CN105415712B - 复合型frp筋制备设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供复合型FRP筋制备设备，包括送纱装置、浸胶装置、成型装置、加热固化装置、牵引装置、切割装置和长度控制装置。本发明相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，复合型FRP筋制备设备的送纱装置中设置压纱滚轴与穿纱孔，使纤维束均处于张紧状态，避免了不同纤维束间的打结与摩擦，浸胶装置使得纤维束浸胶充分、均匀且挂胶较少，提高了复合型FRP筋的纤维含量，降低了复合型FRP筋力学性能的标准差，成型装置大大提高了纤维束在热固性树脂中分布的均匀性，加热固化装置使固化温度稳定且易于生产，长度控制装置的蜂鸣器能够提醒操作员切割，避免了FRP筋受到过多的烘烤，也有利于提高生产的连续性和安全性。

Description

复合型FRP筋制备设备
技术领域
本发明涉及一种纤维增强聚合物（FRP）筋的制备设备，尤其是一种土木工程用复合型FRP筋制备设备。
背景技术
目前，钢筋混凝土结构已经成为结构工程中最重要的结构形式，被广泛应用于建筑工程、桥梁和交通工程、水利和海港工程、地下和特殊结构工程。但是，大量的工程结构均处于恶劣环境中，使钢筋易发生锈蚀，导致钢筋混凝土结构出现耐久性问题，影响其功能的发挥和使用寿命。纤维增强聚合物（Fiber Reinforced Polymer，简称FRP）筋具有轻质高强、耐腐蚀、低松弛和抗疲劳性能好等优点，以FRP筋作为纵筋、腹筋或预应力筋用于混凝土结构中，能提高混凝土结构的耐久性，具有良好的经济和社会效益。
FRP筋属于各向异性材料，其抗剪强度远小于抗拉强度、应力-应变关系缺少类似钢筋的屈服段。为改善FRP筋的缺陷，国内外已进行了相关研究，现有的观点是在FRP材料内部添加钢材或将不同类型的纤维混杂，形成复合型的FRP筋。但现有的FRP筋制备设备存在许多亟待解决的问题，例如，生产的FRP筋力学性能和表面形态变化较大，质量不稳定；液态树脂滴落在加热管中固化并堆积，影响生产过程；缺乏生产预定长度FRP筋的控制技术；不便于生产复合型FRP筋等。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种科学的技术解决方案。
发明内容
技术人员经过大量的分析，得到引起上述问题的成因：不同的纤维束在送纱中均处于不同的松弛状态，导致不同纤维之间易发生打结摩擦，造成生产复合型FRP筋存在困难；浸胶槽中的液态树脂温度较低且不恒定，引起浸胶过程中纤维束的挂胶过多且不均匀；经模具拉挤后，缠绕成肋时校力轴的角度不确定，引起表面肋深的不确定；在加热固化过程中，FRP筋自开始受热至树脂失去流动性的时间较长，重力引起液态树脂向下聚集、滴下。因此，保持纤维束的张力、稳定校力轴的安装位置和角度、使浸胶槽中的热固性树脂的流动性保持在较高的水平且保持恒定、缩短FRP筋成型自开始受热至树脂失去流动性的时间为解决问题的关键。
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种复合型FRP筋制备设备。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：复合型FRP筋制备设备，包括送纱装置、浸胶装置、成型装置、加热固化装置、牵引装置、切割装置和长度控制装置；
所述送纱装置包括纱架、设于纱架上的纱滚、设于纱架端部的多个压纱滚轴以及设于纱架上的用于放置钢绞线盘的滚轴机构，所述滚轴机构包括可拆卸固定在所述纱架上的底盘、固定在所述底盘上中轴、穿设在所述中轴上的转动托盘以及设于所述底盘和所述转动托盘之间的推力轴承；
所述浸胶装置包括水浴加热箱以及设于所述水浴加热箱中的浸胶槽，所述水浴加热箱中具有模糊PID温度控制的电阻式加热器，所述水浴加热箱的前端和后端均设有穿纱板，穿纱板的穿纱孔与纱架上送纱的孔洞一一对应；
所述成型装置包括预成型模具、二次成型模具以及设于所述预成型模具和所述二次成型模具之间的预加热箱，所述二次成型模具包括挤压模具、通过轴承与所述挤压模具同轴线转动配合的转盘、用于驱动转盘转动的调频电机、设于该转盘上的校力轴以及绕线轴，所述转盘上沿二次挤压孔周向方向设置多个校力轴安装孔，每个所述校力轴安装孔均带有刻度，所述校力轴通过校力轴安装孔设于所述转盘上；
所述加热固化装置为采用模糊PID温度控制的加热箱，加热箱箱体带有可连接排气管的通风口、刮胶板、导流板和废胶收集槽，所述通风口处设有电子风扇；
所述长度控制装置包括带有长度刻度的托槽、设于该托槽中且具有压敏开关的滑块以及将滑块固定在设定位置的固定机构，所述压敏开关为所述成型装置、加热固化装置、牵引装置以及蜂鸣器共同的电源开关。
优选的，所述预加热箱的加热系统采用模糊PID温度控制，预加热箱箱体带有可连接排气管的通风口，所述通风口处设有电子风扇，所述预加热箱箱体的进口处和出口处分别设置刮胶板，所述刮胶板的内侧均设有斜向下延伸的导流板，所述导流板的下方设有废胶收集槽。
优选的，所述固定机构为磁铁。
本发明相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，纤维束被纱架送出时，经过压纱滚轴与穿纱孔，纤维束均处于张紧状态，避免了不同纤维束间的打结与摩擦，使不同的纤维束能够共同浸胶，纱架上设置滚轴机构用于安置钢绞线盘，使得钢绞线和纤维束在一个纱架上放出，一致性好，且不用另外设置钢绞线放线架，节约了空间和成本，成盘的钢绞线比较沉重，本方案通过巧妙滚轴机构，轻松将钢绞线连续送出，利于复合型FRP筋的连续生产，之后纤维束和钢绞线进入带有模糊PID温度控制的水浴加热浸胶槽，由于浸胶槽中热固性树脂被浸胶装置精确地加热并恒定在预设温度，使热固性树脂保持较好的流动性，纤维束浸胶充分、均匀且挂胶较少，提高了复合型FRP筋的纤维含量，降低了复合型FRP筋力学性能的标准差，提升了复合型FRP筋产品的质量，浸胶后的纤维束经过预成型模具，挤去多余的液态热固性树脂后，进入预热箱预热，预热箱的温度控制在液态树脂发生聚合反应的临界温度，此过程中，部分热固性树脂在加热过程中下滴，进一步减少纤维束中热固性树脂的含量，且经过预热热固性树脂流动性降低且具有可塑性，然后经过二次成型模具的二次拉挤缠绕成型，大大提高了纤维束在热固性树脂中分布的均匀性，且由于二次拉挤缠绕后的复合型FRP筋进入加热固化装置后即可快速加热固化，显著地缓解了液态树脂向底部流动引起的纤维与树脂分布不均，改善了复合型FRP筋的力学性能和表面形式，同时，转盘上设置有多个校力轴安装孔，校力轴安装孔上设有安装刻度，可通过调整校力轴的安装位置与校力轴的安装角度精确地控制肋深，使复合型FRP筋的表面形式均匀一致；加热固化后的复合型FRP筋通过切割装置且在托槽中前进至预设长度后，触碰到带有压敏开关的滑块，成型装置、加热固化装置以及牵引装置均被切断电源，同时蜂鸣器发出蜂鸣声提醒操作员切割并取出已经达到预定长度的复合型FRP筋，这种设计避免了FRP筋受到过多的烘烤，也有利于提高生产的连续性和安全性。复合型FRP筋制备设备防止了液态热固性树脂在加热固化装置中的固化并堆积，能够高效率高质量地生产预定长度的复合型FRP筋。
更进一步的，预加热箱的加热系统采用模糊PID温度控制，能够精确控制预热温度，预热使液态热固性树脂的流动性达到最大，多余的液态热固性树脂被刮胶板刮去，并沿着导流板滴入废胶收集槽，挥发的有机气体经通风口集中处理，避免了废胶和废气的污染。
更进一步的，固定机构为磁铁，可以方便的将滑块移动到设定位置并利用磁铁的磁力进行固定。
附图说明
图1是本发明实施例中复合型FRP筋制备设备的结构示意图。
图2是本发明实施例中滚轴机构的结构示意图。
图3是本发明实施例中成型装置的结构示意图。
图4是本发明实施例中二次成型模具的结构示意图。
图5是本发明实施例中切割装置及长度控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例，如图1～5所示，复合型FRP筋制备设备，包括送纱装置1、浸胶装置2、成型装置3、加热固化装置4、牵引装置5、切割装置6和长度控制装置7；
送纱装置1包括纱架101、设于纱架上的纱滚102、设于纱架端部的多个压纱滚轴105以及设于纱架上的用于放置钢绞线盘103的滚轴机构104，滚轴机构104包括可拆卸固定在纱架上的底盘1043、固定在底盘1043上中轴1041、穿设在中轴1041上的转动托盘1045以及设于底盘1043和转动托盘1045之间的推力轴承1044，本实施例中底盘上设有螺栓孔1042，底盘1043通过螺栓可拆卸固定在纱架上；浸胶装置2包括水浴加热箱204以及设于水浴加热箱204中的浸胶槽202，水浴加热箱204中具有模糊PID温度控制的电阻式加热器203，水浴加热箱204的前端和后端均设有穿纱板201，穿纱板的穿纱孔与纱架上送纱的孔洞一一对应；成型装置3包括预成型模具301、二次成型模具303以及设于预成型模具301和二次成型模具303之间的预加热箱302，预加热箱302采用模糊PID温度控制，预加热箱箱体带有可连接排气管的通风口3021，通风口处设有电子风扇，预加热箱箱体的进口处和出口处分别设置刮胶板3023，刮胶板3025的内侧均设有斜向下延伸的导流板3023，导流板3023的下方设有废胶收集槽3024。预加热箱302的加热系统3022采用模糊PID温度控制，能够精确控制预热温度，预热使液态热固性树脂的流动性达到最大，多余的液态热固性树脂被刮胶板3025刮去，并沿着导流板3023滴入废胶收集槽3024，挥发的有机气体经通风口3021集中处理，避免了废胶和废气的污染，二次成型模具303包括挤压模具、通过轴承与挤压模具同轴线转动配合的转盘3032、用于驱动转盘3032转动的调频电机、设于该转盘3032上的校力轴以及绕线轴3031，挤压模具包括外模具3035和设于外模具3035中的芯部模具3036，转盘3032上沿二次挤压孔周向方向设置多个校力轴安装孔3036，每个校力轴安装孔3036均带有刻度，校力轴通过校力轴安装孔3036设于转盘3032上；加热固化装置4为采用两个模糊PID温度控制的加热箱401、402，加热箱箱体带有可连接排气管的通风口、刮胶板、导流板和废胶收集槽，且通风口带有电子风扇；长度控制装置5包括带有长度刻度的托槽701、设于该托槽701中且具有压敏开关的滑块702以及将滑块固定在设定位置的固定机构，本实施例中，固定机构为磁铁（图中未显示），可以方便的将滑块移动到设定位置并利用磁铁的磁力进行固定；压敏开关为成型装置、加热固化装置、牵引装置以及蜂鸣器共同的电源开关。
本实施例中，纤维束被纱架送出时，经过压纱滚轴与穿纱孔，纤维束均处于张紧状态，避免了不同纤维束间的打结与摩擦，使不同的纤维束能够共同浸胶，纱架上设置滚轴机构用于安置钢绞线盘，使得钢绞线和纤维束在一个纱架上放出，一致性好，且不用另外设置钢绞线放线架，节约了空间和成本，成盘的钢绞线比较沉重，本方案通过巧妙滚轴机构，轻松将钢绞线连续送出，利于复合型FRP筋的连续生产，之后纤维束和钢绞线进入带有模糊PID温度控制的水浴加热浸胶槽，由于浸胶槽中热固性树脂被浸胶装置精确地加热并恒定在预设温度，使热固性树脂保持较好的流动性，纤维束浸胶充分、均匀且挂胶较少，提高了复合型FRP筋的纤维含量，降低了复合型FRP筋力学性能的标准差，提升了复合型FRP筋产品的质量，浸胶后的纤维束经过预成型模具，挤去多余的液态热固性树脂后，进入预热箱预热，预热箱的温度控制在液态树脂发生聚合反应的临界温度，此过程中，部分热固性树脂在加热过程中下滴，进一步减少纤维束中热固性树脂的含量，且经过预热热固性树脂流动性降低且具有可塑性，然后经过二次成型模具的二次拉挤缠绕成型，大大提高了纤维束在热固性树脂中分布的均匀性，且由于二次拉挤缠绕后的复合型FRP筋进入加热固化装置后即可快速加热固化，显著地缓解了液态树脂向底部流动引起的纤维与树脂分布不均，改善了复合型FRP筋的力学性能和表面形式，同时，转盘上设置有多个校力轴安装孔，校力轴安装孔上设有安装刻度，可通过调整校力轴的安装位置与校力轴的安装角度精确地控制肋深，使复合型FRP筋的表面形式均匀一致；加热固化后的复合型FRP筋通过切割装置且在托槽中前进至预设长度后，触碰到带有压敏开关的滑块，成型装置、加热固化装置以及牵引装置均被切断电源，同时蜂鸣器发出蜂鸣声提醒操作员切割并取出已经达到预定长度的复合型FRP筋，这种设计避免了FRP筋受到过多的烘烤，也有利于提高生产的连续性和安全性。复合型FRP筋制备设备防止了液态热固性树脂在加热固化装置中的固化并堆积，能够高效率高质量地生产预定长度的复合型FRP筋。
在本发明的其他实施例中与上述实施例不同的是，所述固定机构还可以为夹具、顶丝或固定螺栓等。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (3)

1.复合型FRP筋制备设备，其特征在于：包括送纱装置、浸胶装置、成型装置、加热固化装置、牵引装置、切割装置和长度控制装置；
所述送纱装置包括纱架、设于纱架上的纱滚、设于纱架端部的多个压纱滚轴以及设于纱架上的用于放置钢绞线盘的滚轴机构，所述滚轴机构包括可拆卸固定在所述纱架上的底盘、固定在所述底盘上中轴、穿设在所述中轴上的转动托盘以及设于所述底盘和所述转动托盘之间的推力轴承；
所述浸胶装置包括水浴加热箱以及设于所述水浴加热箱中的浸胶槽，所述水浴加热箱中具有模糊PID温度控制的电阻式加热器，所述水浴加热箱的前端和后端均设有穿纱板，穿纱板的穿纱孔与纱架上送纱的孔洞一一对应；
所述成型装置包括预成型模具、二次成型模具以及设于所述预成型模具和所述二次成型模具之间的预加热箱，所述二次成型模具包括挤压模具、通过轴承与所述挤压模具同轴线转动配合的转盘、用于驱动转盘转动的调频电机、设于该转盘上的校力轴以及绕线轴，所述转盘上沿二次挤压孔周向方向设置多个校力轴安装孔，每个所述校力轴安装孔均带有刻度，所述校力轴通过校力轴安装孔设于所述转盘上；
所述加热固化装置为采用模糊PID温度控制的加热箱，加热箱箱体带有可连接排气管的通风口、刮胶板、导流板和废胶收集槽，且通风口带有电子风扇；
所述长度控制装置包括带有长度刻度的托槽、设于该托槽中且具有压敏开关的滑块以及将滑块固定在设定位置的固定机构，所述压敏开关为所述成型装置、加热固化装置、牵引装置以及蜂鸣器共同的电源开关。
2.根据权利要求1所述的复合型FRP筋制备设备，其特征在于：所述预加热箱的加热系统采用模糊PID温度控制，预加热箱箱体带有可连接排气管的通风口，所述通风口处设有电子风扇，所述预加热箱箱体的进口处和出口处分别设置刮胶板，所述刮胶板的内侧均设有斜向下延伸的导流板，所述导流板的下方设有废胶收集槽。
3.根据权利要求1或2所述的复合型FRP筋制备设备，其特征在于：所述固定机构为磁铁。
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