CN114193798A - 一种frp拉挤型材的连续制备方法和锚固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，首先在拉挤成型时，控制连续纤维、带、布或毡的浸胶过程，使之不连续浸胶，实现一段有树脂、一段没有树脂呈现散丝状的FRP拉挤型材的连续生产。然后在没有树脂的散丝段中间位置将生产出来的材料切割开，形成一段段两端端头无树脂、只有纤维的FRP拉挤型材。将端头呈散丝状的FRP拉挤型材或多根平行型材束插入锚固套筒中，再在套筒中填筑黏结剂，形成直接黏结纤维的FRP型材或型材束的黏结式锚固结构。本发明提出的这种FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，可以快速高效地连续生产适于锚固的端头程散丝状的FRP拉挤型材，显著提升FRP的锚固性能，提高FRP的适用性，适合批量大规模生产和推广。

Description

一种FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法
技术领域
本发明涉及一种针对FRP(纤维增强复合材料)拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，属于土木工程和复合材料技术领域。
背景技术
纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)是以碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维等高性能纤维作为增强体，树脂作为基体，复合而成的高性能材料。FRP具有轻质、高强、耐腐蚀等诸多优点，适合制成拉索或预应力筋，替换传统的钢索或钢预应力筋，提升土木工程结构的力学性能与耐久性。
FRP拉索或预应力筋常采用实心圆截面或矩形截面的FRP拉挤型材制作(实心圆截面FRP拉挤型材又称FRP圆棒或棒材，实心矩形截面FRP拉挤型材又称FRP方棒或片材)。生产FRP拉挤型材的工艺是拉挤成型。拉挤成型工艺是在牵引设备的牵引下，将连续纤维进行树脂浸润(即浸胶)后通过成型模具加热加压使树脂固化，来连续不断地生产长度不限的FRP型材的工艺方法。拉挤成型生产的FRP型材具有生产效率高、质量好、原材料利用率高等优点。
为了充分发挥FRP拉索或预应力筋优异的力学性能，需要对其进行有效锚固。然而，FRP型材是一种典型的正交各项异性材料，垂直于纤维方向主要表现树脂基体的力学性质，其强度与模量远小于纤维方向的强度与模量。此外，FRP抗剪强度较低、延性不佳。这造成FRP型材特别是光面型材不易锚固。
中国专利202010956070.X公开了一种大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，包括以下步骤：(1)根据需生产的复合材料棒材的直径，配制多套拉挤成型模具，第一套成型模具直径为50mm，后续成型模具直径依次增加20-50mm；(2)通过第一套拉挤成型模具拉挤成型得到内芯棒；(3)将内芯棒作为芯材，拉挤成型得到直径增加的复合材料棒材；(4)将复合材料棒材根据需要重复步骤(3)过程最终得到具有目标直径的复合材料实心棒材。该方法可解决现有大直径复合材料实心棒材生产效率低的问题，同时提高产品性能。
中国专利202010334844.5公开了一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋及其制备方法，该预应力FRP筋中间段为FRP筋，两端由FRP筋通过过渡区过渡为钢绞线。中间段FRP筋由树脂基体和纤维增强复合材料通过拉挤成型工艺制成；过渡区内芯为预应力钢绞线，外部包裹FRP纤维丝；两端为钢绞线或高强钢丝，形成一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋；锚固时对两端的钢绞线或高强钢丝进行锚固，可避免FRP筋由于抗剪强度低造成的锚固难的问题。
中国专利201911247977.2公开了一种光面FRP棒材的锚固方法，包括：在光面FRP棒材的锚固端从端面沿棒材的轴线方向开用于将光面FRP棒材的锚固端分成可张开的多个部分的切缝，切缝条数为2～4条；通过在锚固端可张开的多个部分之间设置填充物使锚固端形成扩大端头，并用套在锚固端上的套筒锚固。套筒为阶梯内径套筒，包含套筒自由端和套筒加载端，套筒自由端内径大于套筒加载端内径；扩大端头为锥形扩大端头；在套筒自由端与锥形扩大端头间的空隙灌注树脂石英砂混合物，套筒加载端与光面FRP棒材之间的空隙采用树脂填充并固化。该技术可以有效、可靠地实现光面FRP棒材的锚固和连接，充分发挥光面FRP棒材的拉伸强度，使其发生理想的中间段完全炸断式破坏。
综合来看，目前FRP拉挤型材的锚固形式及适于锚固的FRP拉挤型材的生产方式与工程界的实际需求有着较大的差异，主要考虑的技术改进点是：(1)提升FRP拉挤型材的黏结表面积，进而提高黏结锚固效率、缩短锚固长度、降低锚固成本；(2)改进FRP拉挤型材的制备过程，高效、快速地制备适于锚固的FRP拉挤型材。
发明内容
本发明的目的是：(1)大幅提升FRP拉挤型材的黏结锚固表面积，实现FRP拉挤型材的高效黏结锚固；(2)实现具有高黏结锚固表面积的FRP拉挤型材的高效、快速、连续化生产制备。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
首先在拉挤成型时，控制连续纤维、带、布或毡的浸胶过程，使之不连续浸胶，实现一段有树脂、一段没有树脂呈现散丝状的FRP拉挤型材的连续生产。然后在没有树脂的散丝段中间位置将生产出来的材料切割开，形成一段段两端端头无树脂、只有纤维的FRP拉挤型材。将端头呈散丝状的FRP拉挤型材或多根平行型材束插入锚固套筒中，再在套筒中填筑黏结剂，形成直接黏结纤维的FRP型材或型材束的黏结式锚固结构。
所述FRP拉挤型材所采用的纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维中的一种，也可以是多种纤维的混杂。
所述FRP拉挤型材两端端头散丝段的长度(即生产中不浸胶段长度的1/2)根据FRP拉挤型材承受的极限拉力、FRP拉挤型材中纤维的数量、纤维的直径、纤维与黏结剂的黏结强度、黏结剂的强度与弹性模量以及黏结剂与套筒内表面的黏结强度进行确定。
所述FRP拉挤型材散丝段中树脂的残留率低于30％。
所述FRP拉挤型材的黏结式锚固结构包括FRP拉挤型材、套筒和黏结剂。FRP拉挤型材与套筒连接在一起，FRP拉挤型材端头的纤维插入套筒中，纤维与套筒之间填充有黏结剂。
所述黏结剂采用树脂、粒径小于1mm的石英砂和膨胀剂的组合材料。其中，石英砂的质量比不低于30％，树脂的质量比不低于50％，膨胀剂的质量比不低于5％。
所述黏结剂不直接黏结FRP拉挤型材，而是直接黏结FRP拉挤型材中的纤维。
所述套筒采用内锥形套筒，内锥度为3至8度，为增加套筒与黏结剂之间的黏结力，将套筒内表面打磨粗糙或加工生成刻痕。
所述FRP型材束是将若干根FRP型材平行并拢、扎紧而成，型材与型材之间不设置间距。
与现有技术相比较，本发明提出的这种FRP拉挤型材的连续制备与锚固方法，可以快速生产多段端头无树脂只有纤维的FRP拉挤型材，锚固的时候由黏结剂直接黏结纤维，以此极大地增大FRP拉挤型材的黏结表面积、提高锚固效率、缩短锚固长度，从而降低成本，提高由FRP型材制成的拉索或预应力筋的适用性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚第理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明做进一步的详细说明。
图1为本发明实施例1连续生产带散丝段的FRP拉挤棒材的工艺流程。
图2为两端端头无树脂只有纤维的FRP拉挤棒材示意图.
图3为本发明实施例1FRP拉挤棒材束一端的锚固结构示意图。
图4为图3的剖视图。
图5为本发明实施例2连续生产带散丝段的FRP拉挤片材的工艺流程。
图6为两端端头无树脂只有纤维的FRP拉挤片材示意图。
图7为本发明实施例2FRP拉挤片材束一端的锚固结构示意图。
图8为图7的剖视图。
图中：1、纱架；2、纤维；3、浸胶槽；4、滚轴；5、预成型模具；6、成型模具；7、带散丝段的FRP拉挤棒材；8、牵引装置；9、切割装置；10、散丝段；11、双向泵；12、驻胶容器；13、两端端头无树脂只有纤维的FRP拉挤棒材；14、FRP平行棒材束；15、套筒；16、黏结剂；17、两端端头无树脂只有纤维的FRP拉挤片材；18、FRP平行片材束。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种端头带散丝段的FRP拉挤棒材的连续制备方法，纤维2从纱架1引出，并均匀整齐排布，由牵引装置8牵引，在滚轴4的导向下，进入并通过装有树脂的浸胶槽3，浸胶后的纤维先通过预成型模具5逐步过度成为棒材的形状同时挤出多余的树脂，再通过成型模具6固化成型。
为浸胶槽3连接一个双向泵11和驻胶容器12，当纤维2不需要浸胶的时候，用双向泵11将浸胶槽3中的树脂吸出一部分来注入驻胶容器12，使浸胶槽3中树脂的水位下降，此时纤维2便无法浸润树脂，从而形成散丝段10，经由切割装置9在散丝段10中间位置进行切割，形成图2所示的一段段两端端头无树脂只有纤维的FRP拉挤棒材13。
如图2所示，将19根端头散丝状的FRP拉挤棒材平行并拢、对齐、扎紧，形成FRP平行棒材束14，将其一端插入内锥度为8度的套筒15，在套筒中浇筑黏结剂16，使黏结剂至少没过所有的散丝，该黏结剂中石英砂的质量比为50％、树脂的质量比为45％、膨胀剂的质量比为5％，待黏结剂完全固化之后，再将FRP平行棒材束14的另一端采用相同的方式进行锚固。
实施例2：
如图4所示，一种端头带散丝段的FRP拉挤片材的连续制备方法，纤维2从纱架1引出，并均匀整齐排布，由牵引装置8牵引，在滚轴4的导向下，进入并通过装有树脂的浸胶槽3，浸胶后的纤维先通过预成型模具5逐步过度成为片材的形状同时挤出多余的树脂，再通过成型模具6固化成型。
浸胶槽3可以上下移动，当纤维2不需要浸胶的时候，浸胶槽3向下移动，此时纤维2便无法浸润树脂，从而形成散丝段10，当纤维2需要浸胶的时候，浸胶槽3向上移动回原位，此时纤维2便重新开始浸润树脂，经由切割装置9在散丝段10中间位置进行切割，形成形成图2所示的一段段两端端头无树脂只有纤维的FRP拉挤片材17。
将20层端头散丝状的FRP拉挤片材平行叠放、扎紧，形成FRP平行棒片束18，将其一端插入内锥度为8度的套筒15，在套筒中浇筑黏结剂16，使黏结剂至少没过所有的散丝，该黏结剂中石英砂的质量比为40％、树脂的质量比为55％、膨胀剂的质量比为5％，待黏结剂完全固化之后，再将FRP平行片材束18的另一端采用相同的方式进行锚固。
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。以上对两个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

Claims (8)

1.一种针对FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，其特征在于：首先在拉挤成型时，控制连续纤维、带、布或毡的浸胶过程，使之不连续浸胶，实现一段有树脂、一段没有树脂呈现散丝状的FRP拉挤型材的连续生产；然后在没有树脂的散丝段中间位置将生产出来的材料切割开，形成一段段两端端头无树脂、只有纤维的FRP拉挤型材；将端头呈散丝状的FRP拉挤型材或多根平行型材束插入锚固套筒中，再在套筒中填筑黏结剂，形成直接黏结纤维的FRP型材或型材束的黏结式锚固结构。
2.根据权利要求1所述的一种FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，其特征在于：FRP拉挤型材所采用的纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维中的一种，也可以是多种纤维的混杂。
3.根据权利要求1所述的一种FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，其特征在于：FRP拉挤型材两端端头散丝段的长度即生产中不浸胶段长度的1/2，根据FRP拉挤型材承受的极限拉力、FRP拉挤型材中纤维的数量、纤维的直径、纤维与黏结剂的黏结强度、黏结剂的强度与弹性模量以及黏结剂与套筒内表面的黏结强度进行确定。
4.根据权利要求1所述的一种FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，FRP拉挤型材散丝段中树脂的残留率低于30％。
5.根据权利要求1所述的一种FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，其特征在于：纤维的黏结剂采用树脂、粒径小于1mm的石英砂和膨胀剂的组合材料，其中，石英砂的质量比不低于30％，树脂的质量比不低于50％，膨胀剂的质量比不低于5％。
6.根据权利要求1所述的一种FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，其特征在于：FRP拉挤型材的黏结式锚固结构包括FRP拉挤型材、套筒和黏结剂；FRP拉挤型材与套筒连接在一起，FRP拉挤型材端头的纤维插入套筒中，纤维与套筒之间填充有黏结剂。
7.根据权利要求1所述的一种FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，其特征在于：套筒采用内锥形套筒，内锥度为3至8度，为增加套筒与黏结剂之间的黏结力，将套筒内表面打磨粗糙或加工生成刻痕。
8.根据权利要求1所述的一种FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，其特征在于：FRP平行型材束中，型材与型材之间不设置间距。
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