用于制備復(fù)合型frp筋的制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種復(fù)合型纖維增強(qiáng)聚合物（FR巧筋及其制備工藝和制備裝置， 尤其是一種±木工程用FRP筋的制備工藝和制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼筋作為重要的建筑材料，在結(jié)構(gòu)工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，大量的工程實(shí) 踐表明，化冰鹽的使用、惡劣的氣候條件W及其他因素容易引起鋼筋和鋼絞線誘蝕，導(dǎo)致混 凝±結(jié)構(gòu)耐久性下降。纖維增強(qiáng)聚合物（FiberRein化reedPolymer,簡稱FR巧筋具有輕 質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、低松弛和抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，WFRP筋作為縱筋、腹筋或預(yù)應(yīng)力筋用于 混凝±結(jié)構(gòu)中，能提高混凝±結(jié)構(gòu)的耐久性，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
[0003]FRP筋由具有抗拉作用的纖維和具有粘結(jié)作用的聚合物基體兩部分組成，屬于各 向異性材料，抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其抗拉強(qiáng)度。雖然FRP筋具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)勢，但在 實(shí)際使用中仍出現(xiàn)了一些問題。例如，F(xiàn)RP筋中的碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFR巧筋成本過高且 延伸率低，難W大范圍應(yīng)用，而成本較低的玻璃纖維增強(qiáng)聚合物（GFR巧筋彈性模量小，使 用GFRP筋的混凝±構(gòu)件的剛度較低，易產(chǎn)生由于裂縫和變形過大而引起損壞；另外，F(xiàn)RP筋 的抗剪強(qiáng)度較低，在高拉應(yīng)力狀態(tài)下，易發(fā)生脆性的剪切破壞。
[0004] 為改善FRP筋的缺陷，國內(nèi)外已進(jìn)行了相關(guān)研究，現(xiàn)有的觀點(diǎn)是在FRP材料內(nèi)部添 加鋼絲、鋼筋能鋼材，形成復(fù)合型的FRP筋，但是現(xiàn)有技術(shù)中無法根據(jù)彈性模量的設(shè)計(jì)要求 進(jìn)行產(chǎn)品混雜比設(shè)計(jì)，更缺乏工業(yè)化生產(chǎn)方法和裝置。 陽0化]為了解決W上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種復(fù)合型FRP筋，同時(shí)本實(shí) 用新型還提供復(fù)合型FRP筋的制備工藝和用于制備復(fù)合型FRP筋的制備裝置。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：復(fù)合型FRP筋，包括FRP筋W及設(shè)于FRP筋中屯、的鋼絞線，所述FRP筋中的纖維束與熱固性樹脂基體的體積比為 2:1~3:1，所述鋼絞線的體積率符合公式：Eh= (1-ajEf+Pa正S，其中Eh為復(fù)合型FRP筋 設(shè)定的彈性模量，Ef為FRP筋的彈性模量，P為協(xié)同工作系數(shù)且0.5 <P<0.9,aS為鋼 絞線體積率，氏為鋼絞線的彈性模量。
[0008] 優(yōu)選的，所述鋼絞線采用標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為1720Mpa且彈性模量為196G化的鍛鋒鋼 絞線，所述纖維束采用E-玻璃纖維，所述熱固性樹脂基體采用乙締基醋樹脂，P=0.6。
[0009] 優(yōu)選的，所述鋼絞線的體積率為14%~40%。
[0010] 本實(shí)用新型復(fù)合型FRP筋，在FRP筋中增加鋼絞線，大大增強(qiáng)了筋材的彈性模量， 鋼絞線的體積率符合公式：Eh= (1-ajEf+Pa正S，通過有限次的實(shí)驗(yàn)擬合確定P的值，在 此基礎(chǔ)上，不同彈性模量要求的復(fù)合型FRP筋，均可W根據(jù)上述公式確定鋼絞線的體積率， 從而得出確定混雜比的復(fù)合型FRP筋，與現(xiàn)有盲目加工相比，能夠防止次品出現(xiàn)，大大提高 工作效率，并且減少鋼絞線的浪費(fèi)。
[0011] 更進(jìn)一步的，對于采用標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為1720Mpa且彈性模量為196G化的鍛鋒鋼絞 線、E-玻璃纖維化及采用乙締基醋樹脂的熱固性樹脂基體，P=0.6,實(shí)踐表明，鋼絞線的 體積率為14%~40%即可符合通常的彈性模量的使用要求。
[0012] 用于制備復(fù)合型FRP筋的制備裝置，包括沿復(fù)合FRP筋傳送方向依次設(shè)置的紗架、 浸膠槽、穿紗板、成型模具、繞線軸、加熱通道W及牽引機(jī)，所述紗架包括纖維束固定架W及 鋼絞線固定架。
[0013] 優(yōu)選的，所述加熱通道包括低溫固化通道、高溫固化通道和成型烘干通道。
[0014] 本實(shí)用新型的用于制備復(fù)合型FRP筋的制備裝置，紗架包括纖維束固定架W及鋼 絞線固定架，目的是將鋼絞線和纖維束分開，防止鋼絞線磨損纖維束。
[0015] 進(jìn)一步的，復(fù)合型FRP筋經(jīng)繞線軸的纏繞成為帶肋復(fù)合型FRP筋，先后進(jìn)入低溫固 化通道、高溫固化通道、成型烘干通道進(jìn)行低溫固化反應(yīng)、高溫固化反應(yīng)和烘干成型，熱固 性樹脂基體中混有低溫交聯(lián)反應(yīng)引發(fā)劑和高溫交聯(lián)反應(yīng)引發(fā)劑，由于在低溫固化通道中固 化緩慢，熱固性樹脂基體內(nèi)外固化的差異比較小，經(jīng)過一定程度固化的熱固性基體進(jìn)入高 溫固化通道中進(jìn)行快速固化，然后在成型烘干通道中烘干；與現(xiàn)有的纏繞成為帶肋后直接 進(jìn)行高溫固化通道進(jìn)行固化的方式相比，本方案的加熱通道提高了固化的均勻程度，進(jìn)一 步提高了產(chǎn)品的性能。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中復(fù)合型FRP筋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中復(fù)合型FRP筋制備裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[001引圖中：1、FRP筋；2、鋼絞線；3、紗架；4、纖維束；5、浸膠槽；6、穿紗板；7、成型模具； 8、繞線軸；9、加熱通道；10、牽引機(jī)；301、纖維束固定架；302、鋼絞線固定架；901、低溫固化 通道；902、高溫固化通道；903、成型烘干通道。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面通過【具體實(shí)施方式】，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0020] 復(fù)合型FRP筋的實(shí)施例，如圖1所示，包括FRP筋1化及設(shè)于FRP筋1中屯、的鋼絞 線2,FRP筋1的纖維束與熱固性樹脂基體的體積比為2. 4:1，鋼絞線的體積率符合公式：Eh =(l-c〇Ef+ea正S，其中Eh為復(fù)合型FRP筋設(shè)定的彈性模量（MPa)，E巧FRP筋的彈性模 量，P為協(xié)同工作系數(shù)且〇.5<P<0.9,Qs為鋼絞線體積率，E,為鋼絞線的彈性模量， 本實(shí)施例中P= 0. 6,鋼絞線采用標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為1720Mpa且彈性模量為196G化的鍛鋒鋼 絞線，纖維束采用4800TEX的E-玻璃纖維，熱固性樹脂基體采用乙締基醋樹脂，鋼絞線的體 積率為14. 05%。
[0021] 需要說明的是，公式中引入P值的原因是是考慮"剪切滯后"效應(yīng)的影響，鋼絞線 與FRP筋并不能完全的協(xié)同工作，在復(fù)合材料性能計(jì)算準(zhǔn)則中需要引入系數(shù)反映鋼絞線與 FRP筋協(xié)同工作的程度；0值需要多次試驗(yàn)擬合確定，方法是在FRP筋中加入不同體積率的 鋼絞線，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別確定公式中其他各個(gè)量的數(shù)值，然后通過公式計(jì)算并擬合出0 值。
[0022] 為了驗(yàn)證新型復(fù)合型FRP筋的力學(xué)性能、鋼絞線體積率與彈性模量的關(guān)系，鄭州 大學(xué)新型建材與結(jié)構(gòu)研究中屯、根據(jù)研發(fā)的生產(chǎn)設(shè)備及力學(xué)性能的要求，生產(chǎn)了一批直徑為 16mm的鋼絞線-GFRP復(fù)合筋。其中，纖維束和熱固性樹脂基體的體積比為2. 4 :1 ;鋼絞線體 積率分別采用0 %、14. 05 %、20. 15 %和27. 30 %，并置于筋材忍部。每種鋼絞線體積率的筋 材均制作了 5根抗拉試件并進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，通過上述公式計(jì)算其彈性模量，并與試驗(yàn)值 對比，結(jié)果見表1。
[0023] 表1鋼絞線-GFRP筋抗拉試驗(yàn)結(jié)果
[0024]
[00巧]由表1可W看出，在普通的玻璃纖維增強(qiáng)聚合物（GFR巧筋中加入鋼絞線后，鋼 絞線體積率為14. 05%、20. 15%和27. 30%時(shí)，彈性模量分別提高了 26. 02%、34. 54%和 47. 33%，但抗拉強(qiáng)度并無明顯變化。采用上述公式，知道P值之后根據(jù)鋼絞線的體積率能 夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測其彈性模量值，或者預(yù)設(shè)彈性模量值后可W得出鋼絞線的體積率，便于 復(fù)合型FRP筋的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。
[00%] 在復(fù)合型FRP筋的其他實(shí)施例中，與上述實(shí)施例不同的是纖維束與熱固性樹脂基 體的體積比為2:1或3:1 ;在復(fù)合型FRP筋的其他實(shí)施例中，與上述實(shí)施例不同的是鋼絞線 的體積率還可W為14 %、20. 15 %、27. 30 %或40 %;在復(fù)合型FRP筋的其他實(shí)施例中，與上 述實(shí)施例不同的是，所述纖維束還可W采用碳纖維、芳絕纖維、玻璃纖維或玄武巖纖維等。
[0027] 用于制備復(fù)合型FRP筋的制備裝置的實(shí)施例，如圖2所示，包括沿復(fù)合FRP筋傳送 方向依次設(shè)置的紗架3、浸膠槽5、穿紗板6、成型模具7、繞線軸8、加熱通道9W及牽引機(jī) 10,紗架3包括纖維束固定架301W及鋼絞線固定架302。本實(shí)施例的用于制備復(fù)合型FRP 筋的制備裝置，紗架包括纖維束固定架W及鋼絞線固定架，目的是將鋼絞線和纖維束分開， 防止鋼絞線磨損纖維束。
[0028] 需要指出的是，該復(fù)合型FRP筋制備裝置的加熱通道9包括沿復(fù)合型FRP筋傳送 方向依次設(shè)置的低溫固化通道901、高溫固化通道902和成型烘干通道903。復(fù)合型FRP筋 經(jīng)繞線軸7的纏繞成為帶肋復(fù)合型FRP筋，先后進(jìn)入低溫固化通道901、高溫固化通道902、 成型烘干通道903進(jìn)行低溫固化反應(yīng)、高溫固化反應(yīng)和烘干成型，熱固性樹脂基體中混有 低溫交聯(lián)反應(yīng)引發(fā)劑和高溫交聯(lián)反應(yīng)引發(fā)劑，由于在低溫固化通道中固化緩慢，熱固性樹 脂基體內(nèi)外固化的差異比較小，經(jīng)過一定程度固化的熱固性基體進(jìn)入高溫固化通道中進(jìn)行 快速固化，然后在成型烘干通道中烘干；與現(xiàn)有的纏繞成為帶肋后直接進(jìn)行高溫固化通道 進(jìn)行固化的方式相比，本方案的加熱通道提高了固化的均勻程度，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的性 能。
[0029] 最后應(yīng)當(dāng)說明的是：W上實(shí)施例僅用W說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對其限 審IJ;盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解：依然可W對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替 換；而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請求保護(hù)的技術(shù)方案 范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用于制備復(fù)合型FRP筋的制備裝置，其特征在于：包括沿復(fù)合FRP筋傳送方向依次 設(shè)置的紗架、浸膠槽、穿紗板、成型模具、繞線軸、加熱通道以及牽引機(jī)，所述紗架包括纖維 束固定架以及鋼絞線固定架。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備復(fù)合型FRP筋的制備裝置，其特征在于：所述加熱 通道包括低溫固化通道、高溫固化通道和成型烘干通道。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供用于制備復(fù)合型FRP筋的制備裝置，包括沿復(fù)合FRP筋傳送方向依次設(shè)置的紗架、浸膠槽、穿紗板、成型模具、繞線軸、加熱通道以及牽引機(jī)，所述紗架包括纖維束固定架以及鋼絞線固定架。本實(shí)用新型的用于制備復(fù)合型FRP筋的制備裝置，紗架包括纖維束固定架以及鋼絞線固定架，目的是將鋼絞線和纖維束分開，防止鋼絞線磨損纖維束。
【IPC分類】B32B1/08, B32B15/082, E04C5/07, B29B15/10, B32B15/18, B32B27/04, B32B27/30
【公開號】CN204826415
【申請?zhí)枴緾N201520348952
【發(fā)明人】高丹盈, 房棟, 張普, 莫飛, 龐育陽
【申請人】鄭州大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年5月27日