一种高铁用碳纤维复合材料排障板制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高铁用碳纤维复合材料排障板，属于排障板技术领域，由外到内依次包括表面耐冲击层、中间强化层和内部刚性结构层，其中：所述表面耐冲击层由热塑性泡沫树脂基体增强碳纤维混杂多维织物构成，所述中间强度层由碳纤维混杂二维编织织物增强热塑性树脂基体构成，所述内部刚性结构层由高模量碳纤维二维织物增强热固性树脂基体构成。本实用新型专利技术的高铁用碳纤维复合材料排障板自重轻，可有效防止列车高速运行过程中的冲击或撞击，保证车头不被损失，能够提高高铁头车壳体的结构完整性和使用寿命。

A Carbon Fiber Composite Barrier Plate for High Iron

The utility model discloses a carbon fiber composite material baffle plate for high speed rail, which belongs to the technical field of baffle plates, and comprises a surface impact resistant layer, an intermediate strengthening layer and an internal rigid structure layer from outside to inside, wherein the surface impact resistant layer is composed of a thermoplastic foam resin matrix reinforced by carbon fiber and a multi-dimensional fabric, and the intermediate strength layer is made of carbon fiber mixed with two dimensional weaving. The inner rigid structure layer is composed of a two-dimensional high modulus carbon fiber fabric reinforced thermosetting resin matrix. The carbon fiber composite barrier plate for high-speed railway of the utility model has light weight, can effectively prevent the impact or impact in the process of high-speed train operation, ensure that the headstock is not lost, and can improve the structural integrity and service life of the headstock shell of high-speed railway.

【技术实现步骤摘要】
一种高铁用碳纤维复合材料排障板
本技术涉及排障板
，特别是指一种高铁用碳纤维复合材料排障板。
技术介绍
动车或者高铁的运行速度高，安全要求高，在列车高速运行过程中，轨道上的任何障碍物均可能损伤列车，甚至导致列车脱轨，引起安全事故，因此在列车的头车需要设置排除障碍物的装置，即排障装置。排障装置是高速列车的头车前端非常重要的组成部分，主要安装在头车车体的前端下部，在列车高速运行过程中排除轨道内侧的障碍物或者前端冲击的障碍物，如雪、沙粒、石块等。当障碍物与排障装置发生撞击时，排障装置可以吸收部分冲击能量，缓冲对车辆的直接冲击，保障列车的运行安全性和舒适性。在排障装置中，最主要的耐冲击和强度保持装置为其中的排障板，这也是排障装置中的最为重要的组成部分。传统的排障板主要以铝合金叠层板状材料为缓冲板，同时配合圆管金属结构来提高冲击能量的吸收率，但是金属材质自身的密度较大，自重带来了头车整体的机动性和行驶速度的限制，为了解决以上问题，本技术采用复合材料叠层结构制备高铁头车的排障板，通过不同层合结构的组合，可有效防止列车高速运行过程中的雪、沙、飞鸟、石块以及其他硬质物体的冲击或撞击，有效保证头车壳体的不被损伤，提高头车壳体的结构完整性和使用寿命。
技术实现思路
本技术提供一种自重轻，可有效防止列车高速运行过程中的冲击或撞击，保证车头不被损伤，能够提高高铁头车壳体的结构完整性和使用寿命的高铁用碳纤维复合材料排障板。为解决上述技术问题，本技术提供技术方案如下：本技术提供一种高铁用碳纤维复合材料排障板，由外到内依次包括表面耐冲击层、中间强度层和内部刚性结构层，其中：所述表面耐冲击层由热塑性泡沫树脂基体增强碳纤维混杂多维织物构成，所述中间强度层由碳纤维混杂二维编织织物增强热塑性树脂基体构成，所述内部刚性结构层由高模量碳纤维二维织物增强热固性树脂基体构成。进一步的，所述表面耐冲击层中的多维织物为二维纤维织物结构或三维织物结构。进一步的，所述二维纤维织物结构为平纹或斜纹，所述三维织物结构为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向。进一步的，所述表面耐冲击层的纤维材料包括主体纤维和辅助纤维，主体纤维为碳纤维，辅助纤维为芳纶纤维或UHMWPE纤维，碳纤维为T300、T700、T800或T1000，主体纤维和辅助纤维的比例为2:1-10:1。进一步的，所述表面耐冲击层中树脂基体为泡沫结构热塑性树脂基体，泡沫的孔隙率占基体总体积的20％-40％，热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚醚酮、聚醚醚酮或聚苯硫醚，所用的发泡材料为空心玻璃微球，所述表面耐冲击层中树脂的含量为30％-50％。进一步的，所述中间强度层中二维编织织物为平纹、斜纹或缎纹，所述中间强度层中的纤维包括主体纤维和辅助纤维，主体纤维为碳纤维，辅助纤维为芳纶纤维、UHMWPE纤维、氧化铝纤维、碳化硼纤维、氮化硼纤维、碳化硅纤维或氧化锆纤维，所述主体纤维与辅助纤维的比例为2:1-10:1。进一步的，所述中间强度层中热塑性树脂基体的树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚醚酮、聚醚醚酮或聚苯硫醚，所述中间强度层的树脂的含量为30％-50％。进一步的，所述内部刚性结构层中二维织物为平纹、斜纹或缎纹，所述内部刚性结构层中高模量碳纤维为M40、M40J、M50、M50J、M60或M60J。进一步的，所述内部刚性结构层的热固性树脂为不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂或双马来酰亚胺树脂，所述热固性树脂的含量为30％-50％。本技术具有以下有益效果：本技术的高铁用碳纤维复合材料排障板，由外到内依次包括表面耐冲击层、中间强度层和内部刚性结构层，表面耐冲击层由热塑性泡沫树脂基体增强碳纤维混杂多维织物构成，中间强度层由碳纤维混杂二维编织织物增强热塑性树脂基体构成，内部刚性结构层由高模量碳纤维二维织物增强热固性树脂基体构成，通过不同层合结构的组合，自重轻，并且可有效防止列车高速运行过程中雪、沙、飞鸟、石块以及其他硬质物体的冲击或撞击，有效保证了高铁头车壳体不被损伤，提高了壳体的结构完整性和使用寿命。附图说明图1为本技术的高铁用碳纤维复合材料排障板的整体结构示意图，其中，1-表面耐冲击层，2-中间强度层，3-内部刚性结构层。具体实施方式为使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本技术提供一种高铁用碳纤维复合材料排障板，如图1所示，由外到内依次包括表面耐冲击层1、中间强度层2和内部刚性结构层3，其中：表面耐冲击层1由热塑性泡沫树脂基体增强碳纤维混杂多维织物构成，中间强度层2由碳纤维混杂二维编织织物增强热塑性树脂基体构成，内部刚性结构层3由高模量碳纤维二维织物增强热固性树脂基体构成。本技术的高铁用碳纤维复合材料排障板，由外到内依次包括表面耐冲击层、中间强度层和内部刚性结构层，表面耐冲击层由热塑性泡沫树脂基体增强碳纤维混杂多维织物构成，中间强度层由碳纤维混杂二维编织织物增强热塑性树脂基体构成，内部刚性结构层由高模量碳纤维二维织物增强热固性树脂基体构成，通过不同层合结构的组合，自重轻，并且可有效防止列车高速运行过程中雪、沙、飞鸟、石块以及其他硬质物体的冲击或撞击，有效保证了高铁头车壳体不被损伤，提高了壳体的结构完整性和使用寿命。下面结合具体实施例进行进一步说明本技术的特征和细节，但所列过程和数据并不意味着对本技术范围的限制。实施例1：本实施例中的排障板由外到内由表面耐冲击层、中间强度层和内部刚性结构层三部分构成，其中表面耐冲击层采用平纹预制体结构，预制体以T300碳纤维为主体纤维，芳纶纤维为辅助纤维，其中碳纤维与辅助纤维混杂比例为2:1，选用聚乙烯为泡沫基体树脂主体原料，以空心玻璃微球为发泡材料，最终泡沫孔隙占基体总体积的20％，表面耐冲击层的树脂含量为整个耐冲击层的30％；中间强度层采用T700碳纤维为主体纤维，UHMWPE纤维为辅助纤维，主体纤维与辅助纤维比例在3:1，混杂纤维的二维织物选用斜纹结构，基体选用聚丙烯，中间强度层的树脂含量为30％；内部刚性结构层采用M40高模量碳纤维的缎纹织物为增强结构，以不饱和聚酯树脂为基体，内部刚性层的树脂含量为50％。实施例2：本实施例中的排障板由外到内由表面耐冲击层、中间强度层和内部刚性结构层三部分构成，其中表面耐冲击层采用斜纹预制体结构，预制体以T800碳纤维为主体纤维，UHMWPE纤维为辅助纤维，其中碳纤维与辅助纤维混杂比例为4:1，选用聚氯乙烯为泡沫基体树脂主体原料，以空心玻璃微球为发泡材料，最终泡沫孔隙占基体总体积的30％，表面耐冲击层的树脂含量为整个耐冲击层的40％；中间强度层采用T800碳纤维为主体纤维，氧化铝纤维为辅助纤维，主体纤维与辅助纤维比例在5:1，混杂纤维的二维织物选用缎纹结构，基体选用聚氨酯，中间强度层的树脂含量为45％；内部刚性结构层采用M40J高模量碳纤维的缎纹织物为增强结构，以酚醛树脂为基体，内部刚性层的树脂含量为35％。实施例3：本实施例中的排障板由外到内由表面耐冲击层、中间强度层和内部刚性结构层三部分构成，其中表面耐冲击层采用三维五向预制体结构，预制体以T1000碳纤维为主体纤维，芳纶纤维为辅助纤维，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高铁用碳纤维复合材料排障板，其特征在于，由外到内依次包括表面耐冲击层、中间强度层和内部刚性结构层，其中：所述表面耐冲击层由热塑性泡沫树脂基体增强碳纤维混杂多维织物构成，所述中间强度层由碳纤维混杂二维编织织物增强热塑性树脂基体构成，所述内部刚性结构层由高模量碳纤维二维织物增强热固性树脂基体构成。

【技术特征摘要】
1.一种高铁用碳纤维复合材料排障板，其特征在于，由外到内依次包括表面耐冲击层、中间强度层和内部刚性结构层，其中：所述表面耐冲击层由热塑性泡沫树脂基体增强碳纤维混杂多维织物构成，所述中间强度层由碳纤维混杂二维编织织物增强热塑性树脂基体构成，所述内部刚性结构层由高模量碳纤维二维织物增强热固性树脂基体构成。2.根据权利要求1所述的高铁用碳纤维复合材料排障板，其特征在于，所述表面耐冲击层中的多维织物为二维纤维织物结构或三维织物结构。3.根据权利要求2所述的高铁用碳纤维复合材料排障板，其特征在于，所述二维纤维织物结构为平纹或斜纹，所述三维织物结构为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向。4.根据权利要求3所述的高铁用碳纤维复合材料排障板，其特征在于，所述表面耐冲击层的纤维材料包括主体纤维和辅助纤维，主体纤维为碳纤维，辅助纤维为芳纶纤维或UHMWPE纤维，碳纤维为T300、T700、T800或T1000。5.根据权利要求4所述的高铁用碳纤维复合材料排障板，其特征在于，所述表面耐冲击层中树脂基体为泡沫结构热塑性树脂基体，泡沫的孔隙...

【专利技术属性】
技术研发人员：高学平，虞军伟，朱波，乔琨，赵圣尧，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37