一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门

技术领域

本发明涉及防护技术领域，具体涉及一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门。

背景技术

抗爆门是对爆炸破坏具有一定防护作用的防护设备，旨在抵抗各种蓄意破坏性和偶然性爆炸冲击波作用并有效阻止爆炸危害蔓延，保护人员生命安全和财产完好。抗爆门一般需要根据防护要求进行分析设计后，采用合适的材料制作，并配以高性能的五金配件，用以满足安全和使用要求。现有抗爆门一般由钢材制成，材料形式单一，结构连接构造薄弱，且重量较重，在搬运、运输以及安装过程中都较为费时费力。

现有抗爆门结构的连接构造薄弱。钢制抗爆门的结构构造主要为面板与龙骨之间的螺栓连接或焊接，内部为空心状。在爆炸冲击作用下抗爆门易出现结构连接处松动、震动强烈、噪声大等问题，综合防护性能较差。

现有抗爆门重量较重，不利于搬运、运输和安装；钢制抗爆门的防潮、防锈等环境适应性差。

因此如何对抗爆门进行设计，使得其在保证抗爆性能以及承载能力的的基础上，同时具备轻量化、缓冲吸能和抗爆炸冲击性能，是当前抗爆门未解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门，该抗爆门通过优化点阵夹芯结构布局并与专门配制的聚合物填充材料按一定工艺要求整体注塑成型，具有承载力高、重量轻、抗爆性能好等优异性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门，包括门扇、门框、闭锁以及铰页。

门扇为矩形，由点阵夹芯结构制作而成，门扇的一侧通过铰页与门框铰接，另一侧通过闭锁与门框连接，四边均支承于门框一侧。

点阵夹芯结构包括金属外壳、点阵支撑元件和填充聚合物。

金属外壳为具有平行的上下面板的金属壳体；

点阵支撑元件是由多个元构件按照点阵式空间排列方式组合而成；点阵支撑元件固定在金属外壳的上下面板之间；每个元构件支撑在金属外壳的上下面板之间。

点阵支撑元件以及金属外壳之间填充填充聚合物。

进一步地，元构件为杆式构件；每个元构件由2个杆端部相连组成，2个杆之间具有一定角度；元构件的2个杆未连接端为两支点，则元构件的放置方式有连接端部向上和两支点向上两种方式；元构件按照点阵式空间排列方式组合时，在横向，相邻元构件放置方向相同；在纵向，相邻元构件放置方向相反。

进一步地，元构件为杆式构件；每个元构件由4个杆端部相连组成，4个杆之间具有一定角度；元构件的4个杆未连接端为四支点，则元构件的放置方式有连接端部向上和四支点向上两种方式；元构件按照点阵式空间排列方式组合时，在横向，相邻元构件放置方向相同；在纵向，相邻元构件放置方向相反。

进一步地，元构件为板构件；每个元构件由2个平板侧边相连组成，2个平板之间具有一定角度；元构件的2个平板未连接侧边为两支撑边，则元构件的放置方式有连接侧边向上和支撑边向上两种方式；元构件按照点阵式空间排列方式组合时，在横向，相邻元构件放置方向相同；在纵向，相邻元构件放置方向相反。

进一步地，填充聚合物为聚氨酯泡沫；聚氨酯泡沫由组合聚醚A料与异氰酸酯B料两组分组成，比例为A料:B料＝1:1.1～1.2；填充聚合物填充在点阵支撑元件以及金属外壳之间，定型后其填充密度不低于110kg/m3。

本发明的另外一个实施例还提供了一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门制备方法，制备上述一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门，包括如下步骤：

步骤1：按照抗爆门中金属外壳的尺寸对金属型材采用激光机进行切割下料，其中金属外壳的下面板进行折弯形成抗爆门侧面并焊接成型，金属外壳的上面板预留塞焊孔。

步骤2：制作点阵支撑元件；若为杆式构件，则在拉筋弯制工装上采用火焰加热杆头部弯制拉筋成型获得元构件；若为板式结构则利用激光切割钢板进行元构件的制作。

步骤3；将金属外壳的下面板与点阵支撑元件组装焊接：将折弯好的下面板适当点焊固定于工作平台上，将点阵支撑元件布置于金属外壳的下面板上并点焊固定，得到下面板组合体。

步骤4；将金属外壳上面板置于工作平台上适当点焊固定，将下面板组合体倒扣于金属外壳的上面板上，获得门扇骨架。

步骤5：对门扇骨架进行酸洗和磷化处理。

步骤6：在点阵支撑元件以及金属外壳之间填充填充聚合物。

步骤7：最后进行防腐防锈处理，并对抗爆门进行整体检测。

进一步地，步骤6中，在点阵支撑元件以及金属外壳之间填充填充聚合物，具体填充方式为：

门扇中的金属外壳、点阵支撑元件组成门扇骨架。

工装平台包括上模板、下模板、限位挡板、限位器、螺钉、压板、注喷孔以及排气孔。

门扇骨架通过限位挡板和限位器固定在下模板上，2个限位挡板分别置于下模板的两侧边，多个限位器等间隔设置于限位挡板的侧边。

上模板上设置纵向压板，压板两侧分别设置螺孔，螺钉安装于限位挡板，螺钉与螺孔配合将上下模板固定安装；上模板上适当位置开设1处注喷孔以及2处排气孔。注喷孔用于进行聚合物填充；排气孔用于填充过程中的排气。

有益效果：

1、本发明提供了一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门，针对现有抗爆门存在的材料形式单一和结构连接构造薄弱、重量较重等问题，研究提出了一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门，该抗爆门通过优化点阵夹芯结构布局，并利用聚合物填充材料整体注塑成型，具有承载力高、重量轻、抗爆性能好等优异性能。

2、本发明提供了一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门，其所采用的点阵夹芯结构相比于同类型点阵结构(即未充填特制聚合物材料)，前者的抗弯承载力及抗压承载力均有较大提高，具有更好的抗变形能力和吸能特性。之所以产生这种结果，说明专门配制的内充填耐低温聚合物材料对提高点阵夹芯结构的承载力起到了非常重要的作用，其能通过与点阵支撑元件和金属外壳之间的相互作用，能有效抑制点阵支撑元件的屈曲和金属外壳的局部向外翘曲，特别是对抑制金属外壳向内屈曲非常有效。产生这种结果也与填充的聚合物材料密度有关，故可改变填充的聚合物材料的配方与密度满足不同的防护要求。

3、本发明提供了一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门，根据门扇对爆炸的防护要求和外形尺寸不同，可优化调整点阵支撑元件的空间排列方式。点阵支撑元件一般由杆式或板状构件按一定规则组合而成，点阵支撑元件的空间排列方式应根据受力方式不同进行调整，其构造方式不同，所复合成的点阵夹芯结构性能也不同。

4、本发明提供了一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门制备方法，该方法针对抗爆门的点阵夹芯结构布局，专门配制的聚合物填充材料按一定工艺要求整体注塑成型，具有承载力高、重量轻、抗爆性能好等优异性能。

附图说明

图1为轻量化点阵夹芯结构抗爆门示意图；1.点阵夹芯结构门扇；2.闭锁；3.铰页；4.上门框；5.左门框；6.下门框；7.右门框；

图2为轻量化点阵夹芯结构抗爆门门扇示意图；2-1.金属外壳；2-2.点阵支撑元件；2-3.耐低温聚合物；2-4.闭锁(外把手)；2-5.闭锁(内把手)；2-6.加固角钢；

图3为点阵支撑元件典型形式一(交叉型)示意图；

图4为点阵支撑元件典型形式二(不交叉型)示意图；

图5为点阵支撑元件典型形式三(正交金字塔型)示意图；

图6为注塑聚氨酯材料的专用工装平台示意图；3-1.下模板；3-2.限位档板；3-3.限位器；3-4.螺杆；3-5.抗爆门；3-6.上模板；3-7.压板；3-8.注喷孔；3-9.排气孔。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种轻量化点阵夹芯结构抗爆门，其中使用了点阵夹芯结构。

点阵结构是三维有序多孔结构的一种，由周期性的点阵单胞组成，可以通过单胞的构型和几何尺寸设计实现其功能性的调控。点阵结构可由大量的杆状或板状构件按照一定构造规则彼此连接成为满足设计要求的空间结构，而点阵夹芯结构则是由点阵结构与其内充填聚合物材料按一定的物理力学性能和工艺要求整体注塑成型的一种复合结构，该类结构具有密度低、比刚度大、比强度高、可设计性好等优点。点阵夹芯结构在爆炸冲击荷载作用下因结构动态失稳产生巨大的塑性变形并转化为热能，可吸收掉大部分冲击能量，因而具有优良的缓冲吸能和抗爆炸冲击性能。

实施例1：

轻量化点阵夹芯结构抗爆门结构构造及其典型形式包括门扇1、门框、闭锁2以及铰页3：门扇1为矩形，由点阵夹芯结构制作而成，门扇1的一侧通过铰页3与门框铰接，另一侧通过闭锁2与门框连接，四边均支承于门框一侧；点阵夹芯结构包括金属外壳2-1、点阵支撑元件2-2和填充聚合物2-3；金属外壳2-1为具有平行的上下面板的金属壳体；点阵支撑元件2-2是由多个元构件按照点阵式空间排列方式组合而成；点阵支撑元件2-2固定在金属外壳1的上下面板之间；每个元构件支撑在金属外壳1的上下面板之间；点阵支撑元件3以及金属外壳2-1之间填充填充聚合物2-3。

该轻量化点阵夹芯结构抗爆门由门扇、门框、闭锁以及铰页等部分构成(如图1所示)。门框外侧设有门扇，门扇由点阵夹芯结构制作而成，一侧通过铰页与门框铰接，另一侧通过闭锁与门框连接，四边均支承于门框外侧。轻量化点阵夹芯结构抗爆门如图1所示。

该轻量化点阵夹芯结构抗爆门门扇为经优化布局的点阵支撑元件、金属薄壁外壳与专门配制的的聚合物材料按一定工艺要求整体注塑成型的点阵夹芯复合结构(如图2所示)。制成构件时，先将点阵支撑元件按一定的空间排列方式与金属外壳焊接成梁板构件骨架，然后再借助模具将聚合物材料按设计要求注入构件骨架内发泡成型。

经试验研究及数值分析证明，点阵夹芯结构相比于同类型点阵结构(即未充填特制聚合物材料)，前者的抗弯承载力及抗压承载力均有较大提高，具有更好的抗变形能力和吸能特性。之所以产生这种结果，说明专门配制的内充填耐低温聚合物材料对提高点阵夹芯结构的承载力起到了非常重要的作用，其能通过与点阵支撑元件和金属外壳之间的相互作用，能有效抑制点阵支撑元件的屈曲和金属外壳的局部向外翘曲，特别是对抑制金属外壳向内屈曲非常有效。产生这种结果也与填充的聚合物材料密度有关，故可改变填充的聚合物材料的配方与密度满足不同的防护要求。

根据门扇对爆炸的防护要求和外形尺寸不同，可优化调整点阵支撑元件的空间排列方式。点阵支撑元件一般由杆式或板状构件按一定规则组合而成，点阵支撑元件的空间排列方式应根据受力方式不同进行调整，其构造方式不同，所复合成的点阵夹芯结构性能也不同。

本发明实施例中，元构件为杆式构件或者板式构件。

其中一种杆式构件如图2所示，每个元构件由2个杆端部相连组成，2个杆之间具有一定角度；元构件的2个杆未连接端为两支点，则元构件的放置方式有连接端部向上和两支点向上两种方式；元构件按照点阵式空间排列方式组合时，在横向，相邻元构件放置方向相同；在纵向，相邻元构件放置方向相反。

另外一种杆式构件如图3所示，每个元构件由4个杆端部相连组成，4个杆之间具有一定角度；元构件的4个杆未连接端为四支点，则元构件的放置方式有连接端部向上和四支点向上两种方式；元构件按照点阵式空间排列方式组合时，在横向，相邻元构件放置方向相同；在纵向，相邻元构件放置方向相反。

本发明实施例还提供了一种元构件为板构件的实施例；每个元构件由2个平板侧边相连组成，2个平板之间具有一定角度；元构件的2个平板未连接侧边为两支撑边，则元构件的放置方式有连接侧边向上和支撑边向上两种方式；元构件按照点阵式空间排列方式组合时，在横向，相邻元构件放置方向相同；在纵向，相邻元构件放置方向相反。

对于单向梁板构件，点阵支撑元件可在构件横向宽度上按一定间距沿构件纵向平行排列(如图3～图4所示)；对于双向板，可将点阵支撑元件沿构件纵、横两个方向构成空间网架排列(如图5所示)。

实施例2：

现以前期加工制作的某轻量化点阵夹芯结构抗爆门(如图2所示)为参考案例，对点阵夹芯结构抗爆门生产工艺流程进行阐述。

某轻量化点阵夹芯结构抗爆门门扇外形尺寸为1300mm×700mm×100mm，重量约为80kg。该门扇金属外壳采用延性较好的热轧A3钢板，金属外壳的厚度取3mm；点阵支撑元件采用φ8圆钢筋加工而成，圆钢筋与金属外壳沿跨度方向(参考点阵支撑元件典型形式一(交叉型))；配制的耐低温聚合物为阻燃型硬质聚氨酯，其密度为110kg/m

步骤(1)加工金属外壳：按照抗爆门设计尺寸对金属型材采用激光机进行切割下料，其中下面板进行折弯形成抗爆门侧面并焊接成型，上面板预留塞焊孔。

步骤(2)加工点阵支撑元件：按照设计要求进行工装制作，然后在拉筋弯制工装上采用火焰加热头部弯制拉筋成型；或利用高精度激光切割钢板进行点阵支撑元件制作。

步骤(3)下面板与点阵支撑元件组装焊接：将折弯好的下面板适当点焊固定于工作平台上，将点阵支撑元件布置于下面板上并点焊固定，检查点阵支撑元件尺寸应符合图纸设计要求，如点阵支撑元件与面板发生干涉，则用切割片切除多余部分。焊接采用氩气气体保护焊，以增强焊接结构强度。焊接顺序为从中间向两端对称施焊。

步骤(4)上面板的组装焊接：将上面板置于工作平台上适当点焊固定，将下面板组合体倒扣于上面板上，从组焊中间拉筋开始，依次组焊拉筋端点与上面板接合点，焊接顺序与下面板拉筋相同，最后焊接上、下面板两端接缝处，焊后打磨平整，组装焊接完后应进行校正，使构件各形位尺寸符合图纸设计要求。

步骤(5)抗爆门构件骨架酸洗和磷化处理：抗爆门构件骨架制作完成后对其进行酸洗和磷化处理，确保构件内外表面及腔体内清洁无焊接飞溅。

步骤(6)抗爆门构件骨架与内充填硬质聚氨酯材料整体注塑成型：抗爆门构件骨架经酸洗磷化完成后，经干燥箱烘干，置于注塑聚氨酯材料的专用工装平台上，构件两侧用固定和可移动限位靠板固定牢固，避免聚氨酯填充发泡时构件受挤压变形，如图6所示。

在注塑填充工作开始之前，先在平台的上、下模板上均匀喷涂二遍脱模剂，并在上模板(亚克力板)上适当位置开设1处填充孔和2处排气孔。固定妥当后采用专用聚氨酯材料注塑设备对构件进行注塑填充。

该型轻量化点阵夹芯结构抗爆门门扇所填充聚氨酯泡沫主要由组合聚醚(A料)与异氰酸酯(B料)两组分组成。组合聚醚的配制过程是将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、阻燃剂、催化剂、发泡剂依次投入反应釜内，搅拌均匀后放入200升的镀锌铁桶内。注塑填充聚氨酯时，应按事先计算好的A料和B料比例由专业技师进行计量填充(该型比例为A料:B料＝1:1.1～1.2)，定形后其填充密度应不低于110kg/m

在点阵支撑元件3以及金属外壳2-1之间填充填充聚合物2-3，具体填充方式为：

门扇1中的金属外壳2-1、点阵支撑元件2-2组成门扇骨架。

工装平台包括上模板3-6、下模板3-1、限位挡板3-2、限位器3-3、螺钉3-4、压板3-7、注喷孔3-8以及排气孔3-9。

门扇骨架通过限位挡板3-2和限位器3-3固定在下模板3-1上，2个限位挡板3-2分别置于下模板3-1的两侧边，多个限位器3-3等间隔设置于限位挡板3-2的侧边。

上模板3-6上设置纵向压板3-7，压板3-7两侧分别设置螺孔，螺钉3-4安装于限位挡板3-2，螺钉3-4与螺孔配合将上下模板固定安装；上模板3-6上适当位置开设1处注喷孔3-8以及2处排气孔3-9。注喷孔用于进行聚合物填充；排气孔用于填充过程中的排气。

步骤(7)最后进行防腐防锈以及其他处理并对抗爆门进行整体检测。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。