CN101775228A - 一种高强度frp材料及其制作方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度FRP(Fiber Reinforced Polymer，纤维增强高分子聚合物)材料及其制作方法和应用，涉及一种FRP材料。本材料采用高性能树脂和纤维复合制成，其组分及重量百分比是：高性能树脂20-40％；短切纤维10-20％；纤维布50-60％。本方法是：①将高性能树脂和短切纤维混合并搅拌均匀，得固化剂；②将纤维布在一定的模具中逐层敷设，并逐层用固化剂充分浸润，并置于真空度为0.098MPa以上的真空罐中，且在温度为150-250摄氏度条件下固化成型，即得一种高强度FRP材料。本材料不会锈蚀；没有磁性；电磁绝缘性好；重量轻，能降低结构自重，降低造价。

Description

一种高强度FRP材料及其制作方法和应用
技术领域
本发明涉及一种FRP(Fiber Reinforced Polymer，纤维增强高分子聚合物)材料，尤其涉及一种高强度FRP材料及其制作方法和应用。
背景技术
钢材做结构材料的致命弱点有：首先，锈蚀改变了结构材料的化学成分，导致钢材原有力学性能降低甚至丧失，因此锈蚀问题严重影响结构的耐久性；其次，随着经济和科学的发展，人们对建筑材料的需求更多更高，钢梁、筋(钢丝)难以满足要求；第三，钢材是消耗性资源，不可再生，从人类长远的发展看，使用FRP材料替代钢材做为建筑用材料是必然趋势。
FRP具有不锈蚀、无磁性、电磁绝缘性好、重量轻和强度高等优良特性；另外，FRP脆性大，具有较大的蠕变性、松弛性和粘弹性；与钢材相比有其独特的性能和广泛的开发前景。因此对于采用FRP制作预应力筋(索)，其锚具与采用钢材制作的预应力筋(索)的锚具有较大的不同，需要研制开发与FRP相适应的预应力锚固方式和锚具。
国内外针对FRP预应力筋材，研制了一些相应锚具。2004年，重庆大学卓静等研制采用Q235钢材制作的用以锚固FRP片材或FRP布材的波浪形锚具，并登记了实用新型专利(ZL02244587.0)；东南大学专利锚具(ZL02242609.4；ZL02242610.8；ZL02242611.6；ZL02242612.4)以及柳州欧威姆公司专利锚具(ZL02252685.4；ZL03243747.6)。
上述锚具均不同程度使用了金属部件，而由于金属部件本身会锈蚀，不能充分发挥FRP的独特优势。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种高强度FRP材料及其制作方法和应用。
本发明的目的是这样实现的：
一、一种高强度FRP材料(简称材料)
本材料采用高性能树脂和纤维复合制成，其组分及重量百分比是：
高性能树脂20-40％；
短切纤维  10-20％；
纤维布    50-60％。
重量百分比验证：
各组分的下限之和小于100％，各组分的上限之和大于100％；
每一组分的下限与其它组分的上限之和大于或等于100％；
每一组分的上限与其它组分的下限之和小于或等于100％。
由此可见，上述组分的重量百分比符合要求。
二、一种高强度FRP材料的制作方法(简称方法)
本方法包括下列步骤：
①将高性能树脂和短切纤维混合并搅拌均匀，得固化剂；
②将纤维布在一定的模具中逐层敷设，并逐层用固化剂充分浸润，并置于真空度为0.098Mpa以上的真空罐中，且在温度为150-250摄氏度条件下固化成型，即得一种高强度FRP材料。
三、应用
①制作片材或布材的FRP锚具；
②制作单根筋、绳或索材FRP锚具；
③制作多根筋、绳或索材FRP锚具。
本发明具有下列优点和积极效果：
①完全使用非金属材料，不会锈蚀；
②没有钢铁材料，因此没有磁性，在结构要求没有磁性干扰的情况下，能充分发挥非金属筋材的优势；
③电磁绝缘性好，在要求对电磁波没有屏蔽的情况下，如雷达站，微波站等，可以发挥作用；
④重量轻，能降低结构自重，降低造价。
具体实施方式
一、关于材料
其组分及其重量百分比的最佳是：
高性能树脂35％
短切纤维  10％
纤维布    55％。
所述的高性能树脂选用乙烯基环氧树脂；
所述的短切纤维选用碳纤维，纤维长度为0.5-2cm；
所述的纤维布选用无碱玻璃纤维布、玄武岩纤维布或碳纤维布。
二、关于方法
步骤②：
中温固化温度：150-170摄氏度，针对乙烯基环氧树脂及其它中温固化环氧树脂；
高温固化温度：220-250摄氏度，针对高温固化树脂。
所述逐层敷设指受力材料按照4-5层纤维布设计；
典型碳纤维布重量是450克/m2、300克/m2或200克/m2。
三、本材料的测试方法和结果：
1、测试方法
将材料做成试样，在力学试验机上试验。
2、测试结果
弹性模量E＝90GPa；
抗拉强度ft＝650MPa；
抗压强度fu＝300MPa；
泊松比γ＝0.2。
由此可见，本材料与钢材相比，具有更高强度、更好弹性和更高剪切刚度的特性。

Claims (4)

1.一种高强度FRP材料，其特征在于：
本材料采用高性能树脂和纤维复合制成，其组分及重量百分比是：
高性能树脂20-40％；
短切纤维  10-20％；
纤维布    50-60％。
2.按权利要求1所述的一种高强度FRP材料，其特征在于其组分及重量百分比是：
高性能树脂35％；
短切纤维  10％；
纤维布    55％。
3.按权利要求1所述的一种高强度FRP材料的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
①将高性能树脂和短切纤维混合并搅拌均匀，得固化剂；
②将纤维布在一定的模具中逐层敷设，并逐层用固化剂充分浸润，并置于真空度为0.098Mpa以上的真空罐中，且在温度为150-250摄氏度条件下固化成型，即得一种高强度FRP材料。
4.按权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤②：
中温固化温度：150-170摄氏度，针对乙烯基环氧树脂及其它中温固化环氧树脂；
高温固化温度：220-250摄氏度，针对高温固化树脂；
所述逐层敷设指受力材料按照4-5层纤维布设计。
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