CN203317811U - 超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆，其特征在于：在基体树脂内层的内部设有纵向排列的超高模量聚乙烯纤维，超高模量聚乙烯纤维缠绕层包覆在基体树脂内层的外壁上，在超高模量聚乙烯纤维缠绕层的外壁上包覆有基体树脂外层。本实用新型具有结构简单，质量轻盈，强度高，模量高，弯曲半径小，抗弯曲抗折叠，具有很高的机械强度和极佳的柔韧性，能够承载较大的冲击力和拉力等优良特性，可用于建筑、海洋、采矿、通信工程和其它行业。

Description

超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆

技术领域

    本实用新型涉及纤维增强塑料技术领域，具体地说是一种超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆及其制备方法。

背景技术

纤维增强塑料（英文名称为Fiber Reinforced Plastics，简称FRP）问世于20世纪40年代，是一种新型复合材料，是继钢材和混凝土后的第三大现代结构材料。FRP材料是以短切的或连续的纤维及其织物为增强材料，以热固性或热塑性树脂为基体材料，并掺入适量辅助剂，经成型工艺复合而成的高性能型材料。

FRP材料具有以下优良特性：高强，抗拉强度约为普通钢筋的1.5-6倍；质轻，密度仅为普通钢材的1/6-1/3；抗腐蚀，强度不受酸碱腐蚀介质的影响；低松弛；非磁性，不影响电磁信号的传播；抗疲劳性能优良，疲劳寿命普遍高于钢材；弹性模量介于混凝土和钢材之间；极限延伸率为1%-3%；温变系数和混凝土相当；与钢材相比具有与混凝土或岩石更相容的热膨胀系数。因此，纤维加强塑料（FRP）杆在建筑、海洋、采矿和其它行业中有着广泛的应用。

大多数纤维加强塑料（FRP）杆是通过拉挤成型工艺生产并且具有线性的或一致的轮廓。常规拉挤成型工艺包括：从加强材料源拉伸一束加强材料（例如纤维或纤维丝）；通过使加强材料穿过开口槽中的树脂浴池而润湿纤维并且浸透它们（优选地借助可以热凝结的聚合物树脂）；将被树脂润湿且浸透的加强材料束拉动通过成形模具，以对准纤维束并且使其形成适当的横截面构造；和在保持丝上保持张力时在模具中固化树脂。由于纤维完全前进穿过拉挤成型工艺而不被切割或切碎，使得产品沿纵向（即沿着纤维丝被拉动的方向）具有特别高的抗张强度。

哈尔滨工业大学于2006年4月19日提交的中国专利《纤维增强塑料钢绞线复合筋》，专利号200610009936.6，公开了一种纤维增强塑料-钢绞线复合筋，它包括芯部的细钢绞线或超细高强钢丝束，在外部包裹单向的纤维增强塑料包裹层。利用钢绞线和FRP材料各自特点，对两种材料进行复合，制作出一种新塑纤维增强塑料(FRP) -钢绞线复合筋，克服单一材料各自的不足，具有轻质、高强、高模量、耐腐蚀、高延伸率，以及伪延性等优点，是加筋混凝土、桥梁拉索等土木工程结构中钢材的安全、可靠的替代材料。兰德尔·布兰德斯特伦于2010年5月17日提交的中国专利申请《形成为卷以便运输的纤维加强的加强筋》，申请号201080002833.1，公开了一种复合加强条材，由一系列内粗纱形成，至少一个粗纱的第一和第二螺旋状缠绕沿相反的缠绕方向缠绕内粗纱，树脂渗透穿过其中。条材结构形成为允许扭矩弯曲，该扭矩弯曲足以允许形成的条材被缠绕以形成许多次缠绕与条材的长度成直角的轴线的条材的卷。该条材前进到由围绕坚直旋转轴线的一系列柱形成的旋转的缠绕框架中。卷保持就位，同时移出框架以便将卷运输到远处。在远处，卷被放置在类似的缠绕框架中，并且条材从卷中拉出并且被切割至所需长度。

目前，国内外广泛应用的纤维增强杆有玻璃纤维增强塑料杆（GFRP）、玄武岩纤维增强塑料杆（BFRP）及芳纶纤维增强塑料杆（KFRP）。玻璃纤维增强塑料杆（GFRP）与玄武岩纤维增强塑料杆（BFRP）由于是无机纤维增强复合材料，存在不耐弯曲、易折断、重量较大等问题；芳纶纤维增强塑料杆（KFRP）虽然具有相对较低的弯曲半径，但其在应用中材质表现性脆，无法克服其抗折叠性能差、弯折角度小等缺点。

发明内容

本实用新型的一个目的在于提供一种具有结构简单，质量轻盈，强度高，模量高，弯曲半径小，抗弯曲抗折叠，具有很高的机械强度和极佳的柔韧性，能够承载较大的冲击力和拉力的超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆。

为了达到以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：该超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆，其特征在于：在基体树脂内层的内部设有纵向排列的超高模量聚乙烯纤维，超高模量聚乙烯纤维缠绕层包覆在基体树脂内层的外壁上，在超高模量聚乙烯纤维缠绕层的外壁上包覆有基体树脂外层。

所述的超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆的横截面为圆形，其直径为5-50mm。

所述的基体树脂内层和基体树脂外层都由基体树脂制成。

所述的超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆中超高模量聚乙烯纤维的重量百分含量为50-80%，基体树脂的重量百分含量为20-50%。

所述的基体树脂由热固性树脂和辅助剂按质量比100:（0—27）混合制成；所述的热固性树脂，为聚氨酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂和乙烯基树脂中的任一种；所述的辅助剂，为固化剂、促进剂、光引发剂、脱模剂和填料中的任一种或其中两种以上的混合物。

所述的超高模量聚乙烯纤维的纤度为400—30000dtex，弹性模量≥1350cN/dtex。

本实用新型的有益效果在于：本发明具有结构简单，质量轻盈，强度高，模量高，弯曲半径小，抗弯曲抗折叠，具有很高的机械强度和极佳的柔韧性，能够承载较大的冲击力和拉力等优良特性，可用于建筑、海洋、采矿、通信工程和其它行业，例如：线缆增强，鱼线、渔网，绳缆，土工网栅网格布的制造，混凝土增强等领域，具有良好的市场前景。

附图说明

图1为本发明的结构局部剖视放大示意图；

图中：1、超高模量聚乙烯纤维；2、基体树脂内层；3、超高模量聚乙烯纤维缠绕层；4、基体树脂外层。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆的制备方法，包括以下步骤制成：

（1）、配制基体树脂：将由100份环氧树脂、15份苯二甲胺固化剂、2份DMP-30促进剂、2份脱模剂和8份填料所组成的基体树脂，进过充分搅拌使之混合均匀，再进行真空脱泡除去基体树脂中的气泡，备用；

（2）、浸胶：采用张力牵引装置将摆放在纱架上的纤度为400dtex，拉伸模量≥1350cN/dtex的超高模量聚乙烯纤维，经过排纱器进入装有基体树脂的浸胶槽中，制成外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维备用；

（3）、内芯预成型：将多根外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维纵向平行排列送入管状预成型模具，排出多余树脂和气泡，定型成为内芯，其横断面为圆形，通过超高模量聚乙烯纤维之间的相互挤压作用，就会形成成为一个整体的基体树脂内层2，并且超高模量聚乙烯纤维1均匀的纵向排列在基体树脂内层2的内部；

（4）、缠绕、模具挤拉成型：通过缠绕机将外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维均匀的缠绕在内芯的外壁上，再送入管状成型模具中挤拉成型，模具挤拉成型的温度控制在100℃，就会形成超高模量聚乙烯纤维缠绕层3和基体树脂外层4，超高模量聚乙烯纤维缠绕层3包覆在基体树脂内层2的外壁上，在超高模量聚乙烯纤维缠绕层3的外壁上包覆有基体树脂外层4；

（5）、固化成型：将挤拉成型后的复合材料在90℃的温度下固化成型，得到超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆。

经上述步骤制得的超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆中基体树脂的质量百分比为50%，超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆的直径为5mm，可用于电缆、光缆增强，鱼线、渔网、绳缆以及土工网栅、网格布的制造领域。

实施例2：

超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆的制备方法，包括以下步骤制成：

（1）、配制基体树脂：将由100份乙烯基树脂、3份过氧化甲乙酮（MEKP）固化剂、1.5份催化剂（1%钴）所组成的基体树脂，进过充分搅拌使之混合均匀，再进行真空脱泡除去基体树脂中的气泡，备用； 

（2）、浸胶：采用张力牵引装置将摆放在纱架上的纤度为2000dtex，拉伸模量≥1350cN/dtex的超高模量聚乙烯纤维，经过排纱器进入装有基体树脂的浸胶槽中，制成外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维备用；

（3）、内芯预成型：将多根外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维纵向平行排列送入管状预成型模具，排出多余树脂和气泡，定型成为内芯，其横断面为圆形，通过超高模量聚乙烯纤维之间的相互挤压作用，就会形成成为一个整体的基体树脂内层2，并且超高模量聚乙烯纤维1均匀的纵向排列在基体树脂内层2的内部；

（4）、缠绕、模具挤拉成型：通过缠绕机将外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维均匀的缠绕在内芯的外壁上，再送入管状成型模具中挤拉成型，模具挤拉成型的温度控制在90℃，就会形成超高模量聚乙烯纤维缠绕层3和基体树脂外层4，超高模量聚乙烯纤维缠绕层3包覆在基体树脂内层2的外壁上，在超高模量聚乙烯纤维缠绕层3的外壁上包覆有基体树脂外层4；

（5）、固化成型：将挤拉成型后的复合材料在80℃的温度下固化成型，得到超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆。

经上述步骤制得的超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆中基体树脂的质量百分比为44%，超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆直径为18mm，可用于绳缆、土工网栅、网格布和混凝土增强等领域。

实施例3：

超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆的制备方法，包括以下步骤制成：

（1）、配制基体树脂：将由65份聚醚多元醇、100份异氰酸酯或其改性树脂、1.5份胺类催化剂、1份脱模剂、15份填料所组成的热固性聚氨酯树脂，进过充分搅拌使之混合均匀，再进行真空脱泡除去基体树脂中的气泡，备用； 

（2）、浸胶：采用张力牵引装置将摆放在纱架上的纤度为5000dtex，拉伸模量≥1350 cN/dtex的超高模量聚乙烯纤维，经过排纱器进入装有基体树脂的浸胶槽中，制成外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维备用；

（3）、内芯预成型：将多根外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维纵向平行排列送入管状预成型模具，排出多余树脂和气泡，定型成为内芯，其横断面为圆形，通过超高模量聚乙烯纤维之间的相互挤压作用，就会形成成为一个整体的基体树脂内层2，并且超高模量聚乙烯纤维1均匀的纵向排列在基体树脂内层2的内部；

（4）、缠绕、模具挤拉成型：通过缠绕机将外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维均匀的缠绕在内芯的外壁上，再送入管状成型模具中挤拉成型，模具挤拉成型的温度控制在110℃，就会形成超高模量聚乙烯纤维缠绕层3和基体树脂外层4，超高模量聚乙烯纤维缠绕层3包覆在基体树脂内层2的外壁上，在超高模量聚乙烯纤维缠绕层3的外壁上包覆有基体树脂外层4；

（5）、固化成型：将挤拉成型后的复合材料在100℃的温度下固化成型，得到超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆。

经上述步骤制得的超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆中基体树脂的质量百分比为38%，超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆直径为25mm，可用于绳缆、土工网栅、网格布和混凝土增强等领域。

实施例4：

超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆的制备方法，包括以下步骤制成：

（1）、配制基体树脂：将热固性酚醛树脂充分搅拌使之混合均匀，再进行真空脱泡除去基体树脂中的气泡，备用； 

（2）、浸胶：采用张力牵引装置将摆放在纱架上的纤度为18000dtex，拉伸模量≥1350cN/dtex的超高模量聚乙烯纤维，经过排纱器进入装有基体树脂的浸胶槽中，制成外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维备用；

（3）、内芯预成型：将多根外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维纵向平行排列送入管状预成型模具，排出多余树脂和气泡，定型成为内芯，其横断面为圆形，通过超高模量聚乙烯纤维之间的相互挤压作用，就会形成成为一个整体的基体树脂内层2，并且超高模量聚乙烯纤维1均匀的纵向排列在基体树脂内层2的内部；

（4）、缠绕、模具挤拉成型：通过缠绕机将外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维均匀的缠绕在内芯的外壁上，再送入管状成型模具中挤拉成型，模具挤拉成型的温度控制在150℃，就会形成超高模量聚乙烯纤维缠绕层3和基体树脂外层4，超高模量聚乙烯纤维缠绕层3包覆在基体树脂内层2的外壁上，在超高模量聚乙烯纤维缠绕层3的外壁上包覆有基体树脂外层4；

（5）、固化成型：将挤拉成型后的复合材料在140℃的温度下固化成型，得到超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆。

经上述步骤制得的超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆中基体树脂的质量百分比为30%，超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆直径为35mm，可用于绳缆、土工网栅、网格布和混凝土增强等领域。

实施例5：

超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆的制备方法，包括以下步骤制成：

（1）、配制基体树脂：将100份光敏不饱和聚酯树脂和5份二苯甲酮光引发剂充分搅拌使之混合均匀，再进行真空脱泡除去基体树脂中的气泡，备用； 

（2）、浸胶：采用张力牵引装置将摆放在纱架上的纤度为30000dtex，拉伸模量≥1350cN/dtex的超高模量聚乙烯纤维，经过排纱器进入装有基体树脂的浸胶槽中，制成外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维备用；

（3）、内芯预成型：将多根外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维纵向平行排列送入管状预成型模具，排出多余树脂和气泡，定型成为内芯，其横断面为圆形，通过超高模量聚乙烯纤维之间的相互挤压作用，就会形成成为一个整体的基体树脂内层2，并且超高模量聚乙烯纤维1均匀的纵向排列在基体树脂内层2的内部；

（4）、缠绕、模具挤拉成型：通过缠绕机将外壁均匀包覆有基体树脂的超高模量聚乙烯纤维均匀的缠绕在内芯的外壁上，再送入管状成型模具中挤拉成型，就会形成超高模量聚乙烯纤维缠绕层3和基体树脂外层4，超高模量聚乙烯纤维缠绕层3包覆在基体树脂内层2的外壁上，在超高模量聚乙烯纤维缠绕层3的外壁上包覆有基体树脂外层4；

（5）、固化成型：将挤拉成型后的复合材料在紫外线照射下固化成型，得到超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆。

经上述步骤制得的超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆中基体树脂的质量百分比为20%，超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆直径为50mm，主要应用于混凝土增强领域。

Claims (2)

1.超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆，其特征在于：在基体树脂内层（2）的内部设有纵向排列的超高模量聚乙烯纤维（1），超高模量聚乙烯纤维缠绕层（3）包覆在基体树脂内层（2）的外壁上，在超高模量聚乙烯纤维缠绕层（3）的外壁上包覆有基体树脂外层（4）。

2.根据权利要求1所述的超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆，其特征在于：所述的超高模量聚乙烯纤维增强塑料杆的横截面为圆形，其直径为5-50mm。

Images