料，其是一种纤维增强的聚氨酯型材，外表涂装耐紫外涂料构成，主要特点在于轻质高强、耐腐蚀、更换成本低，但是由于其材料特点，涂装层的使用年限不高，容易造成漆面脱落，当漆面脱落后聚氨酯的不耐紫外性显现较为明显，出现表面粉化、玻璃纤维裸漏等情况。
[0003] 现有技术金属衬塑管道未解决上述问题提供了新的思路，金属衬塑管道是一种以合金为基体，内衬热塑性塑料的复合管道，因其兼具金属的机械性能和工程塑料的耐腐蚀性，通常作为各种液体、气体介质的输送管道，但是因其制备工艺复杂、生产成本高，应用领域极为有限，现有技术还给出了一种优化工艺的铝合金衬塑超高分子量聚乙烯复合管，但是其衬塑采用的是热塑性塑料，然而以热塑性塑料作为衬塑的金属衬塑管道，其受热塑性塑料的机械性能限制，与热固性材料乃至刚度更强也更轻的玻璃纤维热固性复合材料相比，相同或相近成本下，其抗冲击形变的性能往往相差较大，因此，并不适用于铁路桥梁护栏。
[0004] 另一方面，热固性材料不能适用滚塑成型的方法，预应力复合技术虽然看似可行，实则因玻璃纤维热固性复合材料刚度大、伸长率小，在采用预应力复合工艺时，拉伸过程中很容易内部断裂，难以生产出质量合格的金属衬塑复合管。
[0005] 因此，有必要提出一种铁路桥梁护栏用新型复合型材及其制备方法，以解决上述问题。
具体实施方式
[0042] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。实施例1
[0043] 请参阅图1，第一方面，本发明实施例提供一种铁路桥梁护栏用新型复合型材，包括：内层1和外层2。
[0044] 所述内层为玻璃纤维增强聚氨酯树脂复合材料管。
[0045] 所述外层为铝合金管。
[0046] 内层的管壁厚度大于外层的。
[0047] 玻璃纤维增强聚氨酯树脂复合材料管壁厚度3mm。外层铝合金管壁厚度在0.7mm。
[0048] 玻璃纤维增强聚氨酯树脂复合材料管中的玻璃纤维质量占比大于热固性树脂质量占比，玻璃纤维质量占比76%。
[0049] 铝合金管经过加热挤压成型的无缝管制成，预应力复合前，壁厚1mm，铝合金管表面经过阳极氧化处理，具有不小于10μm的氧化膜封闭层，预应力复合后，外层铝合金管壁厚度在0.7mm。
[0050] 内层与所述外层通过预应力工艺复合形成双层结构。
[0051] 第二方面，本发明提供上述铁路桥梁护栏用新型复合型材制备方法，包括：
[0052] 步骤一，将玻璃纤维和聚氨酯树脂通过拉挤成型得到玻璃纤维增强聚氨酯树脂复合材料管，即为内层；
[0053] 步骤二，将铝合金管经过加热挤压成型得到无缝金属管，将无缝金属管进行切割，将切割后的无缝铝管进行阳极氧化处理，即为外层；
[0054] 步骤三，将玻璃纤维增强热固性增强材料管外表面涂刷一层均匀的应力分散助剂，然后穿入到外层中，经过预应力复合工艺得到铁路桥梁护栏用新型复合型材。
[0055] 步骤一中，采用线密度9600的无碱连续纤维纱。
[0056] 步骤一具体为，依次将无碱连续纤维纱通过预成型模具、聚氨酯拉挤专用模具至液压拉挤设备的牵引夹持器部分；将预成型模具、聚氨酯拉挤专用模具加热，待温度达到设定值后，启动液压拉挤设备进行牵引，牵引前将裁剪好的内外毡穿入预成型模具口，并用DOP进行润滑，启动低压浇注机注料，直至树脂与玻璃纤维固化成型至切割口出，按需求尺寸进行切割，制得玻璃纤维增强热固性增强材料管。
[0057] 一区至三区的温度依次设定为一区100‑105℃、二区145‑150℃、三区185‑190℃。
[0058] 步骤三中，铝合金管的长度大于玻璃纤维增强热固性增强材料管的长度。将内层穿入外层后，放入预应力增强机，使其依次通过预应力增强机的增强模具及夹持系统；铝合金管长出的一端放入夹持系统。启动预应力机，调整型材行进速度，当内层管的非夹持一端完全通过预应力增强模具后，增强完成。对增强完成的增强管冷却、干燥、进行两端切割，得到铁路桥梁护栏用新型复合型材。
[0059] 所述应力分散助剂为：—NCO 封端的聚氨酯预聚体 1摩尔，2–呋喃乙胺1摩尔和双马来酰亚胺1摩尔。
[0060] —NCO 封端的聚氨酯预聚体中的NCO的摩尔百分含量2%。
[0061] 应力分散助剂需要预处理，称取—NCO 封端的聚氨酯预聚体和2–呋喃乙胺，反应温度为50‑60℃，反应1 ‑2h，生成呋喃基团封端的聚氨酯预聚物，再加入双马来酰亚胺，混合均匀，备用。
[0062] 在通过预应力增强前，外层铝合金管的内径大于内层增强材料管的外径，预应力增强后，外层铝合金管的内径等于内层增强材料管的外径，两层之间无间隙。
[0063] 将玻璃纤维增强聚氨酯树脂复合材料管外表面涂刷一层均匀的应力分散助剂，应力分散助剂的涂覆厚度为0.1cm，然后穿入到铝合金管内，铝合金管的长度大于玻璃纤维增强聚氨酯树脂复合材料管的长度，且预留长度15cm。实施例2
[0064] 本发明实施例提供一种铁路桥梁护栏用新型复合型材，包括：内层1和外层2。
[0065] 所述内层为玻璃纤维增强环氧树脂复合材料管。
[0066] 所述外层为不锈钢管。
[0067] 内层的管壁厚度大于外层的。
[0068] 玻璃纤维增强环氧树脂树脂复合材料管的管壁厚度6mm。
[0069] 玻璃纤维增强环氧树脂复合材料管中的玻璃纤维质量占比大于热固性树脂质量占比，玻璃纤维质量占比78%。
[0070] 不锈钢管经过加热挤压成型的无缝管制成，预应力复合前，不锈钢管壁厚1mm，不锈钢管表面经过树脂粉末封闭处理，具有不小于10μm的封闭层。
[0071] 预应力复合后，不锈钢管的管壁厚度在0.8mm。
[0072] 内层与所述外层通过预应力复合形成双层结构。
[0073] 第二方面，本发明提供上述铁路桥梁护栏用新型复合型材制备方法，包括：
[0074] 步骤一，将玻璃纤维和环氧树脂通过拉挤成型得到玻璃纤维增强热固性增强材料管，即为内层；
[0075] 步骤二，将不锈钢管经过加热挤压成型得到无缝金属管，将无缝金属管进行切割，将切割后的无缝不锈钢管进行阳极氧化处理，即为外层；
[0076] 步骤三，将玻璃纤维增强环氧树脂增强材料管外表面涂刷一层均匀的应力分散助剂，然后穿入到外层中，经过预应力复合工艺得到铁路桥梁护栏用新型复合型材。
[0077] 步骤一中，采用线密度9600的无碱连续纤维纱；
[0078] 步骤一具体为，依次将玻璃纤维通过预成型模具、环氧树脂拉挤专用模具至液压拉挤设备的牵引夹持器部分；将预成型模具、环氧树脂拉挤专用模具加热，待温度达到设定值后，启动液压拉挤设备进行牵引，牵引前将裁剪好的内外毡穿入预成型模具口，并用DOP进行润滑，启动低压浇注机注料，直至树脂与玻璃纤维固化成型至切割口出，按需求尺寸进行切割，制得玻璃纤维增强环氧树脂复合材料管。
[0079] 一区至三区的温度依次设定为一区70‑80℃、二区80‑90℃、三区100‑110℃。
[0080] 步骤三中，不锈钢管的长度大于玻璃纤维增强热固性增强材料管的长度；将内层穿入外层后，放入预应力增强机，使其依次通过预应力增强机的增强模具及夹持系统；不锈钢管长出的一端放入夹持系统。启动预应力机，调整型材行进速度，当内层管的非夹持一端完全通过预应力增强模具后，增强完成；对增强完成的增强管进行冷却、干燥、两端切割，得到铁路桥梁护栏用新型复合型材。
[0081] 进一步地，步骤三中，所述应力分散助剂为：—NCO 封端的聚氨酯预聚体 1摩尔，2–呋喃乙胺1.5摩尔和双马来酰亚胺1.5摩尔。
[0082] —NCO 封端的聚氨酯预聚体中的NCO的摩尔百分含量5%。
[0083] 应力分散助剂需要预处理，称取—NCO 封端的聚氨酯预聚体和2–呋喃乙胺，反应温度为50‑60℃，反应1 ‑2h，生成呋喃基团封端的聚氨酯预聚物，再加入双马来酰亚胺，混合均匀，备用。
[0084] 在通过预应力增强前，外层铝合金管的内径大于内层增强材料管的外径，预应力增强后，外层铝合金管的内径等于内层增强材料管的外径，两层之间无间隙。
[0085] 将玻璃纤维增强环氧树脂复合材料管外表面涂刷一层均匀的应力分散助剂，涂覆厚度为0.3cm，然后穿入到不锈钢管内，不锈钢管的长度大于玻璃纤维增强热固性增强材料管的长度，且预留长度20cm。
[0086] 对比例1与实施例1的不同之处在于，仅仅含有玻璃纤维增强聚氨酯复合材料管，玻璃纤维增强聚氨酯内层管的结构与实施例1相同。
[0087] 对比例2与实施例1的不同之处在于，玻璃纤维的含量为45%。
[0088] 对比例3与实施例1的不同之处在于，步骤三中不添加应力分散助剂，直接将玻璃纤维增强聚氨酯树脂复合材料管穿入到铝合金管内，进行预应力复合工艺。
[0089] 纵向拉伸强度和纵向拉伸弹性模量的检验依据GB/T 1447的规定。
[0090] 纵向弯曲强度和纵向弯曲弹性模量的检验依据GB/T 1449的规定。
[0091] 内层与外层的层间剪切强度的检验参照GB/T 1450.1 的方法，测试内层与外层的层间剪切强度。
[0092] 耐候性的检验应分别完成以下3种加速老化后，按GB/T 1449的规定检验试样的纵向弯曲强度，并计算纵向弯曲强度保留率。
[0093] a) 耐候老化：按GB/T 16422.3 的规定模拟产品在实际使用环境中暴露于日光下发生的自然老化效果，选用人工气候老化（方法A）或2 型（UVB‑313）灯（方法C）暴露循环至少1000h；
[0094] b) 盐雾老化：按GB/T 10125要求的中性盐雾试验（NSS）方法，老化至少1000h；
[0095] c) 湿热老化：按GB/T 2573要求的湿热试验方法，老化至少720h。
[0096]
[0097] 由以上实施例可知，本发明实施例提供的一种铁路桥梁护栏用新型增强及其制备方法，充分发挥了玻璃纤维增强增强材料及金属材料耐腐蚀的材料特性，通过预应力复合外层金属，在结构上进一步提高了的抗弯曲强度，在性能上解决玻璃纤维增强材料不耐紫外的缺点。
[0098] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
