CN103935053B - 纤维增强复合材料网格筋成型模具及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强复合材料网格筋成型模具及成型方法，本发明的纤维增强复合材料网格筋成型模具包括底模、填充模、压条和定位卡；该成型方法在该模具上绕经纬方向铺设纤维丝束，形成纤维网格，再利用真空模压技术，抽真空完成纤维网格的浸渍、固化成型。本发明可根据要求制作任意网格大小的纤维增强复合材料网格筋，产品尺寸精准、性能更加稳定，加工过程环保、便于掌握，适合工业化批量生产。

Description

纤维增强复合材料网格筋成型模具及成型方法

技术领域

本发明涉及一种成型复合材料的专用装备与使用方法，具体涉及一种纤维增强复合材料网格筋成型模具及成型方法。

背景技术

纤维增强复合材料网格筋是将碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等高性能连续纤维浸渍于环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂等形成网格状的整体复合材料。这种纤维增强复合材料网格筋具有轻质、高强、双向受力、施工方便、适用于普通环境、恶劣环境的优点，并能克服传统建筑材料的缺点，具有更多的应用优势，具体表现在：

由纤维增强复合材料网格筋同时具有两个方向的增强效果，其可以方便地应用于混凝土板的增强加固，有效提高其混凝土板的承载能力，加固试件延性较好，破坏前有明显征兆；纤维增强复合材料网格筋通过砂浆或树脂粘贴于砌体墙体侧面，可以显著提高墙体的抗剪承载力，增强墙体的整体性，低周反复荷载试验表明了其对延性、耗能的明显提高；纤维增强复合材料网格筋可弯成适宜形状，并易于保持，其用于加固修复隧道顶部混凝土结构老化、混凝土脱落等病害具有很好的适用性；当然，纤维增强复合材料网格筋也可用于普通梁的抗剪、抗弯加固，效果及成本优于粘贴纤维布加固。

纤维增强复合材料网格筋作为一种新型复合材料，目前缺乏有效可靠的生产工艺。相关研究者对纤维网格织物的的编织工艺进行了研究，但其网格织物不适用于土木工程结构领域的应用。纤维增强复合材料网格筋的制备仍停留于传统的手糊工艺，树脂难以浸渍均匀，产品质量难以保证。纤维增强复合材料网格筋的制备工艺水平直接影响其力学性能，影响该材料在土木工程领域的推广应用，急需一种纤维增强复合材料网格筋制作装备及工艺生产方法，来制作出高品质纤维增强复合材料网格筋，以更好发挥材料的性能，实现材料的工程应用价值。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高效的纤维增强复合材料网格筋成型模具及成型方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种纤维增强复合材料网格筋成型模具，包括底模、填充模、定位卡和压条，所述底模为平板状，所述填充模通过螺栓安装于底模上并呈阵列式布置，所述填充模之间形成网格槽道，所述定位卡环绕于填充模外侧并朝向所述槽道的出口处，所述压条压于所述网格槽道上方，包括互相搁置的纵向压条与横向压条。

优选的，所述填充模可通过螺栓拆卸与替换，在底模不变的条件下，可变更填充模平面尺寸、厚度及相应的槽道的宽度。

优选的，所述填充模的厚度为1~5cm，其通过螺栓拆卸与替换，所述槽道的宽度为0.4~4cm。

优选的，所述底模为表面光洁、平整的PVC板、竹木或钢板，其长宽尺寸根据所制作网格的要求确定。

优选的，所述填充模中心线的两侧具有两个对称锚孔，所述填充模锚孔对应的底模开设内螺纹孔。

优选的，所述定位卡设置在槽道中线的延长线上，且与最外圈填充模距离不小于5cm，所述定位卡的直径不小于0.5cm，高度不大于2cm。

本发明同时提出纤维增强复合材料网格筋成型方法，包括以下步骤：

1）制作底模，并在底模上涂刷脱模剂；

2）根据所设计纤维增强复合材料网格筋的间距，选择填充模尺寸，并将填充模通过螺栓安装于底模上，形成网格槽道；

3）在所述底模周围，网格槽道延长线上确定纤维丝束固定卡；

4）调配树脂，将纤维丝束浸渍树脂；

5）沿网格槽道铺设经纬向纤维丝束，并将端部固定于所述的固定卡上；

6）采用树脂将形成的网格状纤维丝束完全浸润，并覆盖脱模布；

7）在上述脱模布上方纤维丝束位置安放压条；

8）在上述纤维网格范围内铺设导流网与导流管；

9）在底模固定卡的外围不少于5cm处设置密封胶泥；

10）将整个模具覆盖真空袋，且真空袋四周与密封胶泥粘结密实，开始抽真空；

11）真空度达到规定值后，在真空袋表面铺设电加热毯，设置加热温度；

12）持续加热与抽真空1~2小时，树脂固化，网格制作完成。

优选的，所述步骤7）中的压条包括互相搁置的纵向压条与横向压条，搁置于上方的压条在交叉点处开有用于容纳下方压条的矩形槽，开槽深度比下方压条的厚度多0.2~0.4cm，所述压条采用表面平整的PVC、竹木、钢板条等材料制成。

优选的，所述步骤4）与步骤6）中浸渍的树脂为环氧树脂、乙烯基树脂或不饱和聚酯树脂。

优选的，所述步骤11）中加热温度根据树脂种类设置，环氧树脂加热温度不超过80摄氏度，乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂加热温度不超过60摄氏度。

有益效果：本发明巧妙设计了纤维网格的成型模具，并利用真空模压技术的特点，即利用真空设备吸出纤维内部空气及多余树脂，并在真空下固化成型，提高纤维含量，得到更高强度和更轻质量的产品。利用本发明制作的纤维增强复合材料网格筋具有以下优点：可根据要求制作任意网格大小的纤维网格筋，而且由于填充模的存在使得复合材料网格筋的尺寸精准，无飞边毛刺，外观趋于一致；真空成型工艺体系中不留有多余的树脂，气泡少，纤维含量高强度更高，性能更加稳定；同一制品在真空作用下，不同部分的压力是相等的，避免了不均匀受力导致的纤维剪切破断，因此树脂对纤维的浸润速度、制品树脂含量比较均衡，性能比较稳定；树脂的流动及固化过程在相对密闭的空间内进行，不会有大量的刺激性气味散出，比较环保；制作工艺操作简单，便于掌握，适合工业化批量生产。

附图说明

图1是本发明实施例中底模及填充模的结构示意图；

图2是本发明实施例中纤维丝束在槽道中的铺设示意图；

图3是本发明实施例中压条的布设示意图；

图4是图3中压条在节点处的安装剖面图；

图5是图4布设导流网与导流管的示意图；

图6是本发明中真空模压工艺辅助材料安装示意图；

图7是图6的剖视图；

图中：1底模、2定位卡、3填充模、4螺栓、5纤维丝束、6脱模布、7-1横向压条、7-2纵向压条、8导流网、9导流管、10密封胶泥、11真空膜、12电加热毯、13树脂收集器、14真空泵。

具体实施方式

实施例：为了对本发明的工艺特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

图1是底模1与填充模3的连接结构示意图，填充模3通过螺栓4固定在底模1上，形成用于铺设纤维丝束的网格槽道。槽道中线上设置定位卡2，定位卡2的直径不能低于0.5cm，目的是保护绷紧的纤维在转角时不易被折断。

图2是纤维丝束5在槽道中的铺设示意图。纤维丝束5在填充模3阵列布置形成的槽道中经纬向间隔铺设，始终保持连续绷紧铺设。

图3是压条7的布设示意图。纤维丝束5缠绕完成之后，铺设脱模布6，铺设脱模布6的作用有两个，一是增加纤维增强复合材料网格筋表面的均匀性，且又有一定的粗糙度，利于网格筋与结构粘结。二是便于网格脱模，保护网格的完整性。铺设完成后将压条铺设在槽道中，压条包括横向压条7-1和纵向压条7-2。如图4所示，在交叉点处搁置在上方的横向压条7-1开矩形槽，开槽深度比其下方纵向压条7-2的厚度多0.2~0.4cm，以便于经纬向纤维丝束5在真空状体下自由调节压缩量，保证纤维丝素的均匀性、密实性。图5是真空模压工艺辅助材料安装示意图。先铺设导流网8，便于树脂再真空膜11内自由流动。再铺设导流管9，用于将多于树脂及气泡排出真空膜。图6是真空模压的整套装置示意图，真空膜11粘结在密封胶泥10上，完成整个工艺辅材的安装。裁剪真空膜时应注意使其各边尺寸要比底模各边尺寸长10cm左右，以适应真空膜在抽真空状态下网格范围内自由伸缩。整个装备连接完成后开启真空泵14，多余树脂导入树脂收集器13，待真空压力表读数接近0时，铺设电加热毯12，本步骤的加热装置也可以用安装在底模底部的电加热管等代替，目的是使树脂达到快速固化的效果。

图7作为图6的剖视图，能够比较清晰的反映在网格制作过程中各步骤的材料铺设位置，使用上述纤维增强复合材料网格筋成型模具的生产方法如下：

第一步：先制作一平整光洁、不透环氧树脂的底模1，底模1上设计有螺栓孔与填充模3螺栓孔4对应，底模表面涂刷一层脱模剂；

第二步：根据纤维增强复合材料网格筋的大小设计填充模3。填充模3的长宽尺寸与复合材料网格筋的大小趋于一致，厚度为1~2cm，材质为钢板，形状根据制作的网格尺寸，可以是正方形也可以是长方形。填充模3中心线两侧打两个对称锚孔，位置与底模1上的螺栓孔对应。

第三步：固定填充模3。通过螺栓4将底模1的和填充模3连接成一整体，填充模3前后左右阵列式布置，相邻两填充模边到边之间预留0.8~1cm的槽道，形成网格槽道，用于铺设经纬向纤维丝束5。

第四步：设置定位卡2。槽道中心线上，且距离最外圈填充模5~10cm，设置定位卡2。定位卡直径不小于0.5mm，高度不小于2cm，并固定于底模1上。

第五步：铺设纤维丝束5。纤维丝束5先浸渍树脂，浸渍过程中重复多次按压，以保证树脂浸透完全。槽道中连续铺设经纬向纤维丝束5，一层径向一层纬向交叉铺设。铺设时纤维丝束5应牵拉绷紧，沿某一槽道铺设到达终点后纤维丝束5绕过定位卡2，转至相邻槽道铺设，以此方法逐层铺设纤维丝束5完成设计层数。

第六步：铺设脱模布6。经纬向纤维丝束5铺设完成后，在其上表面覆盖一层脱模布6，脱模布6的大小以覆盖住槽道内纤维丝束5为宜。

第七步：放置压条7在脱模布6的上表面，铺设经纬向纤维丝束5的槽道内放置压条。压条包括横向压条7-1和纵向压条7-2，在交叉点处搁置在上方的横向压条7-1开矩形槽，开槽的深度比其下方纵向压条7-2的厚度多2~4mm，宽度等于槽道宽度。

第八步：铺设导流网8。压条铺设完成后铺设一层导流网8，导流网大小以覆盖住槽道内纤维为准。

第九步：铺设导流管9。导流网8上表面铺设导流管9，一根导流管9的辐射宽度15~20cm，根据导流网8的面积选择导流管铺设长度及间距。

第十步：铺设密封胶泥10。底模1四周距离定位卡2所在直线5cm的周长上粘贴一圈密封胶泥10。

第十一步：铺设真空膜11。真空膜11各边长大于底模1各边长不小于10cm，四条边粘贴于密封胶泥10上，并按压密实。

第十二步：抽真空模压。连接真空泵14、树脂收集器13及导流管9，树脂收集器13的一端连接导流管9，一端连接真空空压机14。

第十三步：铺设电加热毯12。待真空压力表读书接近0时，在真空膜11表面铺设一层电加热毯12，设定加热温度上限值。边加热边抽真空，直至树脂完全固化，停止抽真空，网格制作完成。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种纤维增强复合材料网格筋成型模具，其特征在于包括：底模、填充模、定位卡和压条，所述底模为平板状，所述填充模通过螺栓安装于底模上并呈阵列式布置，所述填充模之间形成网格槽道，所述定位卡环绕于最外圈填充模外侧，所述定位卡设置在槽道中线的延长线上，所述压条压于所述网格槽道上方，包括互相搁置的纵向压条与横向压条。

2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料网格筋成型模具，其特征在于：所述填充模的厚度为1～5cm。

3.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料网格筋成型模具，其特征在于：所述填充模的厚度为1～5cm，所述槽道的宽度为0.4～4cm。

4.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料网格筋成型模具，其特征在于：所述底模为表面光洁、平整的PVC板、竹木或钢板。

5.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料网格筋成型模具，其特征在于：所述填充模中心线的两侧具有两个对称锚孔，所述填充模锚孔对应的底模开设内螺纹孔。

6.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料网格筋成型模具，其特征在于：所述定位卡与最外圈填充模距离不小于5cm，所述定位卡的直径不小于0.5cm，高度不大于2cm。

7.一种纤维增强复合材料网格筋成型方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制作底模，并在底模上涂刷脱模剂；

2)根据所设计纤维增强复合材料网格筋的间距，选择填充模尺寸，并将填充模通过螺栓安装于底模上，形成网格槽道；

3)在所述底模周围，网格槽道延长线上确定纤维丝束固定卡；

4)调配树脂，将纤维丝束浸渍树脂；

5)沿网格槽道铺设经纬向纤维丝束，并将端部固定于所述的固定卡上；

6)采用树脂将形成的网格状纤维丝束完全浸润，并覆盖脱模布；

7)在上述脱模布上方纤维丝束位置安放压条；

8)在上述纤维网格范围内铺设导流网与导流管；

9)在底模固定卡的外围不少于5cm处设置密封胶泥；

10)将整个模具覆盖真空袋，且真空袋四周与密封胶泥粘结密实，开始抽真空；

11)真空度达到规定值后，在真空袋表面铺设电加热毯，设置加热温度；

12)持续加热与抽真空1～2小时，树脂固化，网格制作完成。

8.根据权利要求7所述的纤维增强复合材料网格筋成型方法，其特征在于：所述步骤7)中的压条包括互相搁置的纵向压条与横向压条，搁置于上方的压条在交叉点处开有用于容纳下方压条的矩形槽，开槽深度比下方压条的厚度多0.2～0.4cm，所述压条采用表面平整的PVC、竹木或钢板条制成。

9.根据权利要求7所述的纤维增强复合材料网格筋成型方法，其特征在于：所述步骤4)与步骤6)中浸渍的树脂为环氧树脂、乙烯基树脂或不饱和聚酯树脂。

10.根据权利要求7所述的纤维增强复合材料网格筋的成型方法，其特征在于：所述步骤11)中加热温度根据树脂种类设置，环氧树脂加热温度不超过80摄氏度，乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂加热温度不超过60摄氏度。