一種新型防護密閉門的材料選擇及結構

賈彥明

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東廣州510010）

一種新型防護密閉門的材料選擇及結構

賈彥明

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東廣州510010）

防護門是人防工程中重要的地方，其材料及結構的選擇將影響整個人防工程的安全等級。簡單介紹了新型的防護密閉門材料及其結構，將玄武巖纖維復合材料作為板材，硬質聚氨酯作為夾芯材料，利用復合材料及夾層結構達到質輕、強度高、成本低等目的。

防護密閉門；材料；結構；人防工程

防護密閉門一般設置在人防工程出入口的最外側，能夠阻擋外界的沖擊波及應力等，有的也可以阻絕毒劑。國際上關于防護密閉門的材料已經(jīng)多元化，不再拘泥于鋼材及鋼筋混凝土，使防護密閉門的質量及性價比都大幅提高[1]。本文提出一種新的碳纖維復合材料，防護密閉門扇形門板選擇夾芯結構，夾芯結構的材料選擇硬質聚氨酯泡沫，能夠滿足防護密閉門的要求，同時具有質輕的優(yōu)勢。

1 防護密閉門的材料選擇

1.1 板材選擇

作為一種新興的結構材料，樹脂基纖維增強復合材料以其優(yōu)越的性能被廣泛應用于許多領域，其擁有高比強度與剛度、耐腐蝕、耐高溫及抗疲勞和破損等特點，成型工藝及熱膨脹等方面表現(xiàn)優(yōu)越，已經(jīng)被廣泛應用于航空、軍工以及各民用領域。

雖然Kevlar纖維增強復合材料（KFRP）的強度略大于碳纖維復合材料，與玄武巖纖維復合材料（BFRP）的比模量相比，CFRP也不占優(yōu)勢，然而由于夾層結構受到外界應力時，由材料的上下面板承擔著主要的面內(nèi)拉壓載荷作用，因此在選擇材料的時候主要考慮沖擊強度、壓縮強度及彎曲強度等。新材料CFRP在沖擊強度、壓縮強度和彎曲強度3方面的性能均優(yōu)越于其他材料，所以在防護密閉門門扇設計中選用CFRP材料作為板材，具有可靠的性能保障。

1.2 夾芯材料的選擇

夾芯材料在選取時，需要考慮強度、剛度、沖擊性能，還要求散熱性能良好，隔音降噪，化學穩(wěn)定性良好。夾層結構的面板材料可用復合材料、塑料板、鋁板、膠合板等，夾芯材料則有蜂窩夾芯、泡沫塑料和軟木等。其中，泡沫塑料是制造夾層結構的優(yōu)良材料[2]。

新型的泡沫材料，例如硬質聚氨酯（RPUR）具有密度低、成本小、易成型等特點，而且也可以緩沖撞擊與振蕩振幅等。鑒于RPUR材料的良好性能，在緊急狀態(tài)下，應用此種防護密閉門可以抵御武器爆炸的威脅，保護防御工程中的人員生命安全[3]。因此在防護密閉門的選擇上，可以選用RPUP泡沫作為內(nèi)填材料。表1為準靜態(tài)加載下RPUR材料的力學性能特征。

表1 準靜態(tài)加載下RPUR材料的力學性能特征

衡量材料發(fā)生彈性形變的主要指標就是彈性模量，如果數(shù)值越大，那么要使材料產(chǎn)生彈性形變所需應力就也要越大。衡量零件本身承載能力的主要指標為強度，如表1所示，材料密度越大，RUPR材料對應的彈性模量、強度越大。

考慮到實際防護密閉門芯材承受的應力主要為橫向剪應力，因此防護密閉門夾芯材料采用密度為500 kg/m3的RUPR泡沫材料。

2 防護密閉門的結構

2.1 夾層結構的受力方式

利用夾層結構可以使復合材料的結構強度達到人防工程要求的防護要求，夾層結構可以形象地看作“三明治”，兩層有板或殼體材料，在兩層中間有合適的芯層，兩層的板體被稱為面板或蒙皮，其厚度與芯層相比要小很多，面板與夾芯之間通過膠接使兩種材料復合起來，黏結層使芯層結構及面板結構接觸良好，達到復合材料整體的強度要求。夾層結構早在二戰(zhàn)時期的英國飛機上就有使用，能夠使整個結構質輕且強度高。

夾層結構的復合材料在受到外力作用時，內(nèi)部的載荷傳遞方式與工字鋼的載荷傳遞方式相同。當夾層結構受到外界應力作用時，其受力方式如圖1所示。兩層面板受到的是拉、壓應力及各自對應的剪應力，夾芯結構受到的主要是剪切應力，在這個過程中，夾芯結構不僅連接兩層面板，還支撐起整個面板結構。芯層的加入使整個材料結構的質量大幅度降低，同時提高材料結構整體的強度。芯層結構在材料整體受到外力作用時承受剪切應力，從而提高材料結構的彎曲強度。

圖1 夾層結構受力方式

2.2 夾層結構的生產(chǎn)方法

目前，夾層結構的生產(chǎn)方法有預制黏結法和現(xiàn)場澆注整體成型法兩種。預制黏結法一般適用于外形簡單的制品，可以批量生產(chǎn)?！邦A制”顧名思義，首先分別將面板及夾芯材料按照設計要求制造好，之后利用黏接的方式使兩面板與夾層連接在一起。實際中，需根據(jù)不同的防護密閉門設計選擇最優(yōu)的黏接方法和黏結劑，并且選擇合適的成型壓力。

2.3 夾層結構防護密閉門實例

杜志全[4]2010年時就將玄武巖纖維復合材料作為板材，硬質聚氨酯作為夾芯材料，設計制作了高2.08 m、寬1.08 m、厚10 cm的防護密閉門，其門扇質量只有0.5 t，比起4 t的全鋼質量降低了很多。上下面板的等效應力最大處在40.072～50.071 MPa之間，防護密閉門整體質量輕、強度大。

3 結論

防護密閉門作為人防工程中的重要設施，其力學性能決定了人防工程的安全等級。防護密閉門的材料最開始為鋼筋混凝土、鋼材，隨著新型材料的不斷發(fā)展，相關領域逐漸使用樹脂基纖維增強材料等新型復合材料。同時，防護密閉門的結構也相應地改為夾層結構。玄武巖纖維復合材料具有優(yōu)異的壓縮強度、彎曲強度和沖擊強度，是較理想的面板材料，在受到外力時承擔應力及剪應力，夾芯材料選取能吸收動能、質量輕、成本低的硬質聚氨酯泡沫材料。整個防護密閉門不僅能達到所需的力學性能，還具有成本低、質量輕的優(yōu)勢。

［1］岳金.碳纖維復合材料防護門抗沖擊性能研究［D］.武漢：武漢理工大學，2015.

［2］同濟大學航空航天與力學學院復合材料與結構研究所.磁浮列車用復合材料泡沫夾層結構中的泡沫芯材選擇［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

［3］何偉，張冬梅，于燁平.淺談硬質聚氨酯泡沫塑料在軍事偽裝中的應用［J］.聚氨酯工業(yè)，2003，18（3）：25.

［4］杜志全.新型輕質防護密閉門門扇的設計與分析［D］.武漢：武漢理工大學，2010.

〔編輯：劉曉芳〕

3.3 加大政策扶持力度，整合多方資源

要結合示范區(qū)的建設試點情況來創(chuàng)新財政與保險機制。對于達到條件標準的地區(qū)應當加緊建設，而對于并未達成條件的，則要盡快出臺經(jīng)濟扶持政策，盡可能地提升資金運用效率。此外，對于財政資金的分配，還要優(yōu)先考慮基礎設施建設與功能完善，以此來為后續(xù)更有難度的建設工作打好基礎。應在示范區(qū)內(nèi)單獨設立金融與保險網(wǎng)點，地方政府也要鼓勵地方上的金融機構積極地參與進來，通過貼息方式來對金融機構予以扶持，同時，還要為融資方提供擔保資金，以此來改善示范區(qū)建設的融資難問題。

3.4 推動示范區(qū)建設與產(chǎn)業(yè)融合相結合

要進一步加大對示范區(qū)種養(yǎng)業(yè)結構的優(yōu)化力度，結合建設現(xiàn)狀來構建“隔二連三”“接二連三”的聯(lián)動發(fā)展機制，將農(nóng)林牧漁、種植養(yǎng)殖緊密地結合到一起；圍繞農(nóng)產(chǎn)品加工盡快落實廣西特色的品牌活動，對原有的農(nóng)產(chǎn)品加工結構進行優(yōu)化、轉型；將示范區(qū)建設納入到廣西地區(qū)城鄉(xiāng)發(fā)展的總體規(guī)劃目標中，從根本上發(fā)揮出示范區(qū)的輻射作用與榜樣作用，以此來達到城鄉(xiāng)和諧發(fā)展的最終目的。

3.5 推動示范區(qū)建設與農(nóng)科技創(chuàng)新應用結合

要積極引進創(chuàng)新驅動戰(zhàn)略方針，將示范區(qū)建設的科技成果轉變?yōu)榈胤睫r(nóng)業(yè)的發(fā)展動力，以此來達到節(jié)約成本、增加經(jīng)濟效益、減少資源損耗的最終目的；要提升示范區(qū)的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展速度，運用地方政府所給出的財政支持來置辦先進的農(nóng)業(yè)機械設備；積極建設“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展體系，構建示范區(qū)的農(nóng)業(yè)電商交易平臺，完善線下物流配送體系，將物聯(lián)網(wǎng)的積極作用淋漓盡致地發(fā)揮出來。

參考文獻：

［1］黃秀杰，何樹群.國內(nèi)外現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀及其研究綜述［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學，2014（07）.

［2］譚澤林，李耀忠.“十三五”廣西現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展思路［J］.南方農(nóng)業(yè)學報，2015，46（05）.

〔編輯：張思楠〕

TD79+2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.097

2095－6835（2017）19－0097－02

賈彥明（1987—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，本科，主要研究方向為人防防護設備設計。