CN102774003B - 一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，工艺过程包含以下步骤：供纱、浸树脂、加热成型、保温、梯级冷却、牵引和切割。本发明能够解决传统玻璃纤维全螺纹锚杆表面光洁度差、对设备磨损严重、韧性差、耐疲劳性差、化学稳定性差、耐湿热性差和易吸水的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法。
背景技术
纤维增强塑料锚杆具有比强度高、安全性好、耐腐蚀、可设计性强、施工方便等优点，多用于煤矿巷道支护。随着科技的发展，锚杆不仅用于矿山，也用于工程技术中，可对边坡，隧道，坝体进行主动加固。它的使用范围越来越广泛。
但是目前市场上的纤维增强塑料锚杆由于表面光洁度差，锚杆表面有很多毛刺，如果不带手套很容易划伤手，另外在生产锚杆时锚杆表面的毛刺还会加大对设备的磨损。由于目前纤维增强塑料锚杆的配方还不成熟，生产出来的锚杆具有韧性差、耐疲劳性差、化学稳定性差、耐湿热性差和易吸水的缺点，导致锚杆的使用寿命较短。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，它能够解决传统玻璃纤维全螺纹锚杆表面光洁度差、对设备磨损严重、韧性差、耐疲劳性差、化学稳定性差、耐湿热性差和易吸水的缺点。
本发明的技术方案，一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，工艺过程包含以下步骤：
步骤a，供纱，将纤维纱通过隔板分为内纱和外纱两部分，并送入全螺纹锚杆成型装置；
步骤b，浸液，将晶须加入树脂中并搅拌均匀，晶须的含量为树脂含量的3%～15%，然后将内纱部分的纤维纱浸入带有晶须的树脂中，使内纱部分的纤维纱浸满带有晶须的树脂；
步骤c，加热成型，外纱部分的纤维纱和浸满带有晶须的树脂的内纱部分的纤维纱在全螺纹锚杆成型装置内进行拉挤、缠绕，并通过成型丝将纤维纱外表面压出螺纹形状，并在220～350摄氏度下加热成型；
步骤d，保温，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温度为90～190摄氏度，保温时间为30～60秒；
步骤e，梯级冷却，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至60～90摄氏度，然后再使用淋水装置进行水冷，水冷后的玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至室温；
步骤f，切割成型。
前述的这种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法中，步骤b中，晶须的含量为树脂含量的5%～10%。
前述的这种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法中，步骤b中，晶须的含量为树脂含量的8%。
前述的这种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法中，所述晶须为钛酸钾晶须或氧化锌晶须或硫酸钙晶须。
前述的这种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法中，所述晶须为氧化锌晶须。
前述的这种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法中，所述步骤c中的加热温度为300摄氏度。
前述的这种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法中，所述步骤d中，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温度为120～160摄氏度，保温时间为40～50秒；
步骤e中，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至70～80摄氏度。
前述的这种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法中，步骤d中，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温度为140摄氏度，保温时间为45秒；
步骤e中，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至75摄氏度。
前述的这种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法中，所述切割成型包括以下步骤，玻璃纤维全螺纹锚杆在牵引机构的牵引下横向移动并送至切割装置，在牵引机构的牵引下，锚杆的移动速度为0.8m/s～1.5 m/s；
前述的这种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法中，切割装置先与玻璃纤维全螺纹锚杆垂直设置，将玻璃纤维全螺纹锚杆的一端切成平面，然后当玻璃纤维全螺纹锚杆长度达到10cm～100cm时，将切割装置旋转25°～65°将玻璃纤维全螺纹锚杆的另一端切割成角度为25°～65°的斜面。
前述的这种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法中，所述步骤e中，在牵引机构的牵引下，锚杆的移动速度为1.1m/s。
前述的这种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法中，所述步骤f中，玻璃纤维全螺纹锚杆的一端为平面，另一端为角度为45°的斜面。
与现有技术相比，本案由于晶须本身结构纤细，且具有高强度、高模量，晶须经表面处理后加入到树脂之中，能够均匀分散，起着骨架作用，形成聚合物-纤维复合材料。使用含有晶须的树脂来生产玻璃纤维锚杆，可以使锚杆薄弱环节减少，显著提高其机械强度。有效解决传统玻璃纤维全螺纹锚杆表面光洁度差、对设备磨损严重、韧性差、耐疲劳性差、化学稳定性差、耐湿热性差和易吸水的缺点。
本发明在树脂中加入了晶须，由于它们本身结构纤细，且具有高强度、高模量，经表面处理后加入到树脂之中，能够均匀分散，起着骨架作用，形成聚合物-纤维复合材料，从而克服了连续长纤维-玻璃纤维上述的诸多缺点，从而使锚杆制品的外观质量得到了很好的提升，同时锚杆的使用寿命延长到一倍以上。
国内同行业中在对玻璃纤维全螺纹锚杆冷却时，均采用自然冷却的方法，自然冷却时间长，既耗工又耗时，严重浪费资源，生产受到制约；而本发明采用梯级冷却，也就是先保温后急冷的逐步冷却方式。该冷却方式能有效的解决杆体的内应力过大的问题。
另外在树脂中加入晶须，由于晶须的存在能够发展定向结构，但又不产生各向异性，可减少缺陷的形成，有效的传递应力，阻止裂纹扩展，加入的晶须因纤维状填充剂受力时能产生一定的形变，使应力容易松弛，消除界面应力集中和残余应力，减小杆体的内应力。
本发明有效的解决了玻璃钢锚杆存在的应力过大的问题，从而能够有效的避免因此造成的质量缺陷，保证了产品质量的稳定。
下表是氧化锌晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆与传统锚杆的性能对比表：
| 传统锚杆 | 氧化锌晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆 | |
| 表面光洁度 | ∽ | √0.4 |
| 韧性 | 弯曲后强度下降50% | 弯曲后强度下降20% |
| 耐疲劳度 | 周期性弯曲100次强度下降60% | 周期性弯曲100次强度下降30% |
| 化学稳定性 | 耐酸不耐碱 | 耐酸碱 |
| 内应力 | 有微裂纹 | 微裂纹间有晶须桥联强度提高30% |
从表中我们可以很直观的看出，氧化锌晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的各项性能都优于传统锚杆，因此与传统锚杆相比，本发明具有显著的进步。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例1：一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，工艺过程包含以下步骤：
步骤a，供纱，将纤维纱通过隔板分为内纱和外纱两部分，并送入全螺纹锚杆成型装置；
步骤b，浸液，将钛酸钾晶须加入树脂中并搅拌均匀，钛酸钾晶须的含量为树脂的3%，然后将内纱部分的纤维纱浸入带有钛酸钾晶须的树脂中，使内纱部分的纤维纱浸满带有钛酸钾晶须的树脂；
步骤c，加热成型，外纱部分的纤维纱和浸满带有钛酸钾晶须的树脂的内纱部分的纤维纱在全螺纹锚杆成型装置内进行拉挤、缠绕，并通过成型丝将纤维纱外表面压出螺纹形状，并在220摄氏度的高温下加热成型；
步骤d，保温，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温摄氏度为90摄氏度，保温时间为60秒；
步骤e，梯级冷却，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至60摄氏度，然后再使用淋水装置进行水冷，水冷后的玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至室温；
步骤f，牵引，玻璃纤维全螺纹锚杆在牵引机构的牵引下横向移动并送至切割装置，在牵引机构的牵引下，锚杆的移动速度为0.8m/s；
步骤g，切割，切割装置先与玻璃纤维全螺纹锚杆垂直设置，将玻璃纤维全螺纹锚杆的一端切成平面，然后当玻璃纤维全螺纹锚杆长度达到10cm时，将切割装置旋转25°将玻璃纤维全螺纹锚杆的另一端切割成角度为25°的斜面。
本发明的实施例2：一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，工艺过程包含以下步骤：
步骤a，供纱，将纤维纱通过隔板分为内纱和外纱两部分，并送入全螺纹锚杆成型装置；
步骤b，浸液，将氧化锌晶须加入树脂中并搅拌均匀，氧化锌晶须的含量为树脂的8%，然后将内纱部分的纤维纱浸入带有氧化锌晶须的树脂中，使内纱部分的纤维纱浸满带有氧化锌晶须的树脂；
步骤c，加热成型，外纱部分的纤维纱和浸满带有氧化锌晶须的树脂的内纱部分的纤维纱在全螺纹锚杆成型装置内进行拉挤、缠绕，并通过成型丝将纤维纱外表面压出螺纹形状，并在300摄氏度的高温下加热成型；
步骤d，保温，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温度为140摄氏度，保温时间为45秒；
步骤e，梯级冷却，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至75摄氏度，然后再使用淋水装置进行水冷，水冷后的玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至室温；
步骤f，牵引，玻璃纤维全螺纹锚杆在牵引机构的牵引下横向移动并送至切割装置，在牵引机构的牵引下，锚杆的移动速度为1.1m/s；
步骤g，切割，切割装置先与玻璃纤维全螺纹锚杆垂直设置，将玻璃纤维全螺纹锚杆的一端切成平面，然后当玻璃纤维全螺纹锚杆长度达到30cm时，将切割装置旋转45°将玻璃纤维全螺纹锚杆的另一端切割成角度为45°的斜面。
本发明的实施例3：一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，工艺过程包含以下步骤：
步骤a，供纱，将纤维纱通过隔板分为内纱和外纱两部分，并送入全螺纹锚杆成型装置；
步骤b，浸液，将硫酸钙晶须加入树脂中并搅拌均匀，硫酸钙晶须的含量为树脂的15%，然后将内纱部分的纤维纱浸入带有硫酸钙晶须的树脂中，使内纱部分的纤维纱浸满带有硫酸钙晶须的树脂；
步骤c，加热成型，外纱部分的纤维纱和浸满带有硫酸钙晶须的树脂的内纱部分的纤维纱在全螺纹锚杆成型装置内进行拉挤、缠绕，并通过成型丝将纤维纱外表面压出螺纹形状，并在350摄氏度的高温下加热成型；
步骤d，保温，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温度为190度，保温时间为30秒；
步骤e，梯级冷却，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至90摄氏度，然后再使用淋水装置进行水冷，水冷后的玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至室温；
步骤f，牵引，玻璃纤维全螺纹锚杆在牵引机构的牵引下横向移动并送至切割装置，在牵引机构的牵引下，锚杆的移动速度为1.5 m/s；
步骤g，切割，切割装置先与玻璃纤维全螺纹锚杆垂直设置，将玻璃纤维全螺纹锚杆的一端切成平面，然后当玻璃纤维全螺纹锚杆长摄氏度达到100cm时，将切割装置旋转65°将玻璃纤维全螺纹锚杆的另一端切割成角摄氏度为65°的斜面。
本发明的实施例4：一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，工艺过程包含以下步骤：
步骤a，供纱，将纤维纱通过隔板分为内纱和外纱两部分，并送入全螺纹锚杆成型装置；
步骤b，浸液，将钛酸钾晶须加入树脂中并搅拌均匀，钛酸钾晶须的含量为树脂含量的5%，然后将内纱部分的纤维纱浸入带有钛酸钾晶须的树脂中，使内纱部分的纤维纱浸满带有钛酸钾晶须的树脂；
步骤c，加热成型，外纱部分的纤维纱和浸满带有钛酸钾晶须的树脂的内纱部分的纤维纱在全螺纹锚杆成型装置内进行拉挤、缠绕，并通过成型丝将纤维纱外表面压出螺纹形状，并在270摄氏度下加热成型；
步骤d，保温，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温度为120摄氏度，保温时间为50秒；
步骤e，梯级冷却，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至70摄氏度，然后再使用淋水装置进行水冷，水冷后的玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至室温；
步骤f，切割成型,所述切割成型包括以下步骤，玻璃纤维全螺纹锚杆在牵引机构的牵引下横向移动并送至切割装置，在牵引机构的牵引下，锚杆的移动速度为0.9m/s；
切割装置先与玻璃纤维全螺纹锚杆垂直设置，将玻璃纤维全螺纹锚杆的一端切成平面，然后当玻璃纤维全螺纹锚杆长度达到30cm时，将切割装置旋转35°将玻璃纤维全螺纹锚杆的另一端切割成角度为35°的斜面。
本发明的实施例5：一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，工艺过程包含以下步骤：
步骤a，供纱，将纤维纱通过隔板分为内纱和外纱两部分，并送入全螺纹锚杆成型装置；
步骤b，浸液，将氧化锌晶须加入树脂中并搅拌均匀，氧化锌晶须的含量为树脂含量的10%，然后将内纱部分的纤维纱浸入带有氧化锌晶须的树脂中，使内纱部分的纤维纱浸满带有氧化锌晶须的树脂；
步骤c，加热成型，外纱部分的纤维纱和浸满带有氧化锌晶须的树脂的内纱部分的纤维纱在全螺纹锚杆成型装置内进行拉挤、缠绕，并通过成型丝将纤维纱外表面压出螺纹形状，并在320摄氏度下加热成型；
步骤d，保温，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温度为160摄氏度，保温时间为40秒；
步骤e，梯级冷却，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至80摄氏度，然后再使用淋水装置进行水冷，水冷后的玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至室温；
步骤d中，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温度为140摄氏度，保温时间为45秒；
步骤e中，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至75摄氏度。
步骤f，切割成型,所述切割成型包括以下步骤，玻璃纤维全螺纹锚杆在牵引机构的牵引下横向移动并送至切割装置，在牵引机构的牵引下，锚杆的移动速度为1.3 m/s；
切割装置先与玻璃纤维全螺纹锚杆垂直设置，将玻璃纤维全螺纹锚杆的一端切成平面，然后当玻璃纤维全螺纹锚杆长度达到90cm时，将切割装置旋转55°将玻璃纤维全螺纹锚杆的另一端切割成角度为55°的斜面。
Claims (9)
1.一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，其特征在于，工艺过程包含以下步骤：
步骤a，供纱，将纤维纱通过隔板分为内纱和外纱两部分，并送入全螺纹锚杆成型装置；
步骤b，浸液，将晶须加入树脂中并搅拌均匀，晶须的含量为树脂含量的3％～15％，然后将内纱部分的纤维纱浸入带有晶须的树脂中，使内纱部分的纤维纱浸满带有晶须的树脂；
步骤c，加热成型，外纱部分的纤维纱和浸满带有晶须的树脂的内纱部分的纤维纱在全螺纹锚杆成型装置内进行拉挤、缠绕，并通过成型丝将纤维纱外表面压出螺纹形状，并在220～350摄氏度下加热成型；
步骤d，保温，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温度为90～190摄氏度，保温时间为30～60秒；
步骤e，梯级冷却，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至60～90摄氏度，然后再使用淋水装置进行水冷，水冷后的玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至室温；
步骤f，切割成型；所述切割成型包括以下步骤，玻璃纤维全螺纹锚杆在牵引机构的牵引下横向移动并送至切割装置，在牵引机构的牵引下，锚杆的移动速度为0.8m/s～1.5m/s；
切割装置先与玻璃纤维全螺纹锚杆垂直设置，将玻璃纤维全螺纹锚杆的一端切成平面，然后当玻璃纤维全螺纹锚杆长度达到10cm～100cm时，将切割装置旋转25°～65°将玻璃纤维全螺纹锚杆的另一端切割成角度为25°～65°的斜面。
2.根据权利要求1所述的一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，其特征在于：步骤b中，晶须的含量为树脂含量的5％～10％。
3.根据权利要求2所述的一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，其特征在于：步骤b中，晶须的含量为树脂含量的8％。
4.根据权利要求1所述的一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，其特征在于：所述晶须为钛酸钾晶须或氧化锌晶须或硫酸钙晶须。
5.根据权利要求4所述的一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，其特征在于：所述晶须为氧化锌晶须。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，其特征在于：所述步骤c中的加热温度为300摄氏度。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，其特征在于：所述步骤d中，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温度为120～160摄氏度，保温时间为40～50秒；
步骤e中，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至70～80摄氏度。
8.根据权利要求7所述的一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，其特征在于：步骤d中，将成型后的玻璃纤维全螺纹锚杆送入保温装置进行保温、定型，保温温度为140摄氏度，保温时间为45秒；
步骤e中，玻璃纤维全螺纹锚杆从保温装置出来后首先通过风冷装置进行风冷，风冷后玻璃纤维全螺纹锚杆的温度降低至75摄氏度。
9.根据权利要求1所述的一种晶须增强型玻璃纤维全螺纹锚杆的制作方法，其特征在于：所述步骤f中，在牵引机构的牵引下，锚杆的移动速度为1.1m/s。
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