CN116985388A - 一种热塑性纤维复合材料箍筋连续生产装置及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热塑性纤维复合材料箍筋连续生产装置及其生产方法，属于热塑性FRP多形箍筋快速成型技术领域。本发明解决了现有热塑性FRP箍筋制备过程中存在的加热不均匀、成型截面、尺寸不可控以及无法连续制备的问题。本发明可实现不同形状、不同尺寸的热塑性FRP箍筋工厂加工和工程现场的连续制备，且制备的热塑性FRP箍筋具有残余热应变小、截面规整、抗拉压强度高、连续制备和无废、无污染等优点。此外，本发明可以满足热塑性FRP箍筋工厂制备和工程现场应用，可与热塑性FRP棒/筋材拉挤成型装置配套使用，亦可单独将热塑性FRP直筋连续制备各类型箍筋。

Description

一种热塑性纤维复合材料箍筋连续生产装置及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种热塑性纤维复合材料箍筋连续生产装置及其生产方法，属于热塑性纤维复合材料多形箍筋快速成型技术领域。

背景技术

当前土木工程钢筋-混凝土结构箍筋为钢质箍筋，混凝土的吸水渗透及其服役环境的多样性，极易导致混凝土浅层箍筋的腐蚀失效，采用纤维复合材料可有效解决此类问题，从而满足混凝土工程结构的长寿命需求。

与已有热固性纤维复合材料(FRP)筋相比，热塑性FRP筋具有可多次成型、耐腐蚀、耐疲劳和可循环利用等诸多优点，为土木工程混凝土结构提供了新的发展契机。

当前热塑性FRP筋在工程结构中的应用尚处于示范应用阶段，但其应用前景及价值日益提高。现有技术中，对于热塑性FRP箍筋的生产还存在加热不均匀、成型截面不可控、成型尺寸误差大及不可连续制备等问题，尤其是缺乏热塑性FRP箍筋连续高效、高质量的制备装置与方法。因此，提供一种可以有效降低热塑性FRP箍筋生产难度，提高生产效率的热塑性箍筋连续生产装置以及生产方法是十分必要的。

发明内容

本发明针对现有热塑性FRP箍筋制备过程中存在的加热不均匀、成型截面、尺寸不可控以及无法连续制备的不足，提供一种热塑性箍筋连续生产装置及其生产方法，该装置与方法可同时满足不同几何形状的热塑性FRP箍筋工厂制备和工程现场应用，并且可与热塑性FRP棒/筋材拉挤成型装置配套使用，亦可单独将热塑性FRP直筋连续制备各类型的箍筋。

本发明的技术方案：

本发明的目的之一是提供一种热塑性FRP箍筋连续生产装置，该装置包括依次分布在支架1上的传动机构、高温烘箱2和弯筋机构；直线型热塑性筋3通过传动机构进入高温烘箱2内熔融软化，然后经过弯筋机构缠绕、切割并冷却固化成箍筋。

进一步限定，弯筋机构包括支座4、设于支座4上并可绕其自身轴线旋转的模头5，以及用于驱动模头5旋转的第一驱动装置。

进一步限定，模头5包括与支座4连接的本体6以及设于本体6上的夹持结构7、切割结构和多个顶起结构9；切割结构包括第一切割刀8和第二切割刀10，两者分别位于夹持结构7的两侧。

进一步限定，本体6为三角形、矩形、菱形、多边形或圆形板材，板材中心设有与第一驱动装置相连的装配孔11，侧壁开有第一槽体和多个第二槽体，边沿设有半圆形凹槽12，每个第二槽体中设有一个顶起结构9，夹持结构7和切割结构位于第一槽体内。

更进一步限定，当本体6为三角形、矩形、菱形或多边形时，半圆形凹槽12转角处实施倒角处理。

进一步限定，夹持结构7包括约束机构以及对称设于约束机构两侧的限位机构，限位机构包括限位块13以及用于将限位块13固定在本体6上的支柱14，限位块13上开设有平行分布的两个限位槽15；约束机构包括第一夹持块16、伸缩杆17、支撑块18和第二夹持块19，支撑块18下部固定安装在本体6上，第一夹持块16和第二夹持块19分别通过伸缩杆17安装在支撑块18的中部两侧，支撑块18的上部设有两条1/4圆槽，第一夹持块16和第二夹持块19相对侧面分别设有1/2圆槽。

更进一步限定，支撑块18的1/4圆槽与第一夹持块16或第二夹持块19的1/2圆槽配合将热塑性FRP筋3夹持固定。

更进一步限定，第一夹持块16和第二夹持块19按照缠绕周期交替使用。

进一步限定，第一切割刀8和第二切割刀10结构相同，均包括砂轮20以及伸缩刀架，砂轮20转动连接在伸缩刀架上，伸缩刀架包括两根对称布置的固定杆21以及伸缩杆17，伸缩杆17固定端与固定杆21连接，活动端与砂轮20的转轴22连接。

更进一步限定，切割结构非切割状态时，砂轮20最高点位于缠绕箍筋的最低点下方；切割结构切割状态时，砂轮20最高点位于缠绕箍筋最高点的上方。

更进一步限定，切割结构还设有制动片，避免砂轮20惯性转动。

更进一步限定，第一切割刀8和第二切割刀10按照缠绕周期交替使用。

进一步限定，顶起结构9包括顶出块23以及用于将顶出块23与本体6连接的伸缩杆17。

更进一步限定，顶出块23的下表面与伸缩杆17的活动端连接，顶出块23的上表面开设有1/2圆槽。

更进一步限定，顶起结构9收缩状态时，顶出块23的上表面的圆槽与半圆形凹槽12齐平。

更进一步限定，多个顶起结构9采用同频电器件控制，并保证顶起周期与缠绕周期一致。

进一步限定，传动机构包括牵引胶辊26和导向装置27，导向装置27位于高温烘箱2的进口端的正前方，牵引胶辊26包括位于机架内的压紧辊和主动辊，以及用于驱动主动辊转动的第二驱动装置，压紧辊和主动辊位于热塑性FRP筋3的上下两侧，且与热塑性FRP筋3相抵。

进一步限定，第一驱动装置和第二驱动装置结构相同，均包括电机24和传动机构25。

进一步限定，高温烘箱2上设有温度传感器。

进一步限定，高温烘箱2的出口端设有导向装置27。

本发明的目的之二是提供一种应用上述生产装置连续生产热塑性箍筋的方法，该方法包括以下步骤：

S1，将高温烘箱2的温度升至热塑性FRP筋3的熔点与热分解温度之间；

S2，将直线型热塑性FRP筋3依次穿过牵引胶辊26、导向装置27和高温烘箱2，并将已熔融软化热塑性FRP筋3按压在半圆形凹槽12内，使用夹持结构7固定；

S3，开启模头5的转动开关，启动牵引胶辊26，并调节压紧辊的高度，使热塑性FRP筋3处于张紧状态，待模头5缠绕的箍筋长度满足要求时，启动切割结构对热塑性FRP筋3进行切割，切割结束后，切割结构复位；

S4，夹持结构7复位，弹起顶起结构9，将缠绕在模头5上的箍筋顶起，实现模头5与箍筋的分离，然后顶起结构9复位；

S5，重新启动夹持结构7将直线型热塑性FRP筋3重新固定，模头5反向旋转开始下一个箍筋的制备。

进一步限定，模头5处配置冷却设备。

更进一步限定，冷却设备不限于风冷或水淋冷却设施，如强制冷却风扇、水淋冷却喷头。

进一步限定，热塑性FRP筋3的增强纤维包括但不限于连续碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维；树脂基体为热塑性树脂包括但不限于聚丙烯、尼龙；截面包括但不限于圆形截面；表面特征包括但不限于表面光滑棒材、表面缠肋筋材、表面喷砂筋材、表面切割凹槽筋材。

更进一步限定，制备的箍筋形状根据模头5的本体6形状确定，为三角形、矩形、菱形、多边形或圆形。

更进一步限定，制备的箍筋形状为矩形时，各边长度及长宽比例不受限制，箍筋直线段截面为圆形，箍筋曲线段截面为椭圆形，矩形直角部位通过半圆形凹槽12实现倒角处理；实现倒角处理；矩形箍筋周长大于该矩形周长，首尾两端重叠部分为边长的1/2～1倍，且重叠部分相互分离。

更进一步限定，制备的箍筋形状为圆形时，直径不受限制，箍筋截面形状为圆形且直径恒定；圆形箍筋周长大于该圆形周长，首尾两端重叠部分为周长的1/4～1/3，且重叠部分相互分离。

本发明提供了一种以热塑性FRP直筋/棒材为原材料或与热塑性FRP直筋/棒材拉挤装置相配套的热塑性FRP多形箍筋连续制备装置和方法，与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明可实现不同形状、不同尺寸的热塑性FRP箍筋工厂加工和工程现场的连续制备，可解决当前热塑性FRP直筋弯折/箍筋制备过程中存在的加热不均匀、成型截面不可控、成型尺寸误差大和无法连续制备等问题；

(2)本发明制备的热塑性FRP箍筋具有残余热应变小、截面规整、抗拉压强度高、连续制备和无废、无污染等优点。

(3)本发明制备的热塑性FRP箍筋可实现现场快速熔融连接、耐腐蚀、可回收等优点，可用于增强混凝土梁、柱、桩等建筑工程结构。

附图说明

图1为本发明提供的热塑性FRP筋箍筋连续制备装置图；

图2为本发明提供的热塑性FRP筋箍筋连续制备装置中模头5的立体结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的侧视图；

图5为图2的正视图；

图6为第一切割刀8(或第二切割刀10)的结构示意图；

图中1-支架，2-高温烘箱，3-热塑性FRP筋，4-支座，5-模头，6-本体，7-夹持结构，8-第一切割刀，9-顶起结构9，10-第二切割刀，11-装配孔，12-半圆形凹槽，13-限位块，14-支柱，15-限位槽，16-第一夹持块，17-伸缩杆，18-支撑块，19-第二夹持块，20-砂轮，21-固定杆，22-转轴，23-顶出块，24-电机，25-传动机构，26-牵引胶辊，27-导向装置。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要理解的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。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，也即，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1～图6所示，本发明实施例提供一种连续生产热塑性箍筋装置，其包括依次分布在支架1上的传动机构、高温烘箱2和弯筋机构；直线型热塑性FRP筋3通过传动机构进入高温烘箱2内熔融软化，然后经过弯筋机构缠绕、切割并冷却固化成箍筋。如此设置，该装置可同时满足热塑性FRP箍筋工厂制备和工程现场应用，可与热塑性FRP棒/筋材拉挤成型装置配套使用，亦可单独将热塑性FRP直筋连续制备箍筋。

弯筋机构包括支座4、设于支座4上并可绕其自身轴线旋转的模头5，以及用于驱动模头5旋转的第一驱动装置；模头5包括与支座4连接的本体6以及设于本体6上的夹持结构7、切割结构和多个顶起结构9；切割结构包括第一切割刀8和第二切割刀10，两者分别位于夹持结构7的两侧。如此设置，可实现经过高温烘箱2熔融软化处理后的热塑性FRP筋3缠绕在弯筋机构上，得到箍筋。

本体6为三角形、矩形、菱形、多边形或圆形板材，板材中心设有与第一驱动装置相连的装配孔11，侧壁开有第一槽体和多个第二槽体，边沿设有半圆形凹槽12，每个第二槽体中设有一个顶起结构9，夹持结构7和切割结构位于第一槽体内。如此设置，该装置可满足不同几何形状的热塑性FRP箍筋工厂制备和工程现场应用，制备各类型的箍筋。

夹持结构7包括约束机构以及对称设于约束机构两侧的限位机构，限位机构包括限位块13以及用于将限位块13固定在本体6上的支柱14，限位块13上开设有平行分布的两个限位槽15；约束机构包括第一夹持块16、伸缩杆17、支撑块18和第二夹持块19，支撑块18下部固定安装在本体6上，第一夹持块16和第二夹持块19分别通过伸缩杆17安装在支撑块18的中部两侧，支撑块18的上部设有两条1/4圆槽，第一夹持块16和第二夹持块19相对侧面分别设有1/2圆槽。第一切割刀8和第二切割刀10结构相同，均包括砂轮20以及伸缩刀架，砂轮20转动连接在伸缩刀架上，伸缩刀架包括两根对称布置的固定杆21以及伸缩杆17，伸缩杆17固定端与固定杆21连接，活动端与砂轮20的转轴22连接。如此设置，支撑块18的1/4圆槽与第一夹持块16或第二夹持块19的1/2圆槽配合将热塑性FRP筋3夹持固定。且第一夹持块16和第二夹持块19按照缠绕周期交替使用，可实现箍筋周长大于半圆形凹槽12周长，首尾两端重叠，第一切割刀8和第二切割刀10按照缠绕周期交替使用，使重叠部分相互分离。

顶起结构9包括顶出块23以及用于将顶出块23与本体6连接的伸缩杆17。顶出块23的下表面与伸缩杆17的活动端连接，顶出块23的上表面开设有1/2圆槽。顶起结构9收缩状态时，顶出块23的上表面的圆槽与半圆形凹槽12齐平。多个顶起结构9采用同频电器件控制，并保证顶起周期与缠绕周期一致。如此设置，将缠绕在模头5上的箍筋顶起，实现模头5与箍筋的分离，然后顶起结构9复位；重新启动夹持结构7将直线型热塑性FRP筋3重新固定，开始下一个箍筋的制备，实现箍筋的连续生产。

传动机构包括牵引胶辊26和导向装置27，导向装置27位于高温烘箱2的进口端的正前方，牵引胶辊26包括位于机架内的压紧辊和主动辊，以及用于驱动主动辊转动的第二驱动装置，压紧辊和主动辊位于热塑性FRP筋3的上下两侧，且与热塑性FRP筋3相抵。第一驱动装置和第二驱动装置结构相同，均包括电机24和传动机构25。如此设置，使热塑性FRP筋3处于张紧状态，并实现热塑性FRP筋3的连续进料，保证连续生产的顺利进行。

模头5处配置冷却设备，冷却设备不限于风冷或水淋冷却设施，如强制冷却风扇、水淋冷却喷头。如此设置，加快缠绕在弯筋机构上箍筋的冷却固化。

高温烘箱2上设有温度传感器。如此设置，用于温度监测，保证热塑性筋3的熔融软化。

根据本发明的另一个方面，提供一种利用上述装置的生产方法，包括以下步骤：

第一步：将高温烘箱2温度升至270℃，将强制冷却风扇安装在模头5上方且不影响其转动；

第二步：将已收卷的连续玻璃纤维增强聚丙烯热塑性FRP直筋依次穿过牵引胶辊26、导向装置27、高温烘箱2、导向装置27后，按压在半圆形凹槽12内，并依次穿过两个限位槽15后，使用第一夹持块16固定；

第三步：开启模头5的转动开关，启动牵引胶辊26，并调节压紧辊的高度，使连续玻璃纤维增强聚丙烯热塑性FRP直筋为张紧状态；

第四步：待模头5缠绕的箍筋长度为1.25倍模头5矩形半圆形凹槽12路径长度，启动第一切割刀8切割已冷却固化的连续玻璃纤维增强聚丙烯热塑性FRP箍筋，切割结束后，第一切割刀8复位；

第五步：第一夹持块16复位，弹起顶起结构9，将切割后的连续玻璃纤维增强聚丙烯热塑性FRP箍筋顶起，实现模头5与箍筋分离，然后顶起结构9自动复位；

第六步：开启第二夹持块19，将与高温烘箱相连的连续玻璃纤维增强聚丙烯热塑性FRP箍筋端头重新固定，模头5反向旋转开始下一个箍筋制备，从而实现连续制备。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (10)

1.一种热塑性FRP箍筋连续生产装置，其特征在于，包括依次分布在支架上的传动机构、高温烘箱和弯筋机构；直线型热塑性FRP筋通过传动机构进入高温烘箱内熔融软化，然后经过弯筋机构缠绕、切割并冷却固化成箍筋；

弯筋机构包括支座、设于支座上并可绕其自身轴线旋转的模头，以及用于驱动模头旋转的第一驱动装置；

模头包括与支座连接的本体以及设于本体上的夹持结构、切割结构和多个顶起结构；切割结构包括第一切割刀和第二切割刀，两者分别位于夹持结构的两侧。

2.根据权利要求1所述的热塑性FRP箍筋连续生产装置，其特征在于，本体为三角形、矩形、菱形、多边形或圆形板材，板材中心设有与第一驱动装置相连的装配孔，侧壁开有第一槽体和多个第二槽体，边沿设有半圆形凹槽，每个第二槽体中设有一个顶起结构，夹持结构和切割结构位于第一槽体内。

3.根据权利要求1所述的热塑性FRP箍筋连续生产装置，其特征在于，夹持结构包括约束机构以及对称设于约束机构两侧的限位机构，限位机构包括限位块以及用于将限位块固定在本体上的支柱，限位块上开设有平行分布的两个限位槽；约束机构包括第一夹持块、伸缩杆、支撑块和第二夹持块，支撑块下部固定安装在本体上，第一夹持块和第二夹持块分别通过伸缩杆安装在支撑块的中部两侧，支撑块的上部设有两条1/4圆槽，第一夹持块和第二夹持块相对侧面分别设有1/2圆槽。

4.根据权利要求1所述的热塑性FRP箍筋连续生产装置，其特征在于，第一切割刀和第二切割刀结构相同，均包括砂轮以及伸缩刀架，砂轮转动连接在伸缩刀架上，伸缩刀架包括两根对称布置的固定杆以及伸缩杆，伸缩固定端与固定杆连接，活动端与砂轮的转轴连接。

5.根据权利要求1所述的热塑性FRP箍筋连续生产装置，其特征在于，顶起结构包括顶出块以及用于将顶出块与本体连接的伸缩杆。

6.根据权利要求5所述的热塑性FRP箍筋连续生产装置，其特征在于，顶出块的下表面与伸缩杆的活动端连接，顶出块的上表面开设有1/2圆槽。

7.根据权利要求1所述的热塑性FRP箍筋连续生产装置，其特征在于，传动机构包括牵引胶辊和导向装，导向装置位于高温烘箱的进口端的正前方，牵引胶辊包括位于机架内的压紧辊和主动辊，以及用于驱动主动辊转动的第二驱动装置，压紧辊和主动辊位于热塑性FRP筋的上下两侧，且与热塑性FRP筋相抵。

8.根据权利要求7所述的热塑性FRP箍筋连续生产装置，其特征在于，第一驱动装置和第二驱动装置结构相同，均包括电和传动机构。

9.一种热塑性FRP箍筋连续生产的方法，其特征在于，使用权利要求1～8任一项所述的装置进行，该方法包括：

S1，将高温烘箱的温度升至热塑性FRP筋的熔点与热分解温度之间；

S2，将直线型热塑性FRP筋依次穿过牵引胶辊、导向装置和高温烘箱，并将已熔融软化热塑性FRP筋按压在半圆形凹槽内，使用夹持结构固定；

S3，开启模头的转动开关，启动牵引胶辊，并调节压紧辊的高度，使热塑性FRP筋处于张紧状态，待模头缠绕的箍筋长度满足要求时，启动切割结构对热塑性FRP筋进行切割，切割结束后，切割结构复位；

S4，夹持结构复位，弹起顶起结构，将缠绕在模头上的箍筋顶起，实现模头与箍筋的分离，然后顶起结构复位；

S5，重新启动夹持结构将直线型热塑性FRP筋重新固定，模头反向旋转开始下一个箍筋的制备。

10.根据权利要求9所述的热塑性FRP箍筋连续生产的方法，其特征在于，模头处配置冷却设备。