TWI623672B - Composite pipe for supporting structure and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

一種用於支撐結構的複合管：包含一具有凹凸內表面的內管體及一包覆於該內管體外表面的外殼，該外殼包括一以纖維線為主體纏繞形成的纖維結構層。

Description

用於支撐結構的複合管及其製法
本發明是有關於一種用於支撐結構的管材，特別是指一種用於支撐結構的複合管及其製法。
一般建築物使用的支撐結構通常由金屬材料製成，然而金屬材料具有易鏽蝕且單位體積重量高的缺點。因而有些替代材料逐漸被開發出來，例如美國專利第US6189286號公開一種纖維強化的複合材料結構構件，該構件包含一由聚合物及埋設在聚合物內的纖維共同形成的外殼及一由在該外殼內固化的混凝土形成的混凝土芯，能夠具有質量輕且不易腐蝕的優點。該外殼主要由纖維線纏繞而成，其製作方法是先將纖維線附著有聚合物黏合劑，再將纖維線纏繞於一心軸上且以相對於該心軸的軸向相交一個或多個預定的角度有規則地纏繞，例如與該軸向呈10度和90度分層纏繞，纏繞出一定厚度且待黏合劑固化後，即可形成該外殼。該外殼需要與該心軸分離後才能呈中空管狀以容置混凝土。
由於該外殼的內表面以設有肋的凸出結構較佳，如此才能使外殼與該混凝土芯形成機械結合互鎖的機 構，使該外殼與該混凝土芯不易分離。但是，要在該外殼的內表面形成凸出結構，所使用的心軸表面也會有對應的凹凸結構，才能將該心軸表面的凹凸結構轉寫至該外殼的內表面，然而如此製作方法會使得該外殼成形後不易與該心軸分離。
再者，纖維線必須與該心軸呈一定角度(不能為0度)才能纏繞在心軸上，所以纖維線無法沿該心軸的軸向設置，對於加強軸向勁度仍有不足。
因此，本發明之一目的，即在提供一種容易移除心軸的用於支撐結構的複合管及其製法。
本發明的另一目的，在於提供一種可以纏繞設置軸向纖維線的用於支撐結構的複合管及其製法。
於是本發明用於支撐結構的複合管：包含一具有凹凸內表面的內管體及一包覆於該內管體外表面的外殼，該外殼包括一以纖維線為主體纏繞形成的纖維結構層。
本發明所述的用於支撐結構的複合管，其中該纖維結構層的至少一部分纖維線沿該內管體的軸向設置。
本發明所述的用於支撐結構的複合管，其中該內管體的兩個端緣分別形成有多個沿對應端緣間隔設置的凸出部以供所述纖維線纏繞而能沿該內管體的軸向設置。
本發明所述的用於支撐結構的複合管，其中該內管體的內、外表面都具有凹凸紋路，且該外殼還包括一填補該內管體外表面的凹處的填充層，而使該填充層介於 該內管體與該纖維結構層之間。
本發明所述的用於支撐結構的複合管，其中形成該纖維結構層的纖維線結合有樹脂材料以使該纖維結構層固結為一體。
本發明用於支撐結構的複合管的製法，步驟包含：製備一具有凹凸內表面的內管體；將浸附有未固化的樹脂材料的纖維線有規則地纏繞於該內管體上以包覆該內管體的外表面；及待所述樹脂材料固化而與所述纖維線共同形成一纖維結構層。
本發明所述的用於支撐結構的複合管的製法，其中該內管體的兩個端緣分別形成有多個沿對應端緣間隔設置的凸出部，且其中至少一部分纖維線利用來回纏繞位於該內管體的兩個端緣的凸出部而沿該內管體的軸向設置。
本發明所述的用於支撐結構的複合管的製法，其中該內管體的內、外表面都具有環繞該內管體的軸心設置的凹凸紋路，且所述纖維線纏繞時先將該內管體外表面的凹處填滿。
本發明所述的用於支撐結構的複合管的製法，其中該內管體的內、外表面都具有環繞該內管體的軸心設置的凹凸紋路，且在纏繞所述纖維線前，先填補該內管體外表面的凹處形成一填充層，再纏繞所述纖維線。
本發明之功效，本發明用於支撐結構的複合管能夠解決移除心軸的問題，容易製造，節省成本。進一步地，可以利用凸出部使纖維線能夠沿該軸向設置，從而能夠加強複合管在軸向的勁度，能減少軸向與橫向鋼筋的用量，以降低施工的難度，及增加混凝土抗壓強度。
100‧‧‧複合管
3‧‧‧心軸
1‧‧‧內管體
31‧‧‧連接桿
11‧‧‧內表面
32‧‧‧端面
12‧‧‧外表面
4‧‧‧治具
13‧‧‧端緣
41‧‧‧本體
14‧‧‧凸出部
411‧‧‧中心孔
2‧‧‧外殼
412‧‧‧螺栓孔
21‧‧‧纖維結構層
42‧‧‧止滑層
211‧‧‧纖維線
A‧‧‧軸向
22‧‧‧填充層
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明用於支撐結構的複合管的一實施例；圖2是一截面示意圖，說明該實施例的結構；圖3是一立體圖，說明該實施例的一內管體；圖4是一立體圖，說明該實施例的內管體的凸出部；圖5是一立體圖，說明該實施例的內管體；圖6是一立體圖，說明該實施例的內管體的另一實施態樣；圖7是一立體圖，說明該實施例的內管體的凸出部的另一實施態樣；圖8是圖7的局部放大圖；圖9是一示意圖，說明該實施例的內管體的徑向截面形狀的一實施態樣；圖10是一示意圖，說明該實施例的內管體的徑向截面形狀的另一實施態樣；圖11是一立體圖，說明該實施例的纖維線纏繞方式； 圖12是一立體圖，說明該實施例的纖維線沿軸向纏繞；及圖13是一示意圖，說明該實施例所使用的治具。
參閱圖1與圖2，本發明用於支撐結構的複合管100的一實施例包含一具有凹凸內表面11的內管體1及一包覆於該內管體1外表面12的外殼2。該外殼2包括一以纖維線211為主體纏繞形成的纖維結構層21及一填補該內管體1外表面12的凹處的填充層22。在本實施例中，該纖維結構層21的纖維線211其中一部分沿該內管體1的軸向A設置、一部分垂直該軸向A設置、一部分與該軸向A夾一角度斜向纏繞，纖維線211相對於該軸向A纏繞的角度及纏繞的厚度視該複合管100所需的支撐強度而調整。
以下配合製法具體說明本實施例：
參閱圖3至圖5，製備一具有凹凸內表面11的內管體1，該內管體1的兩個端緣13分別形成有多個沿對應端緣13間隔設置的凸出部14。在本實施例中，該內管體1為一皺摺的管體，在其內、外表面11、12都具有環繞該內管體1的軸心A設置的凹凸紋路，也就是內、外表面11、12互為凹凸，在該內表面11的凸處為在該外表面12的凹處，而在該內表面11的凹處為在該外表面12的凸處。該等凸出部14如齒狀排列於該等端緣13並由對應的端緣13沿該軸向A往外延伸，且兩端的凸出部14相對稱。在本實施例中，該內管體1外表面12的凹處進一步填補樹脂形成 一填充層22(見圖2)，以將該外表面12填平。該填充層22並不限於以樹脂形成，也可以例如用預浸樹脂的纖維布包覆形成，或者亦可不使用填充層22，而直接以纖維線211(見圖11)纏繞填滿即可。此外，如圖6所示，該內管體1也可只有內表面11為凹凸表面，而外表面12為平整表面。另參閱圖7與圖8，該等凸出部14也可以是由對應的端緣13沿徑向往外延伸。參閱圖9與圖10，該內管體1並不限於徑向截面為圓形的管體，也可以如圖9所示為四邊形或如圖10所示為五邊形等的多邊形管體。該內管體1可以由金屬材料，例如鐵、鋼、鍍鋅鋼、鋁合金等，或塑膠材料製成。
參閱圖11與圖12，將該內管體1設置於一纏繞機(未圖示)的心軸3上，使該內管體1可以藉由該心軸3帶動而繞該軸心A轉動。其中，該內管體1可以利用治具4(見圖13)固定在該心軸3上，治具4可舉例如以外徑大致與該內管體1的內徑相配合的金屬盤為本體41且於該本體41外周包覆一止滑層42，在該本體41上形成一用以穿入該心軸3一端的連接桿31的中心孔411及多個用以穿入螺栓(未圖示)的螺栓孔412。當該心軸3穿入該內管體1後，再將兩個治具4分別由該心軸3兩端置入該內管體1的兩端口內，治具4的中心孔411可供心軸3的連接桿31穿入而使本體41可以抵靠於該心軸3的端面32，並利用螺栓將治具4與心軸3鎖接固定。而且治具4與該內管體1緊配合固定，並利用止滑層42增加摩擦力，使該內管體1通過 所述治具4能由該心軸3帶動而轉動。
再將浸附有未固化的樹脂材料(未示出)的纖維線211有規則地纏繞於該內管體1上以包覆該內管體1的外表面12。如前所述，若該內管體1的外表面12具有凹紋且未填補時，可使纖維線211先纏繞凹處以將凹處填滿，再依據設定的纏繞角度，即相對於該軸向A的角度，規則地纏繞。若該內管體1的外表面12本身為平整表面或已填補填充層22，即可將纖維線211依據設定的纏繞角度規則地纏繞。其中至少一部分纖維線211利用來回纏繞位於該內管體1的兩個端緣13的凸出部14而沿該內管體1的軸向A設置。纖維線211的纏繞方式可利用現有的纏繞成型法技藝來設計及實施，當然，若不需要沿軸向A設置纖維線211也可以實施，而且若不使纖維線211沿軸向A設置時，可以使用沒有凸出部14的內管體(未圖示)。將纖維線211纏繞出預定厚度後，待所述樹脂材料固化而與所述纖維線211共同形成一纖維結構層21，也就是說，形成該纖維結構層21的纖維線211結合有樹脂材料以使該纖維結構層21固結為一體。纖維線211的材料可例如碳纖維、玻璃纖維等，樹脂材料以熱固性樹脂較佳。
當該纖維結構層21固結形成後即形成該外殼2結構並完成該複合管1的製作，移除治具4後，即可將該複合管100與該心軸3分離。由於該內管體1與該心軸3之間不會有樹脂材料黏結的問題，而容易將兩者分離，而且該心軸3不會被破壞，能夠重複使用，減少成本。
該複合管100可用於建築物的支撐結構，其中空處可以填充例如混凝土的填充材料以增加整體的支撐強度，藉由該內管體1的凹凸內表面11可以與填充材料產生良好的機械結合及力量傳遞。該外殼2的填充層22填滿該內管體1外表面12的凹處或由該纖維結構層21直接填滿凹處，可使該纖維結構層21與該內管體1之間沒有空隙以確保該內管體1與該纖維結構層21之間的力量傳遞不會有障礙。
值得一提的是，在本實施例中，利用該等凸出部14可使纖維線211能夠沿該軸向A設置，如此能夠加強該複合管100在軸向A的勁度，即能減少軸向鋼筋的用量，而且纖維線211也有多種角度的纏繞而能夠減少橫向鋼筋的用量，從而降低施工的難度，及增加混凝土抗壓強度。
綜上所述，本發明用於支撐結構的複合管100能夠解決移除心軸3的問題，容易製造，節省成本。進一步地，可以利用凸出部14使纖維線211能夠沿該軸向A設置，從而能夠加強複合管100在軸向A的勁度，能夠減少軸向及橫向鋼筋的用量，以降低施工的難度，及增加混凝土抗壓強度。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (9)

  1. 一種用於支撐結構的複合管，包含：一具有凹凸內表面的內管體；及一包覆於該內管體外表面的外殼，該外殼包括一以纖維線為主體纏繞形成的纖維結構層。
  2. 如請求項1所述的用於支撐結構的複合管，其中，該纖維結構層的至少一部分纖維線沿該內管體的軸向設置。
  3. 如請求項2所述的用於支撐結構的複合管，其中，該內管體的兩個端緣分別形成有多個沿對應端緣間隔設置的凸出部以供所述纖維線纏繞而能沿該內管體的軸向設置。
  4. 如請求項1所述的用於支撐結構的複合管，其中，該內管體的內、外表面都具有凹凸紋路，且該外殼還包括一填補該內管體外表面的凹處的填充層，而使該填充層介於該內管體與該纖維結構層之間。
  5. 如請求項4所述的用於支撐結構的複合管，其中，形成該纖維結構層的纖維線結合有樹脂材料以使該纖維結構層固結為一體。
  6. 一種用於支撐結構的複合管的製法，步驟包含：製備一具有凹凸內表面的內管體；將浸附有未固化的樹脂材料的纖維線有規則地纏繞於該內管體上以包覆該內管體的外表面；及待所述樹脂材料固化而與所述纖維線共同形成一纖維結構層。
  7. 如請求項6所述的用於支撐結構的複合管的製法，其中，該內管體的兩個端緣分別形成有多個沿對應端緣間隔設置的凸出部，且其中至少一部分纖維線利用來回纏繞位於該內管體的兩個端緣的凸出部而沿該內管體的軸向設置。
  8. 如請求項6或7所述的用於支撐結構的複合管的製法，其中，該內管體的內、外表面都具有環繞該內管體的軸心設置的凹凸紋路，且所述纖維線纏繞時先將該內管體外表面的凹處填滿。
  9. 如請求項6或7所述的用於支撐結構的複合管的製法，其中，該內管體的內、外表面都具有環繞該內管體的軸心設置的凹凸紋路，且在纏繞所述纖維線前，先填補該內管體外表面的凹處形成一填充層，再纏繞所述纖維線。
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