CN101929219A - 一种热塑性树脂包覆钢筋结构材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种热塑性树脂包覆钢筋结构材料的制备方法，涉及高速铁路板式无砟轨道钢筋混凝土中的结构增强材料，其特征是：将表面处理过的钢筋结构材料放入输送装置，经矫正后被送入快速加热装置中，调节快速加热装置的输出功率与钢筋运动速度匹配，使钢筋达到预期要求的温度，进入复合成型模具中，经定位圈对钢筋定位，挤出机连续输送熔融树脂通过成型模具的环形流道对钢筋实现零间隙包覆，负压室使熔融树脂紧密贴合钢筋，正压室使贴合钢筋的高温树脂层保持外形和对树脂进行冷却；成型后将其送入冷却装置进行冷却定型。该方法制备的结构材料克服了环氧粉末涂装钢筋结构材料涂层易产生针孔绝缘性能难保障、结构材料弯曲开裂、受冲击时易破坏涂层等不足。

Description

一种热塑性树脂包覆钢筋结构材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于高速铁路板式无砟轨道板中的具有增强、绝缘、防腐性能的钢筋包覆热塑性树脂结构材料，作为钢筋混凝土中的结构增强材料，特别是涉及非圆形钢结构材料与热塑性树脂复合成型的制备方法。

背景技术

目前无砟轨道所采用的结构模式无论是整体道床的双块式、CRTS I型板式还是CRTS II型板式轨道模式，为了保证路轨基础的可靠性都需要大量采用钢筋混凝土结构以保证整体强度。钢轨作为信号传输的输送载体要求对地具有很高绝缘性，对于埋在水泥混凝土中的良导体钢筋必须进行绝缘处理。否则就会在轨道板中产生感应磁场，从而就会增大钢轨阻抗。并且在水泥构件潮湿后或雨雪中就可能发生漏电短路现象，从而又会降低道床阻抗，影响轨道信号传输与机车的安全运行。

目前世界范围内，解决铁路修建时钢筋混凝土中钢筋绝缘的主要方式有三种：一是最简单的方法即在钢筋铺设时交叉接点处用塑料套进行绑扎，使钢筋之间互相绝缘，这种方法因为塑料与水泥不兼容，塑料套在其中影响钢筋混凝土整体强度，另一方面，钢筋交叉接点非常之多，靠人工绑扎工作量巨大，耗费人工很大，且可靠性还不高。二是采用环氧粉末涂料对钢筋进行绝缘涂装，比前一种方法有了很大改进，也是目前铁路钢筋绝缘所采用的主要方式。环氧粉末涂装钢筋材料存在两大难以逾越的缺陷，其一，螺纹钢筋表面形状复杂，粉末熔融流动时钢筋根部与顶部尖端处难以作到均匀包覆，很容易产生漏点；由于环氧树脂属热固性材料，本身有一定脆性，在运输使用过程中与低温环境下，稍不注意就可能使钢筋顶部出现涂层磨损，失去绝缘；此外，喷涂好的绝缘钢筋在使用时要进行弯制，由于环氧粉末涂层具有较高硬度，延伸率不高，在弯曲过程特别是低温状态下可能出现开裂，即使当时没有看到裂纹，但弯曲过程产生内裂纹在现场还不容易发现修补，在埋入水泥中后在长期疲劳应力作用下就可能发生开裂，影响绝缘。因此，环氧粉末涂装绝缘不能从根本上解决钢筋在湿态环境下的绝缘问题。

本发明的热塑性树脂包覆钢筋结构材料具有以下特点：其一，由于在钢筋外表面整体包覆了一层电绝缘性优良的热塑性树脂，从根本上解决钢筋的绝缘问题；其二，由于热塑性树脂本身具有极好的耐水、耐化学腐蚀、耐冷热冲击性能，可满足不同地域气候条件(高热、高湿、寒冷)的绝缘要求；其三，热塑性树脂具有很好的韧性和伸长率，因此热塑性树脂包覆钢筋结构材料完全可解决弯曲开裂问题，确保施工质量的可靠性；其四，热塑性树脂可以回收利用，因此生产过程中可实现零排放，无环境污染，在经济与环境影响方面热塑性树脂包覆绝缘钢筋比环氧粉末涂装绝缘钢筋更为优越。

发明内容

本发明提供一种热塑性树脂包覆钢结构材料的制备方法，尤其适用于非圆形钢结构材料与热塑性树脂的复合成型。该方法制备的高速铁路板式无砟轨道板所用的钢筋包覆热塑性树脂结构材料，具有高强度、高韧性、抗弯曲开裂、绝缘、防腐、耐磨等性能，克服了环氧粉末涂装钢筋结构材料涂层易产生针孔绝缘性能难保障、结构材料弯曲开裂、受冲击时易破坏涂层等不足。

本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤：

(1)钢筋等结构材料表面喷砂处理，除去锈斑和油脂等污垢，提高钢筋与热塑性树脂的粘接性能；

(2)钢筋放入具有矫直、当量直径矫正的输送装置，为钢筋包覆树脂作准备，其输送速度可以无极可调；

(3)对钢筋进行快速加热，采用涡流加热装置；

(4)预热的钢筋送入热塑性树脂复合非圆形钢结构的成型模具(成型机头)进行树脂包覆钢筋的复合成型。

该复合成型模具具有五大功能：①对钢筋的定位功能；②环形流道对非圆结构钢筋的零间隙包覆功能；③真空负压对树脂复合钢筋紧密结合功能，防止在复合层之间产生气泡；④正压对高温树脂复合钢筋外形的保持和冷却功能；⑤树脂复合层厚度的调节功能；

(5)将树脂包覆钢筋结构材料送入冷却装置进行冷却定型；

(6)将树脂包覆钢筋结构材料进入牵引和切割装置，保障生产连续进行和产品按要求定长切断。

本发明采用的热塑性树脂主要为具有高强度、高韧性、绝缘、耐磨、防腐等性能的高分子材料，如改性PA6、PA12、PP、PE等。

本发明设计了特殊的复合成型模具解决了非圆形钢结构材料与热塑性树脂零间隙连续复合的关键技术，消除了高分子材料与钢结构材料之间的应力，保证了树脂与非圆形钢结构材料之间的粘合性能。方法简约容易实施，生产工艺自动化程度高，实现连续生产，而且生产成本低，效率高，复合生产速度在10米/分以上，生产过程对环境没有影响，无三废排放。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细说明。

图1是本发明的产品实物照片；

图2是本发明的制备工艺路线和设备布置简图；

图3是图2中复合成型模具4的结构与装配示意图。

1、钢筋 2、输送装置 3、快速加热装置 4、复合成型模具 5、挤出机6、冷却装置 7、牵引和切割装置 8、树脂包覆钢筋结构材料 9、定位圈 10、环形流道 11、复合成型模具基体 12、环形过渡流道 13、环形口模调节块 14、正压室 15、正压室挡块 16、正压室气道 17、负压室气道 18、负压室

具体实施方式

如图1产品实物照片可知，钢筋是非圆形结构设计，表面有许多短小凸台、正反向对称的斜纹和两条纵向凸筋，树脂复合层表面设计成许多纵向纹路，这些设计主要是提高复合结构材料与混凝土之间的结合力和长期使用的稳定性。

钢筋的非圆形设计和树脂复合层表面纹路都给热塑性树脂复合钢筋带来很大的成型困难，其一，高凸不平的外形可能导致树脂复合层的厚度不均匀，甚至会产生破裂；其二，采用常规的管状复合模具，则树脂膜管尺寸一定大于钢筋外形的最大尺寸，复合时对树脂膜管要进行拉伸和负压贴合成型，这样树脂膜管会产生回弹效应，使树脂对钢筋的粘合性能下降，在凸台根部出产生气孔；其三，常规树脂膜管复合成型技术难以调节和控制膜管的壁厚，树脂复合层的厚度主要依靠拉伸来改变(本技术要求树脂厚度为0.25-0.5mm)。

如图2、3所示，准备好表明处理过的钢筋1(每根长度12米)和热塑性树脂(改性PA6、PA12、PP、PE等)，热塑性树脂在单螺杆挤出机5内，在合理的工艺条件下，使其成为可流动的熔体，进入复合成型模具4的流道，为连续复合成型做好准备。将表面处理过的钢筋1放入具有矫直、外形矫正的输送装置2，经矫正被送入快速加热装置3，调节加热装置的输出功率与钢筋运动速度匹配，使钢筋达到预期要求的温度，进入复合成型模具4，在复合模具内，树脂熔料通过模具环形过渡流道12和环形口模10实现零间隙包覆钢筋，并在负压室18作用下进行复合成型，同时经熔料复合钢筋被模内正压室14压粘和表面冷却，并获得树脂复合层表面纹路，然后进入冷却定型装置6，最后在牵引切割装置7的牵引、分段切割下，获得热塑性树脂包覆钢筋结构材料制品8。

复合成型模具4是本发明的关键工艺技术，实现了热塑性树脂紧密包覆非圆形钢筋的工艺技术，确保热塑性树脂复合层厚度均匀和复合层表面纹路。由图3所示，首先，钢筋1进入安装在模具基体11中的定位圈9内，实现钢筋的定位，防止钢筋运动过程中的震动和熔料包覆偏心；其二，环形流道10具有径向锯齿纹路结构，有二个功能，一是使环形口模10内的熔料对非圆形钢筋1可以实现零间隙包覆，二是成型出树脂复合层表面纹路；其三，负压室18确保熔料紧密贴合在运动钢筋的表面，而且可以消除气泡；其四，正压室14有三个作用，一是确保环形口模内熔料压紧包覆钢筋，二是由于熔料温度较高，熔体强度较低，正压室可以防止熔料因自重而下垂，三是冷却复合层表面、保持复合层表面纹路，使树脂复合层具有一定的包覆强度离开成型模具4；其五，环形口模调节块13可以调节环形口模的间隙，从而达到调节树脂复合层的厚度。

Claims (8)

1.一种热塑性树脂包覆钢筋结构材料的制备方法，其特征是：将表面处理过的钢筋(1)结构材料放入输送装置(2)，经矫正后被送入快速加热装置(3)中，调节快速加热装置(3)的输出功率与钢筋(1)运动速度匹配，使钢筋(1)达到预期要求的温度，进入复合成型模具(4)中，经定位圈(9)对钢筋(1)定位，挤出机(5)连续输送熔融树脂通过成型模具(4)的环形流道(10)对钢筋(1)实现零间隙包覆，负压室(18)使熔融树脂紧密贴合钢筋(1)，正压室(14)使贴合钢筋(1)的高温树脂层保持外形和对树脂进行冷却；成型后将树脂包覆钢筋结构材料(8)送入冷却装置(6)进行冷却定型；再将树脂包覆钢筋结构材料(8)进入牵引和切割装置(7)，保障生产连续进行和产品按要求定长切断。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述钢筋(1)为非圆形结构设计。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述热塑性树脂为改性PA6、PA12、PP或PE，树脂厚度为0.25-0.5mm。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述钢筋输送装置(2)具有对钢筋的矫直、当量直径矫正功能，为钢筋包覆树脂作准备，输送速度能无极可调。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述快速加热装置(3)为涡流加热装置，加热功率可以根据钢筋输送速度连续可调。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述预期要求的钢筋温度为140℃～220℃。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述复合成型模具(4)由定位圈(9)、环形流道(10)、复合成型模具基体(11)、环形过渡流道(12)、环形口模调节块(13)、正压室(14)、正压室挡块(15)、正压室气道(16)、负压室气道(17)和负压室(18)组成；定位圈(9)位于复合成型模具基体(11)的钢筋(1)进入端，复合成型模具基体(11)与环形口模调节块(13)之间为环形过渡流道(12)和环形流道(10)，上下两端为环形过渡流道(12)，中间为环形流道(10)；环形口模调节块(13)能够左右移动进而调节环形过渡流道(12)和环形流道(10)的大小；环形流道(10)左右侧分别为负压室(18)和正压室(14)，负压室(18)和正压室(14)下方分别开有负压室气道(17)和正压室气道(16)。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征是：所述环形流道(10)具有径向锯齿纹路结构。

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