CN102745944A

CN102745944A - 钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材及其制备方法

Info

Publication number: CN102745944A
Application number: CN2012101817330A
Authority: CN
Inventors: 刘小艳; 刘爱华; 王婷; 蒋亚清; 夏苏鲁
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明涉及一种钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材及其制备方法，复合包括以体积百分比计的以下组份：钢纤维25-35%，玻璃纤维25-35%，环氧树脂20-31%，固化剂1-2%，促进剂1-2%，填料2-5%以及6-10%辅助材料，制备方法是将钢纤维和玻璃纤维先浸渍在添加了固化剂的环氧树脂中后均匀的相互缠绕；二次浸渍到添加了固化剂的环氧树脂中；然后加热固化；最后拉挤成型。获得的材料具有良好的延展性和弹性模量，广泛应用于近海、港口、地下工程等混凝土结构工程领域。

Description

钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材及其制备方法

技术领域

本发明属于近海、港口、地下工程等混凝土结构工程技术领域，涉及一种增强混凝土结构的筋材，尤其涉及一种钢纤维增强玻璃纤维树脂复合筋材及其制备方法

背景技术

由于具有施工简单、价格低、抗压强度高等优点，钢筋混凝土成为工程中最为广泛的结构形式，但钢筋锈蚀对钢筋混凝土的耐久性产生严重的影响。为解决钢筋混凝土中钢筋锈蚀的问题，国内外学者提出许多研究对策与措施，利用纤维复合材料(FPR)筋替代普通钢筋和预应力钢筋被认为是比较行之有效的方法，玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋是一种由树脂和玻璃纤维复合组成的新型复合材料，由于玻璃纤维复合材料(GFRP)筋与普通钢筋相比不仅具有抗拉强度高，而且抗腐蚀性能良好、密度小、膨胀系数与混凝土基本保持一致以及非磁性或非电性等优点，因此在混凝土结构工程领域能够取代钢筋，得到了广泛的研究应用。然而，GFRP筋材是线弹性材料，从受拉到破坏，其本构关系为一条直线，且其延性低、结构脆性易断裂，因而其较低的延展性和弹性模量严重阻碍了其在混凝土结构工程中的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于一种钢纤维增强玻璃纤维树脂复合筋材，改善GFRP筋材的延展性和弹性模量。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材，其特征在于包括以体积百分比计的以下组份：钢纤维25-35%，玻璃纤维25-35%，环氧树脂20-31%，固化剂1-2%，促进剂1-2%，填料2-5%以及6-10%的低收缩剂、脱模剂、阻燃剂、抗静电剂。

固化剂主要作用是使环氧树脂固化，所述固化剂为脂肪胺，如乙二胺、二乙烯三胺、二丙烯三胺、三甲基六亚甲基二胺等，也可为改性胺，如烷基醇胺、羟甲基二乙基三胺、马来酰亚胺等；

促进剂主要用于降低反应的活化能，使反应在较低的温度下进行，其成分可以为2-苄基-4-甲基咪唑；

填料用于改善树脂的工艺性能及产品的性能，同时降低成本，其成分可以为瓷粉、滑石粉、石英粉、硅胶粉等；

低收缩剂主要用于控制环氧树脂的固化收缩率，其成分可为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯等；

脱模剂主要是使产品在成型过程中脱模更容易，其成分可为聚乙烯蜡、金属皂等；

阻燃剂主要用于抑制材料的燃烧，防止火灾时本材料产生助燃的效果，其成分可为为溴类化合物和锑的氧化物等；

抗静电剂主要用于改性GFRP筋材的电阻，使其易导电，不易产生静电，也就避免了由于静电产生火花而存在的安全隐患，同时改性GFRP筋材的电阻值小于3108Ω，达到规范的要求，可以用于煤矿支护的玻璃钢锚杆，其成分可以为乙炔黑。

上述的固化剂、促进剂、填料、低收缩剂、脱模剂、阻燃剂、抗静电剂均为市售获得的本领域常规材料。

一种钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材的制备方法，包括以下步骤：

钢纤维与玻璃纤维先浸渍在添加了固化剂的环氧树脂中然后相缠绕；二次浸渍到树脂中；然后加热固化；最后拉挤成型。

有益效果：经过本发明的工艺成型的钢纤维增强玻璃纤维树脂复合筋材，其弹性模量接近140GPa，极限应变达到3%，是普通GFRP筋材的2倍左右，且钢纤维增强后的GFRP筋材具有明显的屈服性能，其延展性得到提高，可以代替钢筋广泛应用于近海、港口和地下工程中。

附图说明

图1是钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材的制备工艺图；

图2是钢纤维增强玻璃纤维树脂复合筋材的横断面示意图。

图中，1为玻璃纤维丝圈，2为钢纤维丝圈，3为纤维丝圈架，4为导线板，5为浸胶装置，6为预成型模，7为缠绕设备，8为线圈，9为二次浸渍槽，10为后固化装置，11为压肋模具，12为牵引机，13为树脂，14为肋痕，15为玻璃纤维，16为钢纤维。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式：

图1是钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材的制备工艺图，纤维丝圈架3上的钢纤维丝圈2与玻璃纤维丝圈1的纤维丝先通过导线板4在浸胶装置5浸渍添加了固化剂的环氧树脂，然后经过预成型模6，缠绕设备7，线圈8使树脂初步固化并预成型，接着通过二次浸渍槽9，再通过后固化装置10进一步固化，再经过压肋模具11，使预成型的GFRP筋材成型并由牵引机12牵引出来，最后切割成合适的长度。

图2是钢纤维增强玻璃纤维树脂复合筋材的横断面示意图。横断面上均匀的分布钢纤维15和玻璃纤维16，分布在两种纤维丝之间和外部的是环氧树脂13，外缘突出部分为压制所形成的肋痕14，压制过程中增加了纤维的密实度，另外它在材料表面形成了凹凸不平的结构，增加了GFRP筋材与混凝土的接触面积，有利于提高界面的粘结性能。

实施例1

一种钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材，包括按体积百分比计的以下组份：玻璃纤维30%（A-Glass，Owens Corning OCV^TMbusinesses）、钢纤维30%，环氧树脂（双酚A型）27%，固化剂（乙二胺）体积含量为1%，促进剂（2-苄基-4-甲基咪唑）的体积含量为1%，填料（石英粉）3.5%，2.9%低收缩剂（聚苯乙烯）、2.9%脱模剂（聚乙烯蜡）、1.1%阻燃剂（氢氧化铝）、0.6%抗静电剂（乙炔黑）制备Φ16mm的钢纤维增强玻璃纤维树脂复合筋材。

本发明所制备的GFRP筋材按美国标准（ACI440H）在万能试验机下测试，得到其本构关系曲线，该曲线表明，增加拉力后，一开始表现出一定的线性，之后出现一个明显的屈服阶段，直至破坏。曲线上可以明显得看到屈服强度、屈服应变和极限强度、极限应变，这与钢筋有许多相似之处。试验结果表明，本发明所述GFRP筋材的屈服强度达到1100MPa左右，极限应变达到3%左右，极限强度是屈服强度的1.4倍左右。经过计算，其弹性模量达到135GPa左右。

与普通GFRP筋材相比，本发明所述GFRP筋材的弹性模量提高了35%左右，极限应变达到3%左右，得到很大的提高。通过本构关系曲线可知，受力时有明显的屈服阶段，填补了普通GFRP筋材的弱点，可以直接利用现行的钢筋混凝土规范。与普通钢筋相比，本发明所述GFRP筋材不仅拉伸强度高，而且抗腐蚀性能良好、密度小。

实施例2

一种钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材，包括按体积百分比计的以下组份：玻璃纤维25%、钢纤维25%，环氧树脂（双酚A型）31%，固化剂（乙二胺）2%，促进剂（2-苄基-4-甲基咪唑）2%，填料（硅胶粉）5%，3.5%低收缩剂（聚醋酸乙烯酯）、3.5%脱模剂（金属皂）、2.5%阻燃剂（卤素阻燃剂）、0.5%抗静电剂（乙炔黑），制备Φ16mm的钢纤维增强玻璃纤维树脂复合筋材。

试验过程参照实施例1，本发明所述GFRP筋材的屈服强度达到850MPa左右，极限应变达到2.5%左右，极限强度是屈服强度的1.2倍左右。经过计算，其弹性模量达到110GPa左右。

实施例3

一种钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材，包括按体积百分比计的以下组份：玻璃纤维35%、钢纤维35%，环氧树脂（双酚A型）的体积含量为20%，固化剂（乙二胺）体积含量为1.5%，促进剂（2-苄基-4-甲基咪唑）的体积含量为1.5%，填料（石英粉）体积含量为2%，2%低收缩剂、2%脱模剂、0.5%.阻燃剂、0.5%抗静电剂，制备Φ16mm的钢纤维增强玻璃纤维树脂复合筋材。

试验过程参照实施例1，本发明所述GFRP筋材的屈服强度达到1250MPa左右，极限应变达到3.5%左右，极限强度是屈服强度的1.5倍左右。经过计算，其弹性模量达到140GPa左右。

Claims

1.一种钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材，其特征在于包括以体积百分比计的以下组份：钢纤维25-35%，玻璃纤维25-35%，环氧树脂20-31%，固化剂1-2%，促进剂1-2%，填料2-5%以及6-10%辅助材料。

2.一种钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材，其特征在于的所述的辅助材料为2体积%-3.9体积%低收缩剂、2体积%-3.9体积%脱模剂、0.5体积%-2.5体积%阻燃剂、0.5体积%-0.6体积%抗静电剂。

3.一种基于权利要求1所述的钢纤维增强的玻璃纤维树脂复合筋材的制备方法，其特征在于将钢纤维和玻璃纤维先浸渍在添加了固化剂的环氧树脂中后均匀的相互缠绕；二次浸渍到添加了固化剂的环氧树脂中；然后加热固化；最后拉挤成型。