一种新型防护密闭门的材料选择及结构

贾彦明

（广州地铁设计研究院有限公司，广东广州510010）

一种新型防护密闭门的材料选择及结构

贾彦明

（广州地铁设计研究院有限公司，广东广州510010）

防护门是人防工程中重要的地方，其材料及结构的选择将影响整个人防工程的安全等级。简单介绍了新型的防护密闭门材料及其结构，将玄武岩纤维复合材料作为板材，硬质聚氨酯作为夹芯材料，利用复合材料及夹层结构达到质轻、强度高、成本低等目的。

防护密闭门；材料；结构；人防工程

防护密闭门一般设置在人防工程出入口的最外侧，能够阻挡外界的冲击波及应力等，有的也可以阻绝毒剂。国际上关于防护密闭门的材料已经多元化，不再拘泥于钢材及钢筋混凝土，使防护密闭门的质量及性价比都大幅提高[1]。本文提出一种新的碳纤维复合材料，防护密闭门扇形门板选择夹芯结构，夹芯结构的材料选择硬质聚氨酯泡沫，能够满足防护密闭门的要求，同时具有质轻的优势。

1 防护密闭门的材料选择

1.1 板材选择

作为一种新兴的结构材料，树脂基纤维增强复合材料以其优越的性能被广泛应用于许多领域，其拥有高比强度与刚度、耐腐蚀、耐高温及抗疲劳和破损等特点，成型工艺及热膨胀等方面表现优越，已经被广泛应用于航空、军工以及各民用领域。

虽然Kevlar纤维增强复合材料（KFRP）的强度略大于碳纤维复合材料，与玄武岩纤维复合材料（BFRP）的比模量相比，CFRP也不占优势，然而由于夹层结构受到外界应力时，由材料的上下面板承担着主要的面内拉压载荷作用，因此在选择材料的时候主要考虑冲击强度、压缩强度及弯曲强度等。新材料CFRP在冲击强度、压缩强度和弯曲强度3方面的性能均优越于其他材料，所以在防护密闭门门扇设计中选用CFRP材料作为板材，具有可靠的性能保障。

1.2 夹芯材料的选择

夹芯材料在选取时，需要考虑强度、刚度、冲击性能，还要求散热性能良好，隔音降噪，化学稳定性良好。夹层结构的面板材料可用复合材料、塑料板、铝板、胶合板等，夹芯材料则有蜂窝夹芯、泡沫塑料和软木等。其中，泡沫塑料是制造夹层结构的优良材料[2]。

新型的泡沫材料，例如硬质聚氨酯（RPUR）具有密度低、成本小、易成型等特点，而且也可以缓冲撞击与振荡振幅等。鉴于RPUR材料的良好性能，在紧急状态下，应用此种防护密闭门可以抵御武器爆炸的威胁，保护防御工程中的人员生命安全[3]。因此在防护密闭门的选择上，可以选用RPUP泡沫作为内填材料。表1为准静态加载下RPUR材料的力学性能特征。

表1 准静态加载下RPUR材料的力学性能特征

衡量材料发生弹性形变的主要指标就是弹性模量，如果数值越大，那么要使材料产生弹性形变所需应力就也要越大。衡量零件本身承载能力的主要指标为强度，如表1所示，材料密度越大，RUPR材料对应的弹性模量、强度越大。

考虑到实际防护密闭门芯材承受的应力主要为横向剪应力，因此防护密闭门夹芯材料采用密度为500 kg/m³的RUPR泡沫材料。

2 防护密闭门的结构

2.1 夹层结构的受力方式

利用夹层结构可以使复合材料的结构强度达到人防工程要求的防护要求，夹层结构可以形象地看作“三明治”，两层有板或壳体材料，在两层中间有合适的芯层，两层的板体被称为面板或蒙皮，其厚度与芯层相比要小很多，面板与夹芯之间通过胶接使两种材料复合起来，黏结层使芯层结构及面板结构接触良好，达到复合材料整体的强度要求。夹层结构早在二战时期的英国飞机上就有使用，能够使整个结构质轻且强度高。

夹层结构的复合材料在受到外力作用时，内部的载荷传递方式与工字钢的载荷传递方式相同。当夹层结构受到外界应力作用时，其受力方式如图1所示。两层面板受到的是拉、压应力及各自对应的剪应力，夹芯结构受到的主要是剪切应力，在这个过程中，夹芯结构不仅连接两层面板，还支撑起整个面板结构。芯层的加入使整个材料结构的质量大幅度降低，同时提高材料结构整体的强度。芯层结构在材料整体受到外力作用时承受剪切应力，从而提高材料结构的弯曲强度。

图1 夹层结构受力方式

2.2 夹层结构的生产方法

目前，夹层结构的生产方法有预制黏结法和现场浇注整体成型法两种。预制黏结法一般适用于外形简单的制品，可以批量生产。“预制”顾名思义，首先分别将面板及夹芯材料按照设计要求制造好，之后利用黏接的方式使两面板与夹层连接在一起。实际中，需根据不同的防护密闭门设计选择最优的黏接方法和黏结剂，并且选择合适的成型压力。

2.3 夹层结构防护密闭门实例

杜志全[4]2010年时就将玄武岩纤维复合材料作为板材，硬质聚氨酯作为夹芯材料，设计制作了高2.08 m、宽1.08 m、厚10 cm的防护密闭门，其门扇质量只有0.5 t，比起4 t的全钢质量降低了很多。上下面板的等效应力最大处在40.072～50.071 MPa之间，防护密闭门整体质量轻、强度大。

3 结论

防护密闭门作为人防工程中的重要设施，其力学性能决定了人防工程的安全等级。防护密闭门的材料最开始为钢筋混凝土、钢材，随着新型材料的不断发展，相关领域逐渐使用树脂基纤维增强材料等新型复合材料。同时，防护密闭门的结构也相应地改为夹层结构。玄武岩纤维复合材料具有优异的压缩强度、弯曲强度和冲击强度，是较理想的面板材料，在受到外力时承担应力及剪应力，夹芯材料选取能吸收动能、质量轻、成本低的硬质聚氨酯泡沫材料。整个防护密闭门不仅能达到所需的力学性能，还具有成本低、质量轻的优势。

［1］岳金.碳纤维复合材料防护门抗冲击性能研究［D］.武汉：武汉理工大学，2015.

［2］同济大学航空航天与力学学院复合材料与结构研究所.磁浮列车用复合材料泡沫夹层结构中的泡沫芯材选择［M］.北京：冶金工业出版社，2005.

［3］何伟，张冬梅，于烨平.浅谈硬质聚氨酯泡沫塑料在军事伪装中的应用［J］.聚氨酯工业，2003，18（3）：25.

［4］杜志全.新型轻质防护密闭门门扇的设计与分析［D］.武汉：武汉理工大学，2010.

〔编辑：刘晓芳〕

3.3 加大政策扶持力度，整合多方资源

要结合示范区的建设试点情况来创新财政与保险机制。对于达到条件标准的地区应当加紧建设，而对于并未达成条件的，则要尽快出台经济扶持政策，尽可能地提升资金运用效率。此外，对于财政资金的分配，还要优先考虑基础设施建设与功能完善，以此来为后续更有难度的建设工作打好基础。应在示范区内单独设立金融与保险网点，地方政府也要鼓励地方上的金融机构积极地参与进来，通过贴息方式来对金融机构予以扶持，同时，还要为融资方提供担保资金，以此来改善示范区建设的融资难问题。

3.4 推动示范区建设与产业融合相结合

要进一步加大对示范区种养业结构的优化力度，结合建设现状来构建“隔二连三”“接二连三”的联动发展机制，将农林牧渔、种植养殖紧密地结合到一起；围绕农产品加工尽快落实广西特色的品牌活动，对原有的农产品加工结构进行优化、转型；将示范区建设纳入到广西地区城乡发展的总体规划目标中，从根本上发挥出示范区的辐射作用与榜样作用，以此来达到城乡和谐发展的最终目的。

3.5 推动示范区建设与农科技创新应用结合

要积极引进创新驱动战略方针，将示范区建设的科技成果转变为地方农业的发展动力，以此来达到节约成本、增加经济效益、减少资源损耗的最终目的；要提升示范区的农业机械化发展速度，运用地方政府所给出的财政支持来置办先进的农业机械设备；积极建设“互联网+”现代农业发展体系，构建示范区的农业电商交易平台，完善线下物流配送体系，将物联网的积极作用淋漓尽致地发挥出来。

参考文献：

［1］黄秀杰，何树群.国内外现代农业园区发展现状及其研究综述［J］.广东农业科学，2014（07）.

［2］谭泽林，李耀忠.“十三五”广西现代农业面临的挑战与发展思路［J］.南方农业学报，2015，46（05）.

〔编辑：张思楠〕

TD79+2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.097

2095－6835（2017）19－0097－02

贾彦明（1987—），男，内蒙古赤峰人，本科，主要研究方向为人防防护设备设计。