CN115214157A - 热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，所述热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法包括：将待连接的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点部的树脂进行加热，以使所述型材的树脂熔融后将其内部的纤维暴露出来，将两个所述型材的暴露纤维相互绑扎以共同组成连接部，在所述连接部的周侧安装模具，并向所述模具内注入树脂，静置待所述模具内的树脂固化后拆除所述模具。由此，通过对型材节点部的树脂加热，并对暴露的纤维进行绑扎和重新浇筑，以实现拉挤型材节点的连接，引领复合材料市场从传统热固性树脂向先进热塑性树脂过渡，并提高热塑性拉挤型材节点连接的强度和刚度，最终实现“复合材料可回收”的目标。

Description

热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法。
背景技术
纤维增强复合材料拉挤型材具有较高的比强度和比模量、优秀的抗腐蚀和疲劳性能，以及较低的全生命周期养护成本，已在国内外土木工程建设中展现出了强大的竞争力和应用潜力。传统拉挤型材由热固性高分子聚合物基体(即树脂基体)组成，其中常用的热固性树脂基体包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂和乙烯基树脂等，热固性树脂在固化完成后便无法返回固化前状态，即“不可回收、不可重塑”。传统热固性树脂基拉挤型材在实际工程应用中常遭受“连接难”限制，尤其节点处施工方法缺乏成熟可靠的工艺指导。
相关技术中，传统热固性树脂基拉挤型材节点的连接方式为螺栓连接和胶粘连接，其中螺栓连接易引起螺栓孔的劈裂破坏，而胶粘连接的强度较低，这即为传统热固性树脂基拉挤型材“连接难”的根源，而且，螺栓连接和胶粘连接均依靠外部材料对拉挤型材进行连接(螺栓和胶)，无法充分发挥拉挤型材中高性能纤维的强度。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
相关技术中，螺栓连接的设计方法类似于钢结构，但不同于各向同性的钢材，拉挤型材为正交各向异性材料，纵向强度和弹性模量远大于横向，且剪切强度和螺栓孔承压强度较小，约为纵向抗拉强度的十分之一。螺栓连接带来的受力模式易造成较大的应力集中现象，导致拉挤型材易在螺栓孔处劈裂破坏，此时拉挤型材节点的强度主要由材料的剪切强度控制，因此无法充分发挥拉挤型材高强度的优势。
此外，胶粘连接虽可消除螺栓孔带来的应力集中现象，但粘接材料承载力较差，且在普通固化工艺下形成的耐久性能较差，因此胶粘连接须与螺栓连接同时使用，此时胶层仅起到提高节点初始刚度的作用，而节点的极限承载力则完全由螺栓保证。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，该连接方法可大幅提高复合材料拉挤型材节点的力学性能。
本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法包括：将待连接的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点部的树脂进行加热，以使所述型材的树脂熔融后将其内部的纤维暴露出来，将两个所述型材的暴露纤维相互绑扎以共同组成连接部，在所述连接部的周侧安装模具，并向所述模具内注入树脂，静置待所述模具内的树脂固化后拆除所述模具。
本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，通过对型材节点部的热塑性树脂进行加热，使其熔化并从纤维表面剥离，将纤维暴露出来，对两个型材的暴露纤维进行绑扎后，然后在绑扎后的纤维的周侧安装模具并进行浇筑，待树脂固化后拆除模具，以完成两个型材节点的连接。由此，引领复合材料市场从传统热固性树脂向先进热塑性树脂过渡，并提高热塑性拉挤型材节点连接的强度和刚度，最终实现“复合材料可回收”的目标。
由此，本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法解决了传统热固性拉挤型材“回收难、连接难”的问题。
在一些实施例中，对所述型材的暴露纤维进行分束以分成多根纤维束，将两个所述型材的多根纤维束一一对应并进行绑扎以共同组成连接部。
在一些实施例中，所述纤维束的绑扎方式为螺旋缠绕绑扎。
在一些实施例中，所述模具内注入的树脂为力学性能优于所述型材的树脂或与所述型材属于同类型的树脂。
在一些实施例中，还包括将所述型材的节点部的熔融后的树脂进行回收，将回收的所述树脂进行加热并注入所述模具内。
在一些实施例中，浇筑成型后的所述连接部的横截面积大于等于所述型材的横截面积。
在一些实施例中，所述型材的树脂为聚酰胺、聚醚酰亚胺或聚醚醚酮，所述型材的纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维。
在一些实施例中，所述模具包括壳体和注塑件，所述壳体的相对的两个端面上均设有贯穿孔，所述贯穿孔的截面形状与所述型材的截面形状相同，所述壳体的上端面上设有注浆孔，所述注塑件的下端插设在所述注浆孔内，所述注塑件用于导流树脂流入所述注浆孔内。
在一些实施例中，所述壳体包括U型围板、连接板和两个侧板，两个所述侧板沿第一方向间隔分布，所述U型围板设在两个所述侧板之间且与两个所述侧板可拆卸地相连，所述连接板设在两个所述侧板之间且与两个所述侧板可拆卸地相连，所述连接板位于所述U型围板的U型开口处，所述U型围板、所述连接板和两个所述侧板共同组成大体为长方体的所述壳体；两个所述贯穿孔分别开设在两个所述侧板上，所述注浆孔开设在所述U型围板的上端面上。
在一些实施例中，所述注塑件包括圆筒部和漏斗部，所述圆筒部的下端与所述漏斗部的上端相连。
附图说明
图1是本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法的平板形型材节点部加热的示意图。
图2是本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法的型材的暴露纤维绑扎的示意图
图3是本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法的型材的连接部安装模具后的示意图
图4是本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法的型材的连接部浇筑完成的示意图
图5是本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法的型材的纤维螺旋缠绕绑扎的示意图
图6是本发明实施例的工字形拉挤型材的示意图
图7是本发明实施例的箱形拉挤型材的示意图
图8是本发明实施例的槽形拉挤型材的示意图
图9是本发明实施例的角形拉挤型材的示意图
图10是本发明实施例的拉挤筋材的示意图
图11是本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法的模具的爆炸示意图
附图标记：
型材1、节点部11、纤维111、连接部12
模具2、壳体21、U型围板211、注浆孔2111、连接板212、侧板213、贯穿孔2131、注塑件22、圆筒部221、漏斗部222。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图描述本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法。
如图1至图4所示，本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法包括：将待连接的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点部11的树脂进行加热，以使型材1的树脂熔融后将其内部的纤维111暴露出来，将两个型材1的暴露纤维111相互绑扎以共同组成连接部12，在连接部12的周侧安装模具2，并向模具2内注入树脂，静置待模具2内的树脂固化后拆除模具2。
可以理解的是，与热固性树脂相比，热塑性树脂加温后可变为熔融态，冷却后可自然固化并形成不亚于热固性树脂的设计强度，再加温后可重新回到熔融态并可再次冷却固化，因此热塑性树脂具有“可回收、可重塑”的特点。
可选地，如图1至图4所示，热塑性树脂基复合材料拉挤型材包括节点部11，节点部11为型材1的待加热部位。首先，将两个待连接的型材1的节点部11进行加热，使节点部11的树脂熔化并从纤维111上脱离，使节点部11的纤维111暴露出来。然后，将两个型材1暴露出来的纤维111进行绑扎，两个型材1绑扎的部分为连接部12。再将连接部12的周侧安装模具2，并向模具2内注入熔融态的热塑性树脂，以将连接部12重新浇筑。最后，待浇筑的树脂冷却固化后，将模具2拆除，从而完成对两个热塑性树脂基复合材料拉挤型材节点的连接。
因此，本发明的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法可充分发挥复合材料拉挤型材中纵向纤维111的力学性能，形成的节点具有与非节点区拉挤型材同等的力学性能，从而大幅提高复合材料拉挤型材节点连接的力学性能。
进一步地，如图1至图10所示，本发明的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法适用平板形型材1、工字形型材1、箱形型材1、槽形型材1、角形型材1，以及筋材等，适用范围广。
本发明实施例的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，通过对型材1节点部11的热塑性树脂进行加热，使其熔化并从纤维111表面剥离，将纤维111暴露出来，对两个型材1的暴露纤维111进行绑扎后，然后在绑扎后的纤维111的周侧安装模具2并进行浇筑，待树脂固化后拆除模具2，以完成两个型材1节点的连接。由此，引领复合材料市场从传统热固性树脂向先进热塑性树脂过渡，并提高热塑性拉挤型材节点连接的强度和刚度，最终实现“复合材料可回收”的目标。
在一些实施例中，对型材1的暴露纤维111进行分束以分成多根纤维束，将两个型材1的多根纤维束一一对应并进行绑扎以共同组成连接部12。可以理解的是，型材1内部的纤维111具有多根，在节点部11的树脂熔化后，将两个型材1节点部11暴露的纤维111进行分束，使每个型材1上暴露的纤维束的根数一样且一一对应，并将两个型材1暴露的多根纤维束相互绑扎，由此提高节点的连接强度
进一步地，如图5所示，纤维束的绑扎方式为螺旋缠绕绑扎，以提高纤维束的接触面积，进而提高节点的连接强度。
在一些实施例中，模具2内注入的树脂为力学性能优于型材1的树脂或与型材1属于同类型的树脂。
其中，两个型材1绑扎后的连接部12，其浇筑的树脂可以为型材1同类型的树脂，也可以为比型材1的树脂的力学性能还要高的树脂。
在一些实施例中，还包括将型材1的节点部11的熔融后的树脂进行回收，将回收的树脂进行加热并注入模具2内。
例如，两个型材1节点部11的树脂熔化后，将液态的树脂进行回收。待两个型材1绑扎完成后，将模具2安装在连接部12的周侧，将之前回收的树脂再次加热并注入模具2内，由此，实现热塑性树脂的再利用。
此外，本发明实施例热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法的型材1可以在工厂进行预制，提前将节点部11进行加热使纤维111暴露出来。在现场使用时，只需将纤维111进行绑扎，然后安装模具2进行浇筑。
在一些实施例中，浇筑成型后的连接部12的横截面积大于等于型材1的横截面积。
可选地，两个型材1的连接部12浇注成型后，连接部12的材料厚度不小于被连接的拉挤型材的材料厚度，且连接部12的材料宽度与被连接的拉挤型材的宽度一致。
在一些实施例中，型材1的树脂为聚酰胺、聚醚酰亚胺或聚醚醚酮等热塑性树脂，型材1的纤维111为玻璃纤维111、碳纤维111、玄武岩纤维111或芳纶纤维111。
在一些实施例中，如图3和图11所示，模具2包括壳体21和注塑件22。壳体21的相对的两个端面上均设有贯穿孔2131，贯穿孔2131的截面形状与型材1的截面形状相同。壳体21的上端面上设有注浆孔2111，注塑件22的下端插设在注浆孔2111内，注塑件22用于导流树脂流入注浆孔2111内。
可选的，如图3和图11所示，壳体21的左右端面上均设有贯穿孔2131，以使两个型材1通过两个贯穿孔2131插入壳体21内进行浇筑。贯穿孔2131的截面形状与型材1的截面形状相同，贯穿孔2131的形状根据型材1的类型(平板形型材1、工字形型材1、箱形型材1、槽形型材1、角形型材1、筋材等)进行加工，并且壳体21内部腔室的截面形状与型材1的截面形状也相同，以确保浇筑出来的连接部12与型材1保持一致。
进一步地，如图3和图11所示，壳体21的上端面上设有注浆孔2111，注塑件22的下端插设在注浆孔2111内，以使浇筑过程中，熔融态的树脂通过注塑件22，并在注塑件22的导流作用下经注浆孔2111注入壳体21内。
在一些实施例中，如图3和图11所示，壳体21包括U型围板211、连接板212和两个侧板213。两个侧板213沿第一方向(如图3或图11中的左右方向)间隔分布，U型围板211设在两个侧板213之间且与两个侧板213可拆卸地相连。连接板212设在两个侧板213之间且与两个侧板213可拆卸地相连，连接板212位于U型围板211的U型开口处。U型围板211、连接板212和两个侧板213共同组成大体为长方体的壳体21。两个贯穿孔2131分别开设在两个侧板213上，注浆孔2111开设在U型围板211的上端面上。
具体地，如图3和图11所示，两个侧板213相对设置，侧板213上开设有两个滑道，滑道沿前后方向延伸，两个滑道相对分布在贯穿孔2131的上下两侧。U型围板211的U型开口朝前，U型围板211的左右两端分别滑动配合在两个侧板213的滑道内。侧板213上还开设有板槽，板槽沿上下方向延伸，板槽位于贯穿孔2131的前侧，板槽的上下两端分别与两个滑道的前端连通，连接板212的左右两端分别卡设在两个侧板213的板槽内，连接板212的上下两端与U型围板211的内周壁相抵。
此外，U型围板211的上端面和侧板213的上端面均开设有螺纹孔，且U型围板211的螺纹孔和侧板213的螺纹孔相互连通，通过将两者的螺纹孔内安装螺柱，以实现U型围板211和侧板213的可拆卸连接。当U型围板211和两个侧板213螺纹配合后，U型围板211和两个侧板213共同起到卡设连接板212的作用。
在一些实施例中，如图11所示，注塑件22包括圆筒部221和漏斗部222，圆筒部221的下端与漏斗部222的上端相连。其中，圆筒部221的上端具有开口，漏斗部222的下端插设在壳体21的注浆孔2111内，树脂倒入圆筒部221后，在漏斗部222的导流作用下经注浆孔2111进入壳体21内。进一步地，壳体21的上端面还开设有四个排气口，四个排气口分别位于壳体21的四角。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，其特征在于，包括：
将待连接的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点部的树脂进行加热，以使所述型材的树脂熔融后将其内部的纤维暴露出来；
将两个所述型材的暴露纤维相互绑扎以共同组成连接部；
在所述连接部的周侧安装模具，并向所述模具内注入树脂，静置待所述模具内的树脂固化后拆除所述模具。
2.根据权利要求1所述的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，其特征在于，对所述型材的暴露纤维进行分束以分成多根纤维束，将两个所述型材的多根纤维束一一对应并进行绑扎以共同组成连接部。
3.根据权利要求2所述的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，其特征在于，所述纤维束的绑扎方式为螺旋缠绕绑扎。
4.根据权利要求1所述的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，其特征在于，所述模具内注入的树脂为力学性能优于所述型材的树脂或与所述型材属于同类型的树脂。
5.根据权利要求4所述的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，其特征在于，还包括将所述型材的节点部的熔融后的树脂进行回收，将回收的所述树脂进行加热并注入所述模具内。
6.根据权利要求1所述的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，其特征在于，浇筑成型后的所述连接部的横截面积大于等于所述型材的横截面积。
7.根据权利要求1所述的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，其特征在于，所述型材的树脂为聚酰胺、聚醚酰亚胺或聚醚醚酮，所述型材的纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，其特征在于，所述模具包括壳体和注塑件，所述壳体的相对的两个端面上均设有贯穿孔，所述贯穿孔的截面形状与所述型材的截面形状相同，所述壳体的上端面上设有注浆孔，所述注塑件的下端插设在所述注浆孔内，所述注塑件用于导流树脂流入所述注浆孔内。
9.根据权利要求8所述的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，其特征在于，所述壳体包括U型围板、连接板和两个侧板，两个所述侧板沿第一方向间隔分布，所述U型围板设在两个所述侧板之间且与两个所述侧板可拆卸地相连，所述连接板设在两个所述侧板之间且与两个所述侧板可拆卸地相连，所述连接板位于所述U型围板的U型开口处，所述U型围板、所述连接板和两个所述侧板共同组成大体为长方体的所述壳体；
两个所述贯穿孔分别开设在两个所述侧板上，所述注浆孔开设在所述U型围板的上端面上。
10.根据权利要求8所述的热塑性树脂基复合材料拉挤型材的节点连接方法，其特征在于，所述注塑件包括圆筒部和漏斗部，所述圆筒部的下端与所述漏斗部的上端相连。
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