CN102235056A - 一种天然植物纤维增强frp筋及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然植物纤维增强FRP筋及其制备方法。所述天然植物纤维增强FRP筋，以增强纤维为主要材料，以热固性树脂为基体，包括固化剂、促进剂和填料，所述增强纤维为天然植物纤维、或者天然植物纤维与无机纤维的组合，所述天然植物纤维的体积占所述FRP筋的体积比为5-80％。本发明提供的天然植物纤维增强FRP筋，具有成本低，符合绿色环保，径向拉伸性能好的优点。

Description

一种天然植物纤维增强FRP筋及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纤维增强FRP筋，尤其是天然植物纤维增强FRP筋及其制备方法。

背景技术

传统的纤维增强树脂FRP筋，其中作为增强材料的主要是无机连续纤维，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维等。随着近年来，绿色、环保等概念的兴起，对于材料环保性的要求也越来越高。而传统的无机合成增强纤维存在成本高、生产能耗大、使用时对空气污染严重、不易回收等缺陷。

今年来，面对石油等不可再生资源的日益减少，能源危机和环保等一系列问题，采用天然植物纤维替代无机合成纤维作为复合材料中的增强材料越来越引起人们的重视。

天然植物纤维是自然界原有的，或经人工培植的植物上、人工饲养的动物上直接取得的纺织纤维。它具有长径比大、比强度高、比表面积大、可生物降解、成本低、易回收等特点，符合绿色环保概念。有些天然植物纤维(如剑麻纤维)的抗拉强度与合成的PP纤维的抗拉强度相当，其弹性模量则是PP的好几倍，而价格仅为PP的1/10。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本且有助于环保的天然植物纤维增强FRP筋及其制备方法。

为解决上述问题，本发明提供的天然植物纤维增强FRP筋，以增强纤维为主要材料，以热固性树脂为基体，包括固化剂、促进剂和填料，所述增强纤维为天然植物纤维、或者天然植物纤维与无机纤维的组合，所述天然植物纤维的体积占所述FRP筋的体积比为5-80％。

进一步的，所述天然植物纤维增强FRP筋还包括偶联剂、苯乙烯、色浆中的至少一种。其中，所述偶联剂常用硅烷偶联剂。

所述天然植物纤维为木棉纤维、剑麻纤维、苎麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维中的一种或者其组合。

所述热固性树脂为不饱和树脂、环氧树脂或乙烯基脂树脂。当所述热固性树脂为环氧树脂时，所述固化剂优选为胺类固化剂。

所述促进剂为过氧化物促进剂。

所述FRP筋的表面具有连续螺纹结构，以增强握裹力、摩擦力。

本发明还提供一种天然植物纤维增强FRP筋的制备方法，包括送纱、浸胶、纤维集束、预成型、缠绕定型、牵引、固化成型步骤，在送纱步骤之前对天然植物纤维进行预先干燥处理，干燥处理后所述天然植物纤维中的含水量降低至40ppm以下，以避免高温下天然纤维中的水分严重影响FRP的制备过程，并最终影响FRP筋的产品性能。

所述天然植物纤维增强FRP筋经缠绕定型步骤成为表面带有连续螺纹结构的圆柱状杆体。

本发明的天然植物纤维增强FRP筋具有以下有益效果：

1、作为增强纤维材料的天然植物纤维，其具有长径比大、比强度高、比表面积大、轻质高强、可生物降解、成本低、易回收等特点，符合绿色环保概念。

2、本发明采用的由天然植物的径梗部位制备成的连续性的天然植物纤维，可以满足连续性纤维增强树脂FRP筋的生产制备要求，保证了FRP筋具有更好的径向拉伸性能，可以很好的满足土木工程领域应用的性能要求。

3、本发明采用传统的拉挤热固化成型工艺，设备改造要求不大，可在现行的拉挤缠绕设备上进行生产，应用前景广泛。

具体实施方式

本发明实施例提供的天然植物纤维增强FRP筋，主要以天然植物纤维为增强纤维材料，也可以混杂无机纤维，以不饱和树脂、环氧树脂或乙烯基脂树脂为基体，与固化剂、引发剂及填料经过拉挤热固化成型工艺制得。本发明实施例提供的天然植物纤维增强FRP筋，还可以包括偶联剂、苯乙烯、色浆中的一种或者其组合。

本发明实施例提供的天然植物纤维增强FRP筋的制备方法为：

以不饱和树脂、环氧树脂或乙烯基脂树脂基体为胶黏剂，与固化剂、引发剂及填料物理混合为浸渍胶液。其中，固化剂优选为胺类固化剂；促进剂优选为过氧化物促进剂；填料优选为微米级无机填料，如碳酸钙。

将以天然植物纤维为主的增强纤维材料经送纱、浸胶步骤，再经纤维集束、拉挤预成型步骤成为圆柱体，然后进入缠绕定型及牵引步骤，利用旋转缠绕机头将带状物经缠绕使通过拉挤成型的圆柱体上，在带状物的拉挤作用下形成凹槽，在牵引机纵向拉动与旋转机头径向缠绕的共同作用下形成螺纹状，然后经热固化成型步骤制得天然植物纤维增强FRP筋。最后可以利用切割机切割成尺寸符合要求的产品。

实施例

本实施例提供的天然植物纤维增强FRP筋，以连续性的天然剑麻纤维为增强纤维，以乙烯基脂树脂为基体树脂，由乙烯基脂树脂、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、填料、偶联剂、苯乙烯与色浆混合配成乙烯基脂树脂浸渍胶液。乙烯基脂树脂浸渍胶液中各成分的重量份为：乙烯基脂树脂100份，偶联剂0.5-3.0份，过氧化苯甲酰0.2-1.0份，过氧化苯甲酸叔丁酯0.8-1.8份，苯乙烯2-10份，填料3-10份，色浆0.5-1.5份。

本实施例提供的天然植物纤维增强FRP筋的制备方法为：

1)将干燥后得到的含水量在40ppm以下的天然剑麻纤维置于纤维纱架上，引出后经穿纱板的若干个穿纱孔分股牵引，在牵引力的作用下，进入树脂槽进行浸胶。树脂槽中的浸渍胶液为上述乙烯基脂树脂浸渍胶液；

2)经步骤1)浸胶后的天然剑麻纤维在牵引力的作用下依次通过集束器和预成型装置，挤出纤维上富余的乙烯基脂树脂浸渍胶液，并初步成型为圆柱形状；

3)经步骤2)预成型的圆柱形再经过成型模具和缠绕机头，挤出富余的乙烯基脂树脂浸渍胶液，并最终定型为表面带有连续螺纹状的圆柱形杆体；

4)经步骤3)最终定型的圆柱形杆体在牵引力的作用下，进入加热固化装置7，在设定好的温度下受热产生固化反应，最终得到表面形态为连续螺纹状的天然植物纤维增强FRP筋。

最后可以将得到的成型的天然植物纤维增强FRP筋，经切割装置切割成符合特定尺寸要求的成品。

以上所述只是本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则内所作的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种天然植物纤维增强FRP筋，其特征在于，以增强纤维为主要材料，以热固性树脂为基体，包括固化剂、促进剂和填料，所述增强纤维为天然植物纤维、或者天然植物纤维与无机纤维的组合，所述天然植物纤维的体积占所述FRP筋的体积比为5-80％。

2.根据权利要求1所述的天然植物纤维增强FRP筋，其特征在于，还包括偶联剂、苯乙烯、色浆中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的天然植物纤维增强FRP筋，其特征在于，所述天然植物纤维为木棉纤维、剑麻纤维、苎麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维中的一种或者其组合。

4.根据权利要求1或2所述的天然植物纤维增强FRP筋，其特征在于，所述热固性树脂为不饱和树脂、环氧树脂或乙烯基脂树脂。

5.根据权利要求1或2所述的天然植物纤维增强FRP筋，其特征在于，所述FRP筋的表面具有连续螺纹结构。

6.根据权利要求1或2所述的天然植物纤维增强FRP筋的制备方法，其特征在于，包括送纱、浸胶、纤维集束、预成型、缠绕定型、牵引、固化成型步骤，其中在送纱步骤之前对天然植物纤维进行预先干燥处理，干燥处理后所述天然植物纤维中的含水量降低至40ppm以下。

7.根据权利要求7所述的天然植物纤维增强FRP筋的制备方法，其特征在于，所述天然植物纤维增强FRP筋经缠绕定型步骤成为表面带有连续螺纹结构的圆柱状杆体。