[发明专利]复合材料结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料结构，尤其涉及一种由复合材料结构制成的检修盖，但不限于此。

背景技术

人孔盖一类的检修盖是在使用过程中承受较高荷载的结构，这种结构历来是由钢或铸铁制成的。众所周知，金属制人孔盖较重并且不易操纵。承重结构往往是用各种铸造方法制造而成的。用其中的一种方法制造的成品的金属为各向同性，除非该金属已用例如物理处理等形式的工艺铸造，才能产生各向异性。然而，在绝大多数情况下是不对金属结构进行处理的。因此，所用金属各向同性的特性通常要作为承重结构设计中的考虑因素。

图1示出了现有技术的金属制人孔盖下侧面的典型加强结构。其包括焊于顶板7下侧面的单个梁6。顶板7上还焊有四个小型梁8，各小型梁8的一端焊在单个梁6的两纵向侧面之一上。单个梁6承担由作用在人孔盖上的任何荷载产生的大部分弯曲应力。四个小型梁8起横梁的作用，并将荷载从梁6的一个纵向侧面处的第一小型梁8传给相对纵向侧面处的第二小型梁8。这是通过连接两个对置小型梁8的单个梁6完成的。

在这种结构中，如果是由例如结构用低碳钢制成，如4级热轧钢(HR4)，则材料的屈服抗拉强度将会达到175MN/m²。由作用在顶板7上的任意荷载产生的弯曲应力将沿单个梁6长度方向在单个梁6的外侧面6a上产生拉应力。同样，四个小型梁8也受到纵向上的张应力作用。小型梁8也会沿梁6的横向而在单个梁6中产生拉应力。由于材料为各向同性，单个梁6外侧面6a上的材料在梁横向上的抗拉强度与其纵向相同，即为175MN/m²。一般而言，检修盖材料能够承受考虑了材料的各向同性后的结构设计所确定的应力。

与金属相比，纤维复合材料本质上具有三个优点，即重量轻、热导值低且电阻值高。在检修盖制造业中，对于这些特征中的一个或多个有非常明确的要求。

近二十年来，纤维复合材料已经成功应用在人孔盖的制造中。在EP0147050B1的说明书中描述了复合人孔盖。该发明提供了一种结构，包括由腹板隔开的内外表面。外表面和腹板由纤维增强塑料材料制成。该结构在边缘处封闭，腹板间的间隙填有泡沫塑料材料。腹板中的纤维结构业已采用GB 2066308(剑桥咨询有限公司(CambridgeConsultants Limited))公开的三维编织技术作了进一步的改进。在EP0365579B1的说明书中描述了这种人孔盖的制造过程。

这种由长纤维连续丝，通常是指玻璃纤维或碳纤维，制成的这种复合材料，置于基质树脂内的特定结构中，可被布置成在特定的方向上具有特定的性能。例如，由复合玻璃纤维制成的梁的纵向拉力性能为500MN/m²，横向为150MN/m²。这些值受任一特定方向(纤维结构)放置的纤维量以及纤维的纤维容积分率(FVF)和特定结构影响。FVF表示特定体积中的纤维量，纤维数量越多，所获得的材料性能越高。高性能纤维复合材料的FVF一般为50％至60％。纤维通过摇晃或缝编而放入可用的结构中。该结构影响着复合材料的最终性能，虽然其影响力比纤维结构或FVF的影响力小。由于抗拉强度值较高，复合材料具有在制造承重结构时用料较少的优点。

如果用复合材料来制造图1中的人孔盖，沿单个梁6长度方向的抗拉强度可达500MN/m²。四个小梁8的纵向可获得相同的抗拉强度。由于单个梁6通常被设计成具有较高的纵向抗拉强度，单个梁6横向的，即与纵向垂直的方向的抗拉强度将会减小。该值最大通常可达150MN/m²。使用时，与单个梁6的各纵向面相邻的两个小梁8的荷载通过单个梁6相互传送。在同一方向上，单个梁6的抗拉强度明显小于小梁8。因此，与这种结构相关的问题在于位于与单个梁6的相对纵向面连接的各对小梁8的端部之间的单个梁6的区域为加强结构中强度较低的区域。所以需要其它的结构/梁来克服强度较低的问题。

一些人孔盖是用来盖住蒸汽管、热风管或热水管的检修口的。这种人孔盖和类似的承重结构需要在这些结构中设置孔形式的通气孔。目前广泛应用的上述外壳/腹板复合结构并不实用。现有技术中使用的另一种方法是设置板状的常规金属人孔盖，其下设置一承重结构，其中，在不包含承重结构的板的区域内可设置通气孔。

发明内容

本发明意在缓和并减轻上述问题，提供一种复合材料结构，其具有一种构造，该构造具有效加强结构，同时满足重量、导热和电阻要求并选择性地提供了检修盖上的通气孔。