CN112454935A - 用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料加工技术领域，特别涉及一种用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺，该拉挤模具包括顺序连接的纱团放置架、浸胶装置、预成型装置、预热装置、二次成型装置、缠绕装置、高温固化成型装置、冷却装置、牵引装置以及切割装置；预成型装置用于将浸渍树脂的成阵列分布的纤维束挤压形成阵列的混杂纤维次杆；预热装置用于对预成型装置输出的混杂纤维次杆进行加热处理，入口与所述预成型装置通过刮胶装置连接，出口与所述二次成型装置通过刮胶装置连接；二次成型装置用于将预热后的多根混杂纤维次杆挤压形成一根主杆。本发明能够解决生产HFRP杆时低应变纤维不能按照预设方式均匀分散在HFRP杆横截面上的问题。

Description

用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺

技术领域

本发明属于复合材料加工技术领域，特别涉及一种用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺。

背景技术

钢筋、锚杆和钢绞线等在工程领域的应用非常广泛，比如钢筋作为增强材料与混凝土结合使用，极大的提高了钢筋混凝土的整体性能，但钢筋的锈蚀很大程度上影响钢筋混凝土受力构件的力学性能或结构的耐久性，往往是还在服役期限内的结构或构件提前退出正常使用极限状态，像钢筋锈蚀这种情况，锚杆和钢绞线在工程实践中也是屡见不鲜。

纤维增强聚合物(FRP)材料作为一种新型复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳且可塑性强等优点，因此，用FRP筋、FRP锚杆和FRP绞线等来取代钢筋、锚杆和钢绞线是一种非常有效的方法。

而在工程实践应用中对FRP杆(包括FRP筋、FRP锚杆和FRP绞线)的力学性能要求非常严格，例如FRP杆的延性，即FRP杆在破坏前要有明显的塑性变形和破坏预兆。但是，单纤维增强聚合物材料拉伸时的破坏类型以脆性破坏为主，即破坏前没有发生塑性变形和给出明显预警。而混杂纤维增强聚合物(Hybrid Fiber Reinforced Polymer，简称HFRP)可以解决这一问题，HFRP是指用两种或者两种以上的长纤维作为增强相加入以树脂为基体的材料中，通过各种成型方法高温固化而形成的一种新型材料，常用的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、长合成纤维和钢绞线等，常用的树脂包括环氧树脂、乙烯树脂和不饱和聚酯树脂等，常用的纤维混杂方式包括层内混杂和层间混杂，以HFRP层压板为例，层内混杂是指在同一薄层中含有多种纤维，层间混杂是指单层中只含有一种纤维而相邻层中纤维的种类不同。

以现有的纤维生产技术来说，在同一纤维丝束中同时包括多种纤维是无法实现的，因此市场上存在的纤维多以单种纤维丝束的形式存在，而不同型号纤维的单个丝束中纤维单丝的数量也不等，以碳纤维为例单个丝束中碳纤维单丝的数量有1K、3K、6K、12K、24K和48K等。所以纤维的存在形式决定了生产混杂HFRP杆时纤维在其截面上的分布方式。以生产混杂HFRP杆为例，低应变纤维束(以碳纤维为主)常常以分散的方式均匀的分布在HFRP杆的横截面上或居中分布。

HFRP杆的制备工艺以拉挤技术为主，而起挤压作用的现有模具并不能把低应变纤维束按着预设的方式均匀的分散在HFRP杆的横截面上，常常会出现聚集现象。而低应变纤维束在横截面上的分散程度决定了HFRP杆力学性能的优越程度。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺，能够解决生产HFRP杆时低应变纤维不能按照预设方式均匀分散在HFRP杆横截面上的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，包括顺序连接的纱团放置架、浸胶装置、预成型装置、预热装置、二次成型装置、缠绕装置、高温固化成型装置、冷却装置、牵引装置以及切割装置；

预成型装置，用于将浸渍树脂的成阵列分布的纤维束挤压形成阵列的混杂纤维次杆，包括预成型模具，在所述预成型模具的入口端面上阵列有多个挤纱孔，出口端面上设置有与挤纱孔数量相等的混杂纤维次杆出口；

预热装置，用于对预成型装置输出的混杂纤维次杆进行加热处理，入口与所述预成型装置通过刮胶装置连接，出口与所述二次成型装置通过刮胶装置连接；

二次成型装置，用于将预热后的多根混杂纤维次杆挤压形成一根主杆，包括二次成型模具。

进一步地，所述预成型模具为三节变径圆柱；在所述预成型模具的入口端面上以多边形或者圆形方式阵列有多个挤纱孔。

进一步地，每个所述挤纱孔的布纱方式为：中心是浸渍树脂的低伸长率纤维束，外围包裹的是浸渍树脂的高伸长率纤维束。

进一步地，所述预热装置包括预热室和位于预热室下方的管线室；所述预热室的正面设置预热室箱门，所述管线室的正面设置显示屏。

进一步地，所述预热装置还包括设置于预热室顶部的加热装置，所述加热装置包括驱热扇和加热器，所述驱热扇用于将加热器产生的热量均匀扩散到预热室中，所述加热器用于给预热室提供热量。

进一步地，所述刮胶装置包括盖帽、刮胶片和连接件，所述盖帽包括孔口、固定螺栓和刮胶片固定槽，所述刮胶片放置在刮胶片固定槽内，所述固定螺栓将盖帽固定在连接件上，所述连接件的端部将刮胶片顶在刮胶片固定槽内。

进一步地，所述连接件的外部开设有两个环形的卡槽，在卡槽内锁死弹簧卡，其中一个弹簧卡卡在预成型装置箱体一侧的内部或者二次成型装置箱体一侧的内部，另一个弹簧卡卡在预热室的内部。

进一步地，所述二次成型模具为三节变径圆柱；所述二次成型模具的两端面分别设置有一个进纱孔和一个出纱孔。

进一步地，所述预成型模具的挤纱孔、盖帽的孔口和二次成型模具的进纱孔设置倒台钝化坡面。

本发明还提供了一种利用上述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具的制备工艺，包含以下步骤：

确定目标混杂纤维增强聚合物杆的参数；

根据挤纱孔的布纱方式有规律的把纤维纱团搁置在纱团放置架上；

纤维束通过浸胶装置浸渍树脂；

浸渍树脂的纤维束由牵引装置带动进入预成型装置，预成型模具的入口端面上阵列有多个挤纱孔，浸渍树脂的纤维束以高伸长率纤维束包裹低伸长率纤维束的方式进入对应的挤纱孔中；

经预成型装置挤压成型的阵列混杂纤维次杆由牵引装置带动进入预热装置加热；

经预热后的混杂纤维次杆由牵引装置带动进入二次成型装置，二次成型模具将阵列的混杂纤维次杆挤压在一起形成一根主杆；

经过二次成型模具挤压后的混杂纤维增强聚合物杆再经缠绕装置缠绕，对混杂纤维增强聚合物杆进行束缚并在混杂纤维增强聚合物杆表面产生缠绕肋；

带有缠绕肋的混杂纤维增强聚合物杆受牵引进入高温固化成型装置，树脂受热固化形成混杂纤维增强聚合物杆，再经过冷却装置降温处理和切割装置定长切割。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺，该制备工艺通过改进预成型装置并与二次成型装置相结合，通过两步成型的方式可使低伸长率纤维均匀分布在目标混杂纤维增强聚合物杆截面上，即低伸长率纤维在截面上均匀分散，采用大直径杆是由小直径杆组成的思路，将目标混杂纤维增强聚合物杆划分成由多个阵列的混杂纤维次杆组成，而在混杂纤维次杆中采用纤维层间分布，即中间是低伸长率纤维芯，外围是高伸长率纤维层，再通过二次成型模具将阵列的混杂纤维次杆整合成一根主杆，从而实现低应变纤维在混杂纤维增强聚合物杆截面上均匀分布的预设方式，解决了传统制备工艺中低伸长率纤维混杂时在HFRP杆截面上聚集问题；通过加热高温箱室中空气的方法，使在线实时控制的预热装置和高温固化成型装置处于恒温状态，避免了HFRP杆受热不均匀的问题；该制备工艺可使树脂在纤维间进行多次的重新分布，极大增加了树脂在纤维之间分布的均匀性和浸润性；本发明制备过程简单、设计合理、操作方便，制备目标可按照预设方案真实呈现，打破了现有方法中只有数值模拟才能准确的生成纤维在截面上的分布方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具的剖面结构示意图；

图2是本发明实施例的预成型模具、预热装置和二次成型模具的连接示意图；

图3是本发明实施例的预成型模具的结构示意图；

图4是预成型模具的入口端面的结构示意图；

图5是图3的1-1截面图；

图6是图3的2-2截面图；

图7是预热装置的结构示意图；

图8是加热装置的结构示意图；

图9是盖帽的结构示意图之一；

图10是盖帽的结构示意图之二；

图11是刮胶片的结构示意图；

图12是弹簧卡和卡槽的连接示意图；

图13是连接件的外部结构示意图；

图14是二次成型装置的结构示意图；

图15是图14的3-3截面图；

图16是碳纤维束作为低伸长率材料按照五种纤维分布方式均匀的分散到HFRP筋的横截面上的示意图。

图中序号所代表的含义为：

1.纱团放置架，2.浸胶装置，3.预成型装置，301.预成型模具，302.挤纱孔，303.倒台钝化坡面，304.浸渍树脂的低伸长率纤维束，305.浸渍树脂的高伸长率纤维束，306.树脂，307.混杂纤维次杆，308.低伸长率纤维芯，309.高伸长率纤维层，310.树脂层，4.预热装置，401.预热室，402.管线室，403.预热室箱门，404.显示屏，405.驱热扇，406.加热器，407.盖帽，408.刮胶片，409.连接件，410.刮胶装置，411.入口，413.加热装置，414.刮胶片固定槽，415.固定螺栓，416.孔口，417.卡槽，418.弹簧卡，5.二次成型装置，501.二次成型模具，502.进纱孔，6.缠绕装置，7.高温固化成型装置，8.冷却装置，9.牵引装置，10.切割装置，11.碳纤维束和树脂，12.玻璃纤维束和树脂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，不仅适用于制备混杂纤维增强聚合物杆(包括HFRP筋、HFRP锚杆和HFRP绞线)，还适用于制备单种纤维增强聚合物绞线和索，制备混杂纤维增强聚合物杆的增强相材料可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、长合成纤维和钢绞线等两种或者两种以上的增强相组成，制备单种纤维增强聚合物绞线和索的增强相材料可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、长合成纤维和钢绞线等；制备混杂纤维增强聚合物杆的基体相材料可以是环氧树脂、乙烯树脂和不饱和聚酯树脂等。

如图1和图2所示，该拉挤模具包括顺序连接的纱团放置架1、浸胶装置2、预成型装置3、预热装置4、二次成型装置5、缠绕装置6、高温固化成型装置7、冷却装置8、牵引装置9以及切割装置10。

预成型装置3，用于将浸渍树脂的成阵列分布的纤维束挤压形成阵列的混杂纤维次杆307；如图3和图4所示，预成型装置3包括预成型模具301，在预成型模具301的入口端面上阵列有多个挤纱孔302，出口端面上设置有与挤纱孔302数量相等的混杂纤维次杆出口；优选的，预成型模具301为三节变径圆柱，目的是为了模具在设备上安装固定方便可靠，拉挤效果好；阵列的挤纱孔302可以以多边形的方式阵列，也可以以圆形的方式阵列，挤纱孔302的直径根据预计通过该孔纤维束的截面总面积和纤维总体积率来确定。挤纱孔302设置倒台钝化坡面303，采用倒台钝化使挤纱孔302具有一定的坡度，防止纤维与挤纱孔302边缘摩擦发生断裂，并使挤压出的树脂沿着挤纱孔302外侧的坡面流回浸胶池中。如图5所示，每个挤纱孔302的布纱方式为：中心是浸渍树脂的低伸长率纤维束304，外围包裹的是浸渍树脂的高伸长率纤维束305。如图6所示，预成型模具301可以根据目标混杂纤维增强聚合物杆一次阵列多个混杂纤维次杆307，而混杂纤维次杆307的纤维分布类型为层间分布。

预热装置4，用于对预成型装置3输出的混杂纤维次杆307进行加热处理，从而增大树脂在纤维间的流动性和浸润性；如图7所示，预热装置4包括入口411、出口、预热室401、管线室402、加热装置413、预热室箱门403和显示屏404，预热装置4的入口411与预成型装置3通过刮胶装置410连接，出口与二次成型装置5通过刮胶装置410连接。

刮胶装置410包括盖帽407、刮胶片408和连接件409，如图9和图10所示，盖帽407包括带有倒台钝化坡面303的孔口416、固定螺栓415和刮胶片固定槽414，带有倒台钝化坡面303的孔口416为了防止纤维与孔口416边缘摩擦发生断裂，并使刮下来的树脂沿着倒台坡度流入刮胶装置410下方的废胶收容器中，同时防止刮下来的树脂集聚在孔口416处，内渗到刮胶装置410的内部。先将刮胶片408放置在刮胶片固定槽414内，然后将带有刮胶片408的盖帽407通过固定螺栓415牢固地固定在连接件409上，连接件409的端部紧紧的将刮胶片408顶在刮胶片固定槽414内，防止其工作过程中发生上下左右晃动造成刮胶不完善。优选的，如图11所示，刮胶片408的材质由耐磨橡胶制成，根据所制备HFRP杆径不同，刮胶片408上开孔的规格也要一一对应。连接件409采用刚性较大的实心圆柱在中心掏孔制成，如图12和图13所示，在连接件409的外部开设有两个环形的卡槽417，在卡槽417内锁死弹簧卡418，使弹簧卡418始终处于原始位置，其中一个弹簧卡418卡在预成型装置4箱体一侧的内部或者二次成型装置5箱体一侧的内部，另一个弹簧卡418卡在预热室401的内部，弹簧卡418阻止连接件409在纤维行进方向发生较大位移，使连接件409连接的预成型装置3与预热装置4、预热装置4与二次成型装置5稳定的连接在一起。

预热室401类似于一个箱型高温炉，四周装有隔温材料，保温性能良好；管线室402位于预热室401的下方，与预热室401相互隔开，管线室402温度为正常室温，信号传递线路、供电线路、电器元件和废气收集管道都在其内部通过。

如图8所示，加热装置413安装在预热室401的顶部，包括驱热扇405和加热器406，驱热扇405将加热器406动态产生的热量均匀扩散到预热室401中，防止腔室中温度不均匀；加热器406可以改变功率给预热室401提供热量，当预热室401温度较低时，加热器406可以全功率工作，使室内温度快速升高，当预热室401温度接近指定温度时，加热器406可以低功率工作，使室内温度逐渐接近指定温度；在HFRP杆制备过程中，预热室401内的温度由加热器406实时在线调节，使其保持在恒温状态。

预热室箱门403设置在预热室401的正面，生产初始加热装置413给预热室401升温时，可能存在升温速率过大，造成箱室内部温度超过指令温度，可通过打开预热室箱门403进行快速降温；当生产任务完成以后，可打开预热室箱门403对其内部的废弃树脂进行清理。显示屏404设置在管线室402的正面，通过显示屏404显示可以实时监测预热室401内部的温度以及预热装置4的故障识别，且预热装置4也可通过显示屏404进行手动调节，进行人机交互。

二次成型装置5，用于将预热后的多根混杂纤维次杆307挤压形成一根主杆，如图14所示，二次成型装置5包括二次成型模具501，二次成型模具501为三节变径圆柱，安装拆卸方便，挤压效果好；在二次成型模具501的两端面分别设置有一个进纱孔502和一个出纱孔，与预成型装置3配合使用，将预成型装置3中挤压形成的阵列混杂纤维次杆307挤压在一起形成一根主杆，经过二次成型模具501挤压之后，如图15所示，形成的HFRP主杆横截面上的纤维分布与预设纤维分布方式一样。优选的，进纱孔502设置倒台钝化坡面303，采用倒台钝化使进纱孔502具有一定的坡度，防止纤维与进纱孔502边缘摩擦发生断裂，并使挤压出的树脂沿着外侧的坡面流回到下方的废胶收容器中。

本发明利用一种带有阵列挤纱孔302的预成型模具301和二次成型模具501相结合来生产HFRP杆，解决了原有单一模具不能把混杂纤维按照预设方式均匀的分散到HFRP杆截面上的问题，且在线实时控制预热装置4预热室401和高温固化成型装置7中的温度处于恒温状态，避免了HFRP杆受热不均匀的问题。

实施例二

与上面用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具相应的，本实施例提供一种混杂纤维增强聚合物杆的制备工艺，包含以下步骤：

步骤S21，确定目标混杂纤维增强聚合物杆的参数：HFRP杆直径D、总纤维体积比V_f、混杂纤维体积比V_L∶V_H(V_L代表低伸长率纤维体积，V_H代表高伸长率纤维体积)、低应变单束纤维的截面面积为S_L，高应变单束纤维的截面面积为S_H，纤维分布方式和其他相对应的设备控制参数。

制备上面目标HFRP杆需要进行如下计算：

低应变纤维所需要的总束数：

高应变纤维所需要的总束数：

按照预设的低应变纤维在目标HFRP杆截面上的分布方式确定通过预成型模具301挤纱孔302的布纱方式，并根据单个挤纱孔302直径r计算通过挤纱孔302单个孔洞中纤维束的数量。

步骤S22，根据挤纱孔302的布纱方式有规律的把纤维纱团搁置在纱团放置架1上，从纱团上引出纤维穿过第一道集纱板，避免纤维束在穿过第一道集纱板时发生交叉情况。

步骤S23，纤维束通过浸胶装置2浸渍树脂，因为树脂的粘性作用纤维束粘结成团，所以要经过第二道集纱板把纤维束团分开，使其保持浸渍树脂的纤维单束行进，同时第二道集纱板的另外一个作用是刮掉纤维上浸渍的多余树脂，该树脂又重新流回浸胶池可再利用。

步骤S24，浸渍树脂的纤维束由牵引装置9带动进入预成型装置3，预成型模具301的挤纱孔302是由阵列的小孔组成，浸渍树脂的混杂纤维束按照预设方案(进入每个挤纱孔302中纤维束的数量和纤维分布方式，该纤维分布方式是高伸长率纤维包裹低伸长率纤维的方式)进入对应的阵列挤纱孔302中。

浸渍树脂的纤维经过预成型模具301后，阵列的挤纱孔302将纤维上浸渍的多余树脂挤出，多余树脂顺着挤纱孔302的倒台钝化坡面303滴下，流回浸胶池中重复使用。浸渍树脂的纤维经过阵列的挤纱孔302挤压后，树脂在纤维单丝之间均匀分布，形成阵列的混杂纤维次杆307，此时，树脂未发生任何固化反应的混杂纤维次杆307初步具有HFRP杆的雏形(中间是低伸长率纤维芯308，外围是高伸长率纤维层309)。

步骤S25，经预成型装置3挤压成型的阵列混杂纤维次杆307由牵引装置9带动进入预热装置4，由预热装置4的入口411经过刮胶装置410进入预热室401的腔室中，刮胶装置410内置的刮胶片408将悬垂在混杂纤维次杆307下面的树脂胶滴刮除，刮除下来的树脂沿着盖帽407上面带有倒台钝化坡度303的孔口416收集到下方的废胶收容器中。假如用于纤维浸渍的树脂是双酚A环氧乙烯基树脂，利用粘度仪测得该树脂在50℃下的流动性最佳，预热室401内部的温度是通过在设备控制台上对加热装置413输入指令温度信号实现的，通过在设备控制台上输入加热装置413的指令温度50℃，加热装置413的加热器406全功率工作，加热器406产生的热量经过驱热扇405均匀的扩散到整个预热室401的腔室中，预热室401的温度实时在线监测，当预热室401的温度接近指令温度时，加热器406以低功率补偿热量，直至达到指令温度。

阵列的混杂纤维次杆307进入预热室401之初，温度升高，混杂纤维次杆307受热。由于热传递原理，一段时间后，混杂纤维次杆307的内外层温度相差不大，在此过程中树脂的温度逐渐升高，相对应的粘度降低，树脂流动性变大，进一步地增加了树脂在纤维之间分布的均匀性和浸润性，此目的主要在于进一步增加树脂在纤维表面的浸润性和纤维间的均匀性并使阵列的混杂纤维次杆307表面树脂具有一定程度的流动性，便于通过二次成型装置5将所有混杂纤维次杆307挤压在一起形成一根主杆。

步骤S26，经预热后的混杂纤维次杆307由牵引装置9带动进入二次成型装置5。由于二次成型模具501的进纱孔502直径与目标HFRP杆的直径相同，所以经二次成型模具501挤压后将阵列的混杂纤维次杆307挤压在一起形成一根主杆，主杆的直径与目标HFRP杆直径相同。经过二次成型模具501挤压之后，形成的HFRP杆横截面上纤维的分布与预设的纤维分布方式一样。

在经过二次成型模具501时，阵列的混杂纤维次杆307内部的树脂受到了挤压重新进行分布且多余的树脂顺着进纱孔502的倒台钝化坡面303滴下，收集到进纱孔502下方的废胶收容器里面。

步骤S27，经过二次成型模具501挤压后，HFRP杆又经纤维带缠绕装置6缠绕，预紧的缠绕带在HFRP杆表面形成缠绕肋。在纤维带缠绕HFRP杆过程中，缠绕带对HFRP杆具有一定的束缚作用，再一次的促进了HFRP内部树脂的重新分布。

步骤S28，带有缠绕肋的HFRP杆受牵引进入高温固化成型装置7，进入初始温度骤增，HFRP杆内树脂粘度降低流动性增大，再一次的促进了树脂在HFRP杆内的流动性和浸润性达到更加均匀分布的目的。随着时间的推移，HFRP杆在高温固化成型装置7中大量受热，乙烯树脂进行充分的聚合反应形成高密度的三维交联聚合体。最后，再经过冷却装置8降温处理和切割装置10定长切割就实现了其截面纤维分布形式按照预设方式分布的HFRP杆。

本发明的制备工艺原理简单、操作方便，可使树脂在纤维间进行多次的重新分布，极大的增加了树脂在纤维之间分布的均匀性。

下面举一个具体的实例：

实验室利用上述制备工艺生产制备了一批直径为16mm的HFRP筋，所用到的增强相材料有碳纤维束和玻璃纤维束，纤维总体积比为60％，两种纤维的体积含量比为1∶6，碳纤维束作为低伸长率材料按照如图16所示的五种纤维分布方式均匀的分散到HFRP筋的横截面上，玻璃纤维束作为高伸长率材料分布在碳纤维束周围，所用到的基体材料是双酚A环氧乙烯基树脂，与试验相关的参数及测试结果见下表：

纤维分布方式对HFRP筋性能的影响：

因此最能反应出HFRP杆截面上纤维的分布方式对HFRP杆性能影响的参数是HFRP杆的屈服应变，即在HFRP杆中低应变纤维首先达到极限伸长率断裂后完全退出工作的这一状态，之后只有高应变纤维单独受力，符合单纤维受力的特征。

分析方法为：通过对比截面上五种纤维分布类型的HFRP筋，在HFRP筋拉伸试验中由于碳纤维的断裂破坏完全退出工作时的屈服应变与所测的单独碳纤维筋受拉断裂时的极限应变的差值与单独碳纤维筋受拉断裂时的极限应变进行比值，观察该比值的变化趋势，即可得到纤维的分布方式对HFRP筋性能的影响规律。

A类型：

B类型：

C类型：

D类型：

E类型：

通过上述HFRP筋截面上五种纤维分布类型的试验结果分析，可以观察到随着低应变纤维在HFRP筋截面上的分散性越大，HFRP筋的屈服应变越来越高。以E类型纤维分布方式为例，HFRP筋的屈服应变相对于单种碳纤维筋的屈服应变提高了26.47％。随着低应变纤维在HFRP筋截面上的分散性越大，HFRP筋的屈服应变越来越高的这种现象被称作“混杂效应”，这种现象主要是由于两种原因造成：1、HFRP筋高温养护时内部形成了热残余应力，2、低应变纤维断裂时，其周围的高应变纤维起到“桥联作用”，延迟了低应变纤维发生断裂的时间。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (10)

1.一种用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，包括顺序连接的纱团放置架、浸胶装置、预成型装置、预热装置、二次成型装置、缠绕装置、高温固化成型装置、冷却装置、牵引装置以及切割装置；其特征在于，

预成型装置，用于将浸渍树脂的成阵列分布的纤维束挤压形成阵列的混杂纤维次杆，包括预成型模具，在所述预成型模具的入口端面上阵列有多个挤纱孔，出口端面上设置有与挤纱孔数量相等的混杂纤维次杆出口；

预热装置，用于对预成型装置输出的混杂纤维次杆进行加热处理，入口与所述预成型装置通过刮胶装置连接，出口与所述二次成型装置通过刮胶装置连接；

二次成型装置，用于将预热后的多根混杂纤维次杆挤压形成一根主杆，包括二次成型模具。

2.根据权利要求1所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，所述预成型模具为三节变径圆柱；在所述预成型模具的入口端面上以多边形或者圆形方式阵列有多个挤纱孔。

3.根据权利要求2所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，每个所述挤纱孔的布纱方式为：中心是浸渍树脂的低伸长率纤维束，外围包裹的是浸渍树脂的高伸长率纤维束。

4.根据权利要求1所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，所述预热装置包括预热室和位于预热室下方的管线室；所述预热室的正面设置预热室箱门，所述管线室的正面设置显示屏。

5.根据权利要求4所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，所述预热装置还包括设置于预热室顶部的加热装置，所述加热装置包括驱热扇和加热器，所述驱热扇用于将加热器产生的热量均匀扩散到预热室中，所述加热器用于给预热室提供热量。

6.根据权利要求4所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，所述刮胶装置包括盖帽、刮胶片和连接件，所述盖帽包括孔口、固定螺栓和刮胶片固定槽，所述刮胶片放置在刮胶片固定槽内，所述固定螺栓将盖帽固定在连接件上，所述连接件的端部将刮胶片顶在刮胶片固定槽内。

7.根据权利要求6所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，所述连接件的外部开设有两个环形的卡槽，在卡槽内锁死弹簧卡，其中一个弹簧卡卡在预成型装置箱体一侧的内部或者二次成型装置箱体一侧的内部，另一个弹簧卡卡在预热室的内部。

8.根据权利要求6所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，所述二次成型模具为三节变径圆柱；所述二次成型模具的两端面分别设置有一个进纱孔和一个出纱孔。

9.根据权利要求8所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，所述预成型模具的挤纱孔、盖帽的孔口和二次成型模具的进纱孔设置倒台钝化坡面。

10.一种利用权利要求1至9任一项所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具的制备工艺，其特征在于，包含以下步骤：

确定目标混杂纤维增强聚合物杆的参数；

根据挤纱孔的布纱方式有规律的把纤维纱团搁置在纱团放置架上；

纤维束通过浸胶装置浸渍树脂；

浸渍树脂的纤维束由牵引装置带动进入预成型装置，预成型模具的入口端面上阵列有多个挤纱孔，浸渍树脂的纤维束以高伸长率纤维束包裹低伸长率纤维束的方式进入对应的挤纱孔中；

经预成型装置挤压成型的阵列混杂纤维次杆由牵引装置带动进入预热装置加热；

经预热后的混杂纤维次杆由牵引装置带动进入二次成型装置，二次成型模具将阵列的混杂纤维次杆挤压在一起形成一根主杆；

经过二次成型模具挤压后的混杂纤维增强聚合物杆再经缠绕装置缠绕，对混杂纤维增强聚合物杆进行束缚并在混杂纤维增强聚合物杆表面产生缠绕肋；

带有缠绕肋的混杂纤维增强聚合物杆受牵引进入高温固化成型装置，树脂受热固化形成混杂纤维增强聚合物杆，再经过冷却装置降温处理和切割装置定长切割。

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