高分子复合材料

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1、高分子复合材料在地铁工程中的应用技术摘　要　通过对高分子复合材料进行改性(调整树脂的分子结构及材料组成),使材料具有良好的防火性能、耐高温性能及抗电化腐蚀性能,成为高性能的热固性复合材料。在地铁的地下工程中采用该类材料制作的疏散平台可从根本上改变地铁火灾状态下的疏散模式,对提高地铁结构的使用寿命及安全性都具有重要的作用。关键词　高分子复合材料　改性　地铁工程　运营安全性1　采用复合材料的必要性和迫切性1.1　有效地解决金属支架带来的腐蚀问题地铁隧道潮湿环境和采用走行轨回流的工况使遂道内的金属支架和构件非常容易腐蚀,当这种腐蚀情况不断恶化会成为影响地铁运营

2、安全的一个隐患。解决隧道内金属支架及构件的腐蚀问题,已成为国内外地铁领域普遍关注的重点问题之一。高分子复合材料是一种耐腐蚀的绝缘材料,用它制造各类支架和构件能有效地解决腐蚀问题,降低运营成本。1.2　有效地实现绝缘安装,防止腐蚀地铁的主体结构钢筋发生的电化腐蚀是构成地铁运营安全的另一隐患。据报道,国内外不少地铁遂道已出现主体结构钢筋因电化腐蚀而导致混凝土保护层起拱、剥落,不得不进行全面的维修。这在夜间只停运4～5h的地铁隧道内进行这样大规模的结构维修不仅难度大,而且对地铁的正常运营会产生严重的干扰。按照《地铁杂散电流防护设计规范》的规定,为了有效地防止地

3、铁隧道结构钢筋在杂散电流的作用下发生腐蚀,结构钢筋和钢轨与地之间必须有足够的绝缘电阻。然而,出于对人身和设备的安全考虑,设计规范又规定各类金属支架和构件必须接地。工程实践证明,能同时满足上述两项要求的唯一方法就是采用绝缘法来安装隧道内的全部金属支架和构件。然而,绝缘安装不仅造价高、而且在大规模施工安装中绝缘套的破损是难以避免的。因此,“绝缘法安装”这一防护杂散电流的措施在实际工程中效果不能保证,迄今为止基本上未被采用。而采用高分子复合材料制造的各类支架和构件,由于它所具有的良好绝缘性能,实质上已有效实现了绝缘安装。1.3　为地铁应用与推广新技术奠定良好的

4、基础为更有利于列车事故状态下从区间隧道内组织乘客尽快疏散,广州地铁3号线和4号线已改变从列车车头疏散乘客的方式,而采用组织乘客从侧门离开列车,并通过安装在隧道侧壁上的疏散平台进行疏散。新增设的疏散平台如采用钢结构及混凝土板来制造,不仅平台结构体重大,安装时对隧道结构的损伤较大,而且由于安装工序较多,将影响其上下方所需安装的电缆支架及电缆敷设的作业时间安排,使隧道内的空间分配与作业时间更显紧张。如疏散平台采用高性能的轻质材料———高分子复合材料制作的“支架与疏散平台一体化组合构件”不仅可减少对隧道结构的损伤,而且可以一次性地把平台与电缆支架一起安装,有效地

5、解决了隧道内多工种交叉作业的矛盾。2　高分子复合材料的主要特性复合材料一般由基体材料和增强材料两大组分构成,各组分材料之间具有明显的界面,宏观上呈现出“各向异性”的特征。复合材料按其基体材料的性质可分为金属基复合材料、无机非金属基复合材料和有机(树脂基)基复合材料三大类。高分子复合材料的基本性能主要由其基体材料决定,而机械性能则主要取决于增强纤维的性质、用量及铺设方式。而合理的成型工艺则能使基体材料与增强材料各自的优良性能在复合材料中充分表现出来。2.1　性能的可设计性常规材料由于有固定的物质成份,因此就有相对固定的性能,而热固性复合材料没有特定的物质成

6、份,所以也就没有固定的性能。实际应用中往往根据使用对象对材料性能和形状的要求来选择其基体材料、增强材料和成型工艺。也就是说,复合材料的性能是可设计的。由于复合材料的性能可设计,使其应用范围很广,例如,可以根据使用环境条件的要求设计出防腐、保温、透光等材料,也可根据使用功能要求设计出轻质、高强、绝缘、导电、透波、吸波及耐磨等材料,以及可对外界环境变化做出反应的“机敏”复合材料。2.2　结构形状无限制热固性复合材料的成型工艺与钢材和木材等传统材料不同。利用热固性复合材料的树脂改性技术和加工工艺,即可设计出耐高温性能、防火性能优异的复合材料与满足结构性能的构件

7、。3　应用于地铁的热固性复合材料地铁隧道特殊的环境和特殊的工况对材料性能要求比较高,归纳起来主要有以下几个方面:材料耐腐蚀性能、良好的防火性能、满足消防要求;具有足够的机械强度和绝缘强度;具轻质高强、较易加工或组合成型,以满足不同地段所制造的所需的规格与尺寸;具有较长的使用寿命,减少更换次数,才能保证地铁的安全运营。3.1　提高热固性复合材料性能的主要途径通过研究树脂基体的改性、玻璃纤维增强材料的敷设方式,以及依靠制作工艺的改进来提高热固性复合材料的性能,使其性能和造价均能满足地铁工程的要求。(1)通过调整树脂的分子结构及材料组成获得具有较好防火性能及耐

8、热性能的复合材料。(2)合理设计增强纤维的用量及铺设形式,获得理想的力学性能并降