CN105109066A - 单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，包括模具设计制备、胶液配制、纤维缠绕、合模、加压固化、脱模和切割修整；本发明的单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺与现有单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺的不同点：一是采用纤维缠绕工艺；二是内外双模组合模具；三是加压固化。本发明复合材料箍筋独具特点：箍筋表面有纹路，增加了与混凝土的嵌合力。复合材料箍筋的增强相为连续纤维。箍筋拐角与直边厚度均一性好。箍筋尺寸准确稳定。箍筋力学性能得到充分发挥，提高了混凝土结构的承载力。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，具体是一种单圈封闭式多边形复合材料箍筋缠绕成型工艺。
背景技术
复合材料箍筋具有强度高、重量轻、耐蚀性能优异的性能取代替传统的钢筋，在工程中大量应用。复合材料直筋与箍筋配合用于复合材料筋混凝土结构比传统的钢筋混凝土具有更好的耐腐蚀及耐温性。采用现有的单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺制作的复合材料箍筋尺寸精度差，造了结构设计不精确；表面光滑与混凝土结合性差，不能充分发挥了箍筋的力学性能；拐角与直边厚度的相差较大，拐角存在应力集中，强度降低，箍筋易在此处破坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺解决现有技术中存在的箍筋尺寸精度差、拐角应力集中、与混凝土结合性差等问题。
本发明的技术解决方案是：
一种单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，采用连续纤维缠绕成型制造单圈封闭式复合材料箍筋，具体包括模具设计制备、胶液配制、纤维缠绕、合模、加压固化、脱模和切割修整；
模具设计制备：模具设计分为内模和外模，根据产品尺寸设计内模为单个箍筋模具或管型构件模具，内模的尺寸、形状与需制作的箍筋的尺寸、形状适配，外模为多块外模板构成的封闭体，外模直线段采用硬模，外模拐角段采用软模；
胶液配制：用于纤维缠绕胶液的树脂、固化剂、促进剂按组分配方混合并搅拌充分；
纤维缠绕：纤维从纱架经过胶槽浸胶经导丝头缠绕在内模上；
合模：合上箍筋外模，在毛坯表面包裹脱模布，在直线段安放硬模，拐角段处用软模填充，完成合模；
加压固化：完成合模后包裹真空辅助材料，装置真空袋并抽真空，放入固化炉，固化温度80－180℃，时间2－10小时进行加压固化；
脱模：将降至室温的模具从固化炉中取出，去掉真空辅助材料及外模，将内模拆分后将箍筋取出，完成脱模；
切割修整：单个箍筋无需切割，管型构件按尺寸沿纤维缠绕方向切割，处理掉毛刺即得到箍筋。
进一步地，增强纤维采用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武纤维至少一种。
进一步地，树脂为缠绕环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和树脂中的至少一种。
进一步地，所述合模之前的半固化过程，采用移动式加热源，旋转烘烤制件模具。
进一步地，加压固化采用真空袋压、机械力加压中的至少一种加压方式加压固化。
进一步地，采用成型装置制造复合材料箍筋，成型装置包括依次设置的纱架、胶槽、纤维缠绕设备、成型模具、可移动式加热源。
进一步地，硬模采用刚性材料，软模采用柔性材料。
进一步地，内模的外表面设有均匀的网格或表面粘结一层纹路均匀的网格材料，外模的内表面设有均匀的网格或表面粘结一层纹路均匀的网格材料。
进一步地，内模为组合式易拆卸的缠绕芯模，内模包括缠绕轴、端板、主板、垫块，主板的两侧分别设有端板，缠绕轴穿过主板与端板，主板包括对接的主板上部与主板下部，主板上部与主板下部对接后的共同内部中空，主板上部与主板下部的对接处设有垫块，脱模时先卸掉端板，去掉垫块后抽出主板完成脱模。
本发明的有益效果是：该种单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，保证了箍筋尺寸精度及拐角质量、提高了与混凝土的机械嵌合力，充分发挥复合材料箍筋的优势。采用内外双模成型技术；内模采用硬模，如金属模、复合材料模，而外模采用硬模与软模组合而成，硬模软模相结合的方式保证了箍筋拐角与直边厚度的均一性，使得箍筋尺寸准确稳定。
附图说明
图1是本发明实施例的成型工艺示意图；
图2是实施例中内模无纹路的结构示意图；
图3是实施例中内模有纹路的结构示意图；
图4是图2的A-A向结构示意图；
图5是实施例中矩形箍筋及三角形箍筋的结构示意图；
图6是图5中B-B向的剖面示意图；
图7为实施例中合模的结构示意图；
图8为实施例中箍筋使用示意图。
其中，1-纤维纱团，2-浸胶棍，3-胶槽，4-纤维缠绕设备，5-内模，6-加热源，7-箍筋，8-外模硬模，9-外模软模；
51-缠绕轴，52-端板，53-主板，54-垫块；
71-截面为矩形箍筋，72-截面为半圆形箍筋。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，采用纤维缠绕成型工艺制造复合材料箍筋7，如图1，纤维缠绕成型工艺包括依次设置的用于放置纤维纱团1的纱架、胶槽3、纤维缠绕装置4、成型模具、可移动式加热源6，胶槽3内设有浸胶棍2，纤维绕过浸胶棍2实现浸胶，由纤维缠绕装置4将纤维缠绕在内模5上，成型模具包括内模5和外模，如图7，采用内外双模成型方式，即内模5为硬模，内模5的表面缠绕浸胶纤维，外模直线段采用硬模，外模拐角段采用软模。外模硬模8采用金属模等刚性材料，外模软模9采用硅橡胶等柔性材料。
该种单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，采用连续纤维为增强材料、热固性树脂为基体材料制造复合材料箍筋7，具体包括模具设计制备、胶液配制、纤维缠绕、合模、加压固化、脱模和切割修整等工序。
模具设计制备：模具设计分为内模5和外模，根据产品尺寸设计内模5为单根缠绕模具或管型构件模具。内模5为组合式易拆卸的缠绕芯模，如图2、图3、图4，内模5包括缠绕轴51、端板52、主板53、垫块54，主板53的两侧分别设有端板52，缠绕轴51穿过主板53与端板52，主板53包括对接的主板53上部与主板53下部，主板53上部与主板53下部对接后的共同内部中空，主板53上部与主板53下部的对接处设有垫块54，脱模时先卸掉端板52，去掉垫块54后抽出主板53完成脱模，如图4。外模为多块外模板构成的封闭体，外模直线段采用硬模，外模拐角段采用软模。
胶液配制：用于纤维缠绕胶液的树脂、固化剂、促进剂等按组分配方混合并搅拌充分。
纤维缠绕：浸胶纤维缠绕在箍筋7内模5上，纤维从纱架经过胶槽3到导丝头缠绕在芯模上。
合模：合上箍筋7外模，具体为，在毛坯表面包裹脱模布，在直线段安放硬模，拐角段处用软模填充，完成合模，如图7。
加压固化：完成合模后包裹真空辅助材料，安放好真空袋，抽好真空后，放入固化炉中，以固化温度80－180℃，时间2－10小时进行加压固化；
脱模：将降至室温的模具从固化炉中取出，去掉真空辅助材料，取下外模，将内模5拆分后将箍筋7取出，完成脱模；
切割修整：单根箍筋7无需切割，管型构件按尺寸沿纤维缠绕方向切割，处理掉毛刺即得到箍筋7。
该成型工艺可制造单圈封闭式复合材料箍筋7，该成型工艺制作的箍筋7按其形态分为矩形、三角形等多边形箍筋7，如图5；其截面为矩形或半椭圆形等形状如图6。
图8为实施例中箍筋7使用示意图。以形态为矩形的、截面为矩形箍筋71的制造为例，说明如下：
模具设计制备：将模具设计为管型构件模具，芯模为缠绕轴51、端板52、内模5主板53、连接端板52与主板53的装置等部分构成，主板53分为上下两瓣，中间用垫块54拼接以利于脱模，将模具清理组装完成后包裹上一层脱模布；胶液配制：用于纤维缠绕胶液的树脂、固化剂、促进剂等添加剂按比例混合并搅拌充分；纤维缠绕：将经过除湿处理的碳纤维从纱架经过胶槽3浸胶缠绕在芯模上；合模：在缠绕完成后移动加热源6到合适距离，调整缠绕机转速为20-60转/分钟，打开加热源6，保持20-80min，形成半固化的碳纤维箍筋7毛坯。在毛坯表面包裹脱模布，在直边安放硬模，拐角处用软模填充，完成合模。加压固化：完成合模后包裹透气毡等真空辅助材料，装置真空袋并抽真空，放入固化炉，在150℃固化4h。脱模：将降至室温的模具从固化炉中取出，去掉真空辅助材料及外模，将内模5的缠绕轴51卸下、去掉端板52、敲掉垫块54后抽出主板53完成脱模。切割修整：按照宽度8-13mm进行切割成扁条状，处理掉毛刺即得到箍筋7。
实施例箍筋7的内模5按其形态分为矩形、三角形等多边形箍筋7，如图5；内模5截面可为矩形、半椭圆形，如图6，图中分别为截面为矩形箍筋71、截面为半椭圆形箍筋72。截面为矩形的箍筋7可单根制造或由预先制好的管型件切割而成，其他由单个制成；内模5为组合式易拆卸的缠绕芯模，该芯模设计保证了易于脱模的要求。
该成型工艺采用连续纤维为增强材料、热固性树脂为基体材料制造的复合材料箍筋7表面带有纹路。实施例的单圈封闭式复合材料箍筋7与现有单圈封闭式复合材料箍筋7不同的是，箍筋7表面有纹路，增加了与混凝土的嵌合力，充分发挥了箍筋7的力学性能，提高梁或柱的承载能力。
实施例中外模为硬模具与软模相结合模具，与单模成型方式相比，内外双模成型方式保证了箍筋7的尺寸更加精确；硬模软模相结合的方式保证了箍筋7拐角与直边厚度的均一性。
实施例的单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺与现有单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺的不同点：一是采用纤维缠绕工艺；二是内外双模组合模具；三是加压固化。本发明复合材料箍筋7独具特点：箍筋7表面有纹路，增加了与混凝土的嵌合力。复合材料箍筋7的增强相为连续纤维。箍筋7拐角与直边厚度均一性好。箍筋7尺寸准确稳定。箍筋7力学性能得到充分发挥，提高了混凝土结构的承载力。
Claims (9)
1.一种单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，其特征在于：采用连续纤维缠绕成型制造单圈封闭式复合材料箍筋，具体包括模具设计制备、胶液配制、纤维缠绕、合模、加压固化、脱模和切割修整；
模具设计制备：模具设计分为内模和外模，根据产品尺寸设计内模为单个箍筋模具或管型构件模具，内模的，外模直线段采用硬模，外模拐角段采用软模；
胶液配制：用于纤维缠绕胶液尺寸、形状与需制作的箍筋的尺寸、形状适配，外模为多块外模板构成的封闭体的树脂、固化剂、促进剂按组分配方混合并搅拌充分；
纤维缠绕：纤维从纱架经过胶槽浸胶经导丝头缠绕在内模上；
合模：合上箍筋外模，在毛坯表面包裹脱模布，在直线段安放硬模，拐角段处用软模填充，完成合模；
加压固化：完成合模后包裹真空辅助材料，装置真空袋并抽真空，放入固化炉，固化温度80－180℃，时间2－10小时进行加压固化；
脱模：将降至室温的模具从固化炉中取出，去掉真空辅助材料及外模，将内模拆分后将箍筋取出，完成脱模；
切割修整：单个箍筋无需切割，管型构件按尺寸沿纤维缠绕方向切割，处理掉毛刺即得到箍筋。
2.如权利要求1所述的单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，其特征在于：增强纤维采用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武纤维至少一种。
3.如权利要求1所述的单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，其特征在于：树脂为缠绕环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和树脂中的至少一种。
4.如权利要求1所述的单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，其特征在于：所述合模之前的半固化过程，采用移动式加热源，旋转烘烤制件模具。
5.如权利要求1所述的单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，其特征在于：加压固化采用真空袋压、机械力加压中的至少一种加压方式加压固化。
6.如权利要求1-5任一项所述的单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，其特征在于：采用成型装置制造复合材料箍筋，成型装置包括依次设置的纱架、胶槽、纤维缠绕设备、成型模具、可移动式加热源。
7.如权利要求1所述的单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，其特征在于：硬模采用刚性材料，软模采用柔性材料。
8.如权利要求1-5任一项所述的单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，其特征在于：内模的外表面设有均匀的网格或表面粘结一层纹路均匀的网格材料，外模的内表面设有均匀的网格或表面粘结一层纹路均匀的网格材料。
9.如权利要求1-5任一项所述的单圈封闭式纤维增强树脂基复合材料箍筋成型工艺，其特征在于：内模为组合式易拆卸的缠绕芯模，内模包括缠绕轴、端板、主板、垫块，主板的两侧分别设有端板，缠绕轴穿过主板与端板，主板包括对接的主板上部与主板下部，主板上部与主板下部对接后的共同内部中空，主板上部与主板下部的对接处设有垫块，脱模时先卸掉端板，去掉垫块后抽出主板完成脱模。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |