CN103410544A - 大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆及其生产工艺，该锚杆包括中空的锚杆杆体，所述锚杆杆体由若干层经树脂溶液浸透的轴向纤维纱和环向纤维纱从内向外交替叠加构成，锚杆杆体的内径大于等于30mm，在锚杆杆体的表面设有螺纹槽或螺旋形突起。本发明具有以下优点：锚杆杆体轴向纤维层保证了杆体高拉伸强度和弯曲强度，从而保证了施工时足够锚固力，锚杆杆体环向缠绕纤维层保证了杆体的横向性能，提高了杆体的耐压性，使得锚杆爆破压力大于等于8MPa；锚杆杆体的内径大于等于30mm，可以进行快速高压大容量注浆，实现快速施工；螺纹槽或螺旋形突起提高了锚杆与锚固剂之间的粘结强度。

Description

大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆及其生产工艺

技术领域

本发明涉及喷锚支护，尤其是一种适用于大型隧道快速稳定注浆全长锚固的大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆及其生产工艺。

背景技术

传统玻璃钢中空锚杆内孔直径为5～25mm，爆破耐压小于1MPa，造成施工时无法高压快速注浆，安装速度受到限制，已无法满足大型隧道工程快速施工要求。

锚杆内孔直径达到30mm以上的即为大直径锚杆了，但是按照目前的现有工艺无法制作出合格的大直径锚杆，随着目前个各种工程施工难度的增加，迫切需要解决这一问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有玻璃钢中空锚杆内孔小、爆破耐压性差的问题，提供一种大直径高耐压纤维增强塑料锚杆及其生产工艺，能实现高压大容量快速注浆，有利于大型隧道工程快速安装。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆，包括中空的锚杆杆体，所述锚杆杆体由若干层经树脂溶液浸透的轴向纤维纱和环向纤维纱从内向外交替叠加构成，锚杆杆体的内径大于等于30mm，在锚杆杆体的表面设有螺纹槽或螺旋形突起。

在本发明中，进一步的，所述轴向纤维纱和环向纤维纱的总层数为3～9层；所述轴向纤维纱和环向纤维纱均为玻璃纤维，或轴向纤维纱和环向纤维纱均为玄武岩纤维。

一种大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆的生产工艺，包括以下步骤：

a、将基体树脂、固化剂、填料和阻燃剂混合搅拌成树脂溶液，静置15～30分钟，所述树脂胶液中各组分的质量比例为：基底树脂70～75%、固化剂1～3%、填料15～20%、阻燃剂5～10%；

b、在外径大于等于30mm的芯棒模具表面上，交替叠加若干层经树脂溶液浸透的轴向纤维纱和环向纤维纱，形成具有多层纤维纱结构的中空杆体，

c、在中空杆体表面沿杆体的轴向方向螺旋缠绕定张力涤纶线，使中空杆体表面形成螺纹槽4；或者在中空杆体表面沿着杆体的轴向方向按照螺旋轨迹喷砂，使中空杆体表面形成螺旋形突起5；

d、将表面形成螺纹槽或螺旋形突起的中空杆体放入60～250°的加热烘箱固化成型，固化成型5～10min，然后切割成所需要的尺寸。

在本发明在步骤中a中，所述基体树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂或环氧树脂，所述固化剂为过氧化二苯甲酰或过氧化苯甲酸叔丁酯，所述填料为氢氧化铝或碳酸钙，所述阻燃剂为十溴联苯醚或三氧化二锑。

在本发明在步骤b中，所述轴向纤维纱和环向纤维纱均为玻璃纤维，或轴向纤维纱和环向纤维纱均为玄武岩纤维。

与现有玻璃钢中空锚杆相比，本发明具有以下优点：

（1）锚杆杆体由若干层浸透树脂的轴向纤维纱和环向纤维纱从内向外交替叠加构成，轴向纤维层保证了杆体高拉伸强度和弯曲强度，从而保证了施工时足够锚固力，环向缠绕纤维层保证了杆体的横向性能，提高了杆体的耐压性，使得锚杆爆破压力大于等于8MPa；

（2）锚杆杆体的内径大于等于30mm，可以进行快速高压大容量注浆，节省安装时间，实现快速施工；

（3）锚杆表面设置螺纹槽或螺旋形突起，提高了锚杆与锚固剂之间的粘结强度。

附图说明

图1为发明锚杆杆体的分层结构示意图；

图2为实施例一中的锚杆杆体结构示意图；

图3为实施例二中的锚杆杆体结构示意图；

图4为本发明生产工艺中，芯棒模具和预成型模具的布置示意图。

图5为预成型模具的结构示意图。

图中：1-锚杆杆体，2-轴向纤维纱，3-环向纤维纱，4-螺纹槽，5-螺旋形突起，6-芯棒模具，7-预成型模具，8-小孔。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1至3所示，本发明的大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆包括中空的锚杆杆体1，锚杆杆体1由若干层经树脂溶液浸透的轴向纤维纱2和环向纤维纱3从内向外交替叠加构成，轴向纤维纱和环向纤维纱的总层数为3～9层，优选的，最内层和最外层的均为轴向纤维纱；轴向纤维纱2和环向纤维纱3均为玻璃纤维，或轴向纤维纱2和环向纤维纱3均为玄武岩纤维。锚杆杆体1的内径大于等于30mm，在锚杆杆体1的表面沿杆体的轴向设有螺纹槽4或螺旋形突起5。

本发明的大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆生产工艺包括以下步骤：

a、将基体树脂、固化剂、填料和阻燃剂混合搅拌成树脂溶液，静置15～30分钟，树脂胶液中各组分的质量比例为：基底树脂70～75%、固化剂1～3%、填料15～20%、阻燃剂5～10%，其中，基体树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂或环氧树脂，固化剂为过氧化二苯甲酰或过氧化苯甲酸叔丁酯，填料为氢氧化铝或碳酸钙，阻燃剂为十溴联苯醚或三氧化二锑。

b、在外径大于等于30mm的芯棒模具6表面上，交替叠加若干层经树脂溶液浸透的轴向纤维纱2和环向纤维纱3，形成具有多层纤维纱结构的中空杆体；所述轴向纤维纱2和环向纤维纱3均为玻璃纤维，或轴向纤维纱2和环向纤维纱3均为玄武岩纤维。

c、在中空杆体表面沿杆体的轴向方向螺旋缠绕定张力涤纶线，使中空杆体表面形成螺纹槽4；或者在中空杆体表面沿着杆体的轴向方向按照螺旋轨迹喷砂，使中空杆体表面形成螺旋形突起5。

d、将表面形成螺纹槽或螺旋形突起的中空杆体放入60～250°的加热烘箱固化成型，固化成型5～10min，然后切割成所需要的尺寸。

实施例一，生产外径60mm，内孔直径40mm的大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆。

a、将不饱和聚酯树脂、过氧化二苯甲酰、氢氧化铝和十溴联苯醚混合搅拌成树脂溶液，静置15分钟，树脂胶液中各组分的质量比例为：不饱和聚酯树脂75%、过氧化二苯甲酰1%、氢氧化铝15%、十溴联苯醚9%。

b、如图3和4所示，采用直径40mm的芯棒模具6，并在芯棒模具6一端设置预成型模具7，预成型模具7上沿圆周方向均布若干小孔8。先将第一部分玻璃纤维纱经纱架进入树脂槽浸透树脂，然后经预成型模具7上的小孔8牵引至芯棒模具6表面，使玻璃纤维纱沿芯棒模具6轴向排列成管状，形成厚度约2.2mm的第一层轴向纤维纱2，接着将第二部分玻璃纤维纱通过缠绕设备环向缠绕在第一层轴向纤维纱2上，形成厚度约1.2mm的第二层环向纤维纱3，接着将第三部分玻璃纤维纱经纱架进入树脂槽浸透树脂，然后经预成型模具7上的小孔8牵引至第二层环向纤维纱3表面，使玻璃纤维纱沿芯棒模具6轴向排列成管状，形成厚度约2.2mm的第三层轴向纤维纱2，接着将第四部分玻璃纤维纱通过缠绕设备环向缠绕在第三层轴向纤维纱2上，形成厚度约1.4mm的第四层环向纤维纱3，接着将第五部分玻璃纤维纱经纱架进入树脂槽浸透树脂，然后经预成型模具7上的小孔8牵引至第四层环向纤维纱3表面，使玻璃纤维纱沿芯棒模具6轴向排列成管状，形成厚度约2.2mm的第五层轴向纤维纱2。进而形成具有五层玻璃纤维纱结构的厚度为10mm的中空杆体。

c、在中空杆体表面螺旋缠绕定张力涤纶线，使中空杆体表面形成深度约为1.5mm的螺纹槽4。

d、将表面形成螺纹槽4的中空杆体放入80°的加热烘箱固化成型，固化成型6min，然后切割成所需要的尺寸。

实施例二，生产外径70mm，内孔直径40mm的大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆。

a、将乙烯基树脂、过氧化苯甲酸叔丁酯、碳酸钙和三氧化二锑混合搅拌成树脂溶液，静置30分钟，树脂胶液中各组分的质量比例为：乙烯基树脂70%、过氧化苯甲酸叔丁酯3%、碳酸钙20%、三氧化二锑7%。

b、如图3和4所示，采用直径40mm的芯棒模具6，并在芯棒模具一端设置预成型模具7，预成型模具7上沿圆周方向均布若干小孔8。先将第一部分玄武岩纤维纱经纱架进入树脂槽浸透树脂，然后经预成型模具7上的小孔8牵引至芯棒模具6表面，使玄武岩纤维纱沿芯棒模具6轴向排列成管状，形成厚度约2.5mm的第一层轴向纤维纱2，接着将第二部分玄武岩纤维纱通过缠绕设备环向缠绕在第一层轴向纤维纱2上，形成厚度约1.2mm的第二层环向纤维纱3，接着将第三部分玄武岩纤维纱经纱架进入树脂槽浸透树脂，然后经预成型模具7上的小孔8牵引至第二层环向纤维纱3表面，使玄武岩纤维纱沿芯棒模具6轴向排列成管状，形成厚度约2.5mm的第三层轴向纤维纱2，接着将第四部分玄武岩纤维纱通过缠绕设备环向缠绕在第三层轴向纤维纱2上，形成厚度约1.4mm的第四层环向纤维纱3，接着将第五部分玄武岩纤维纱经纱架进入树脂槽浸透树脂，然后经预成型模具7上的小孔8牵引至第四层环向纤维纱3表面，使玄武岩纤维纱沿芯棒模具6轴向排列成管状，形成厚度约2.5mm的第五层轴向纤维纱2，接着将第六部分玄武岩纤维纱通过缠绕设备环向缠绕在第五层轴向纤维纱2上，形成厚度约1.4mm的第四层环向纤维纱3，接着将第七部分玄武岩纤维纱经纱架进入树脂槽浸透树脂，然后经预成型模具7上的小孔8牵引至第六层环向纤维纱2表面，使玄武岩纤维纱沿芯棒模具6轴向排列成管状，形成厚度约2mm的第七层轴向纤维纱2。进而形成具有七层玄武岩纤维纱结构的厚度为13.5mm的中空杆体。

c、在中空杆体表面按照螺旋轨迹喷砂，使中空杆体表面形成高度为1.5mm的螺旋形突起4。

d、将表面形成螺旋形突起4的中空杆体放入180°的加热烘箱固化成型，固化成型8min,然后切割成所需要的尺寸。

实施例三，生产外径70mm，内孔直径40mm的大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆。

a、将环氧树脂、过氧化苯甲酸叔丁酯、氢氧化铝和三氧化二锑混合搅拌成树脂溶液，静置25分钟，树脂胶液中各组分的质量比例为：环氧树脂73%、过氧化苯甲酸叔丁酯2%、氢氧化铝17%、三氧化二锑8%。

B、如图3和4所示，采用直径40mm的芯棒模具6，并在芯棒模具一端设置预成型模具7，预成型模具7上沿圆周方向均布若干小孔8。先将第一部分玄武岩纤维纱经纱架进入树脂槽浸透树脂，然后经预成型模具7上的小孔8牵引至芯棒模具6表面，使玄武岩纤维纱沿芯棒模具6轴向排列成管状，形成厚度约2.5mm的第一层轴向纤维纱2，接着将第二部分玄武岩纤维纱通过缠绕设备环向缠绕在第一层轴向纤维纱2上，形成厚度约1.2mm的第二层环向纤维纱3，接着将第三部分玄武岩纤维纱经纱架进入树脂槽浸透树脂，然后经预成型模具7上的小孔8牵引至第二层环向纤维纱3表面，使玄武岩纤维纱沿芯棒模具6轴向排列成管状，形成厚度约2.5mm的第三层轴向纤维纱2，接着将第四部分玄武岩纤维纱通过缠绕设备环向缠绕在第三层轴向纤维纱2上，形成厚度约1.4mm的第四层环向纤维纱3，接着将第五部分玄武岩纤维纱经纱架进入树脂槽浸透树脂，然后经预成型模具7上的小孔8牵引至第四层环向纤维纱3表面，使玄武岩纤维纱沿芯棒模具6轴向排列成管状，形成厚度约2.5mm的第五层轴向纤维纱2，接着将第六部分玄武岩纤维纱通过缠绕设备环向缠绕在第五层轴向纤维纱2上，形成厚度约1.4mm的第四层环向纤维纱3，接着将第七部分玄武岩纤维纱经纱架进入树脂槽浸透树脂，然后经预成型模具7上的小孔8牵引至第六层环向纤维纱2表面，使玄武岩纤维纱沿芯棒模具6轴向排列成管状，形成厚度约3.5mm的第七层轴向纤维纱2。进而形成具有七层玄武岩纤维纱结构的厚度为15mm的中空杆体。

c、在中空杆体表面螺旋缠绕定张力涤纶线，使中空杆体表面形成深度约为1.5mm的螺纹槽4。

d、将表面形成螺纹槽4的中空杆体放入200°的加热烘箱固化成型，固化成型9min，然后切割成所需要的尺寸。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆，包括中空的锚杆杆体（1），其特征在于：所述锚杆杆体（1）由若干层经树脂溶液浸透的轴向纤维纱（2）和环向纤维纱（3）从内向外交替叠加构成，锚杆杆体（1）的内径大于等于30mm，在锚杆杆体（1）的表面设有螺纹槽（4）或螺旋形突起（5）。

2.根据权利要求1所述的一种大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆，其特征在于：所述轴向纤维纱（2）和环向纤维纱（3）的总层数为3～9层。

3.根据权利要求1或2所述的一种大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆，其特征在于：所述轴向纤维纱（2）和环向纤维纱（3）均为玻璃纤维，或轴向纤维纱（2）和环向纤维纱（3）均为玄武岩纤维。

4.一种如权利要求1所述的大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a、将基体树脂、固化剂、填料和阻燃剂混合搅拌成树脂溶液，静置15～30分钟，所述树脂胶液中各组分的质量比例为：基底树脂70～75%、固化剂1～3%、填料15～20%、阻燃剂5～10%；

b、在外径大于等于30mm的芯棒模具（6）表面上，交替叠加若干层经树脂溶液浸透的轴向纤维纱（2）和环向纤维纱（3），形成具有多层纤维纱结构的中空杆体，

c、在中空杆体表面沿杆体的轴向方向螺旋缠绕定张力涤纶线，使中空杆体表面形成螺纹槽（4）；或者在中空杆体表面沿着杆体的轴向方向按照螺旋轨迹喷砂，使中空杆体表面形成螺旋形突起（5）；

d、将表面形成螺纹槽（4）或螺旋形突起（5）的中空杆体放入60～250°的加热烘箱固化成型，固化成型5～10min，然后切割成所需要的尺寸。

5.根据权利要求4所述的一种大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆的生产工艺，其特征在于：在步骤（a）中，所述基体树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂或环氧树脂，所述固化剂为过氧化二苯甲酰或过氧化苯甲酸叔丁酯，所述填料为氢氧化铝或碳酸钙，所述阻燃剂为十溴联苯醚或三氧化二锑。

6.根据权利要求4所述的一种大直径高耐压中空纤维增强塑料锚杆的生产工艺，其特征在于：在步骤（b）中，所述轴向纤维纱（2）和环向纤维纱（3）均为玻璃纤维，或轴向纤维纱（2）和环向纤维纱（3）均为玄武岩纤维。

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