NO321711B1 - Metode og utstyr for fremstilling av armeringsstenger av komposittmateriale - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte for å produsere armeringsstenger av komposittmateriale.

Armeringsstangen i henhold til oppfinnelsen kan formes i en formingsprosess ved profiltrekking, stangpressing eller støping, eller en kombinasjon av disse, av kontinuerlig fiber og matrise (resin) i en prosess med en enkelt prosesslinje eller i kombinasjon med en prosess i en annen linje. I formingsprosessen lages stangen med minst 50 vektprosent armeringsfiber og en matrise som impregneres i fibrene med et bad, ved sprayinjeksjon eller trykk.

Komposittstenger av ovennevnte type brukes til forsterkning og avstivning av forskjellige produkter og konstruksjoner som lages av slike materialer som metall, betong, tre, plast, stein, keramikk og kombinasjoner av disse hvor det kreves tilstrekkelig bindkraft mellom stengene og materialet for å oppnå strukturell funksjonalitet og optimalisering av slankhet, vekt, størrelse og pris. Men dette oppnås ofte på bekostning av styrke, stivhet eller fare for oksidasjon for eksempel av stål og andre metaller som gir korosjonsproblemer, misfarging og dermed tap av strukturstyrke. Av og til når det brukes metaller til å styrke eller avstive produktene, oppstår det problemer med forlengelse eller variasjoner i materialets fysiske oppførsel som fører til sprekkdannelse eller utilstrekkelig bindkraft mellom produktets materiale og de styrkende elementene, d.v.s. armeringsstengene.

Armeringsmaterialet i henhold til den foreliggende oppfinnelsen er en kontinuerlig fiber- og matrisekompositt som ofte kalles FRP (Fibre Reinforced Polymer - fiberforsterket polymer) og som brukes i en rekke forskjellige bygningsmaterialer på grunn av ypperlige og fleksible fysiske materialegenskaper som høy spesifikk styrke, lav vekt, ingen eller lav elektrisk ledningsevne, ikke-magnetiske egenskaper, høy motstand mot syre og klorider eller aggressivt miljø, samt formbarhet og formgivning. Som nevnt er stål og metaller generelt utsatt for oksidasjon som fører til korrosjon av og rust på jernholdige metaller på grunn av hydroksider av jern og oksider fra atmosfærisk oksygen i nærvær av vann. Så lenge pH holdes sterkt alkalisk (pH 12-14) i kombinasjon med svært god støpebetongkvalitet, holder stålet seg passivt overfor korrosjon. Lav pH, lav betongkvalitet, utilstrekkelig produktkvalitet, dårlig utførelse av arbeidet eller kontakt med sterk syre kan føre til at betongsonen rundt det armerende kamstålet blir gjennomtrengelig for f.eks. klorioner fra saltforurensede aggregater, veisalt, marint miljø, sjøvann, karbonisering, C02, oksygen og fuktighet. Dessuten kan forhold som kan føre til kjemisk forringelse av betongen, f.eks. ved sulfat- eller syreangrep, eller mekanisk forringelse av betongen ved frysing og tining i våt eller fuktig tilstand, føre tii rust og korrosjon av stålet i armeringen, sprekkdannelse i betongen og tap av strukturstyrke. Når armeringen begynner å korrodere (ruste), vil jernoksidet utvide seg og gi opphav til indre spenninger som fører til at det oppstår sprekker i betongen. Betongen vil falle av, stålet i armeringsstengene vil bli utsatt for atmosfæren og miljøet som førte til korrosjonsprosessen, prosessens hastighet vil øke ytterligere, strukturen taper styrke og kan i verste fall falle sammen.

Kontroll av disse parameterne er vanskelig og dette fører til betydelige økonomiske og strukturelle problemer for betongbygninger over hele verden. Mangelen på andre alternative armeringsmaterialer har ofte ført til misbruk av armeringsstenger av stål i betongstrukturer.

Som nevnt ovenfor er armeringsstenger av komposittmateriale kjent fra før og er brukt til en viss, begrenset grad. Slike kjente stenger hemmes imidlertid av en vesentlig ulempe, nemlig at bindingen mellom produktets materiale (betong) og den styrkende stangen (FRP-stangen) varierer gjennom stangens lengde. Det faktum at tradisjonelle stenger utformes med sirkulært tverrsnitt gjør det også vanskelig å gi overflaten den nødvendige ruheten. 1 søkerens egen WO 03/050364 er det beskrevet en armerende komposittstang hvor stangen er av rektangulær eller fortrinnsvis kvadratisk form med avrundede hjørner, og hvor stangen under produksjonsprosessen er forsynt med et overflatemønster med mange forsenkninger, fordypninger eller uthulninger formet i en tekstur.

Med den foreliggende oppfinnelsen er det frembrakt en armeringsstang av komposittmateriale med ypperlige bindkraftegenskaper og den nødvendige overflateruheten er frembrakt på en enkel og billig måte.

Oppfinnelsen er karakterisert ved at overflaten av armeringsstangen etter at den er herdet eller stort sett er herdet forsynes med eller overtrekkes med et resin eller lim på en slik måte at det frembringes eller preges et mønster i form av mange fremspring i limet på overflaten av stangen ved hjelp av et verktøy med furer eller fordypninger som svarer til den ønskede formen av fremspringene, og som presses mot overflaten av stangen inntil limet er herdet eller stort sett herdet, som definert i de medfølgende selvstendige patentkravene 1 og 5.

De avhengige patentkravene 2 - 5 og 7 - 9 definerer foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen beskrives videre nedenfor ved hjelp av eksempler og med henvisning til illustrasjonene, hvor

Fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av en apparatur som kan brukes til å

produsere en armeringsstang i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, Fig. 2 viser et eksempel, delvis i perspektiv, på et verktøyselement i henhold til den foreliggende oppfinnelsen som brukes til å lage mønsteret på overflaten av armeringsstangen, Fig. 3 a, b viser et eksempel i større skala på et verktøy i henhold til den foreliggende oppfinnelsen med segmenter som er ment å skulle befinne seg på kontinuerlige bånd som vist på fig. 1, hvor fig. 3 a viser et segment et stykke fra stangen og fig. 3 b viser segmentene i kontakt med stangen,

Fig. 4 er en tredimensjonal skisse av segmentene på fig. 3,

Fig. 5 er en tredimensjonal skisse av en alternativ utforming av stengene med

rektangulær, flat form, hvor det brukes alternative segmenter.

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg som nevnt om en fremgangsmåte for produksjon av armeringsstenger 8 av komposittmateriale, som spesielt er ment å skulle brukes til å armere og forsterke betong. Armeringsstangen 8, som fortrinnsvis er av rektangulær eller kvadratisk form, kan formes i en formingsprosess ved profiltrekking, stangpressing eller støping, eller en kombinasjon av disse, av kontinuerlig fiber og matrise (resin) i en prosess med en enkelt prosesslinje eller i kombinasjon med en prosess i en annen linje, som vist på fig. 1, hvor stangen lages av fiber 2, som trekkes gjennom en enhet 1 hvor matrisematerialet pålegges, og videre gjennom en forme- og varmeenhet 3 og enhet 4, som har oppvarmingsmidler (ikke ytterligere fremstilt på figuren) hvor stangen 8 formes, herdes eller delvis herdes. Stangen lages fortrinnsvis i formeprosessen på kontinuerlig basis med minst 50 vektprosent armeringsfiber og med en matrise (resinblanding) som impregneres i fibrene med et bad, ved sprayinjeksjon eller trykk. Temperaturen inne i enheten 3 skal være mellom 90 og 250 <&>C, mens den skal være 120 og 250 <S>C inne i enheten 4.

Overflaten av armeringsstangen 8 blir etter at den er herdet eller stort sett herdet, forsynt med eller overtrukket med et resin eller lim slik at det frembringes eller preges et mønster i form av mange fremspring i limet på overflaten av stangen 8 ved hjelp av et verktøy 5, som vist på fig. 2, med furer eller fordypninger 6 som tilsvarer den ønskede formen til fremspringene. Det er av avgjørende betydning at verktøyet 5 presses mot overflaten av armeringsstangen inntil limet er herdet eller stort sett herdet.

Verktøyet som er vist på fig. 2 kan befinne seg på kontinuerlige bånd 9, i en prege-og varmeenhet 4 (se fig. 1) på hver side av armeringsstangen som er i ferd med å lages, slik at armeringsstangen trekkes mellom båndene 9 og verktøyene 5 presses mot overflaten av stangen 8 ved hjelp av båndene.

Fortrinnsvis kan verktøyene 5 når de befinner seg på kontinuerlige bånd 9 være i form av individuelle segmenter 7, som vist på fig. 3 a, b og fig. 4 og fig. 5, laget av aluminium eller andre metaller, spesielle høytemperaturresistente polymermaterialer eller keramiske materialer. Verktøyene 5 blir som nevnt ovenfor presset mot overflaten av stangen inntil limet eller resinet er herdet, og verktøyet blir så fjernet eller trukket ut fra stangen. For å redusere klebing eller unngå at verktøyet kleber seg til overflaten av armeringsstangen etter at limet er herdet, kan overflaten av verktøyet forsynes med et ikke-klebende overtrekk som for eksempel Teflon<®.>

Som vist på fig. 3 kan man lage segmentene 7 i form av vinkelformede elementer med de nødvendige eller ønskede mønstrene på hver av armene 10, 11 til elementet. De to elementene 7 kan begge foreligge på diametralt anbrakte bånd 9, slik at elementene tvinges mot overflaten av armeringsstangen 8 når de skal lage mønsteret på armeringsstangen.

Et alternativ kan være å ha limet på overflaten av verktøyet 5 fra begynnelsen, slik at limet overføres til overflaten av armeringsstangen 8 og mønsteret dannes i én operasjon ved å presse verktøyet mot armeringsstangen.

Det må imidlertid understrekes at mønsteret som dannes på en armeringsstang som beskrevet ovenfor, ved at man først har et resin på overflaten og så danner mønsteret med et presseverktøy mot overflaten av stangen, bare er et alternativ. Mønsteret kan like gjerne dannes under den avsluttende formingen av stangen i seg selv, uten å bruke ekstra resin, for eksempel ved å presse et verktøy mot overflaten mens stangen herdes, for eksempel i en felles herde- og pregeenhet 3,4.

Fig. 5 viser en tredimensjonal skisse av en alternativ utforming av stenger med rektangulær, flat form, hvor det brukes alternative segmenter i form av flate elementer som bare presses mot over- og underflatene av stangen (bare fra to sider).

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å produsere armeringsstenger (8) av komposittmateriale, spesielt med henblikk på å bruke dem til å armere betong, hvor armeringsstangen, som fortrinnsvis har rektangulær eller kvadratisk form, kan dannes i en formeprosess ved profiltrekking, stangpressing eller støping, eller en kombinasjon av disse, av kontinuerlig fiber og matrise (resin) i en prosess med en enkelt prosesslinje eller i kombinasjon med en prosess i en annen linje, og hvor stangen lages i formeprosessen med minst 50 vektprosent armeringsfiber og en matrise som impregneres i fibrene i et bad, ved sprayinjeksjon eller trykk, karakterisert ved at overflaten av armeringsstangen (8) etter at den er herdet eller stort sett herdet, forsynes med eller overtrekkes med et resin eller lim, slik at det dannes eller preges et mønster i form av mange fremspring på overflaten av stangen (8) ved hjelp av et verktøy (5) med furer eller fordypninger (6) som svarer til den ønskede formen av fremspringene, og som presses mot overflaten av stangen til limet er herdet eller stort sett herdet.

2. En fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at resinet eller limet er en rest som ikke er fullstendig herdet på overflaten av stangen etter formingen.

3. En fremgangsmåte i henhold til krav 1 og 2, karakterisert ved at verktøyet befinner seg på kontinuerlige bånd (9) på hver side av armeringsstangen (8) som er i ferd med å produseres, slik at armeringsjemet trekkes mellom båndene (9) og verktøyene (5) presses mot overflaten av stangen (8) ved hjelp av båndene.

4. En fremgangsmåte i henhold til krav 1 og 3, karakterisert ved at verktøyene foreligger i form av individuelle segmenter (7) som befinner seg på det kontinuerlige båndet (9).

5. En fremgangsmåte i henhold til krav 1 - 4, karakterisert ved at limet først påføres overflaten av verktøyet, hvorved det overføres til overflaten av armeringsstangen og mønsteret dannes i én operasjon ved å presse verktøyet mot armeringsstangen.

6. Utstyr for produksjon av armeringsstenger (8) av komposittmateriale, spesielt med henblikk på å bruke dem til å armere betong, hvor armeringsstangen, som fortrinnsvis har rektangulær eller kvadratisk form, kan dannes i en formeprosess ved profiltrekking, stangpressing eller støping, eller en kombinasjon av disse, av kontinuerlig fiber og matrise (resin) i en prosess med en enkelt prosesslinje eller i kombinasjon med en prosess i en annen linje og hvor stangen lages i formeprosessen med minst 50 vektprosent armeringsfiber og en matrise som impregneres i fibrene i et bad, ved sprayinjeksjon eller trykk, karakterisert ved at overflaten av armeringsstangen (8) etter at den er herdet eller stort sett herdet, er forsynt med eller overtrukket med et resin eller lim, hvoretter det er dannet eller preget et mønster i form av mange fremspring på overflaten av stangen (8) ved hjelp av et verktøy (5) med furer eller fordypninger (6) som svarer til den ønskede formen av fremspringene, og som er presset mot overflaten av stangen til limet er herdet eller stort sett herdet.

7. Utstyr i henhold til krav 5, karakterisert ved at verktøyet er anordnet på kontinuerlige bånd (9) på hver side av armeringsstangen (8) som produseres, slik at armeringsjernet er innrettet til å trekkes mellom båndene (9) og verktøyene (5) er innrettet til å presses mot overflaten av stangen (8) ved hjelp av båndene.

8. Utstyr i henhold til krav 5 og 6, karakterisert ved at verktøyene er i form av individuelle segmenter (7) som befinner seg på det kontinuerlige båndet (9).

9. Utstyr i henhold til krav 5 og 6, karakterisert ved at segmentene (7) er i form av vinkelformede elementer som alle har armer (10, 11) som verktøyssegmentene (5) befinner seg på.