專(zhuān)利名稱(chēng)：形成為卷以便運(yùn)輸?shù)睦w維加強(qiáng)的加強(qiáng)筋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于纖維加強(qiáng)的加強(qiáng)條材或“加強(qiáng)筋”的制造的方法。
如在此使用的術(shù)語(yǔ)“加強(qiáng)筋”意圖包括空心的條材和桿，即管材。外表面優(yōu)選地但不是必要地為圓形橫截面。桿可以為任何長(zhǎng)度，包括相對(duì)短的元件，使得它們有時(shí)稱(chēng)為“螺栓，，。
背景技術(shù)：
在建筑、海洋、采礦和其它行業(yè)中的纖維加強(qiáng)塑料(FRP)桿的使用一直在增加。這是因?yàn)镕RP具有許多益處，諸如不被(化學(xué)或鹽水)腐蝕，非金屬(或非磁性)且不傳導(dǎo)性， 鋼加強(qiáng)桿的大約2到3倍抗張強(qiáng)度和1/4重量，與鋼桿相比具有與混凝土或巖石更相容的熱膨脹系數(shù)。大多數(shù)條材經(jīng)常通過(guò)拉擠工藝而生產(chǎn)并且具有線(xiàn)性的或一致的輪廓。常規(guī)拉擠工藝包括從加強(qiáng)材料源拉伸一束加強(qiáng)材料(例如纖維或纖維絲)；通過(guò)使加強(qiáng)材料穿過(guò)開(kāi)口槽中的樹(shù)脂浴池而潤(rùn)濕纖維并且浸透它們(優(yōu)選地借助可以熱凝結(jié)的聚合物樹(shù)脂)； 將被樹(shù)脂潤(rùn)濕且浸透的加強(qiáng)材料束拉動(dòng)通過(guò)成形模具，以對(duì)準(zhǔn)纖維束并且使其形成適當(dāng)?shù)臋M截面構(gòu)造；和在保持絲上保持張力時(shí)在模具中固化樹(shù)脂。因?yàn)槔w維完全前進(jìn)穿過(guò)拉擠工藝而不被切割或切碎，由此引起的產(chǎn)品通常沿縱向(即沿著纖維絲被拉動(dòng)的方向)具有特別高的抗張強(qiáng)度。授予Goldsworthy的美國(guó)專(zhuān)利No. 3，793，108 ；授予Fuwa的美國(guó)專(zhuān)利 No. 4，394，338 ；授予 Harvey 美國(guó)專(zhuān)利 No. 4，445，957 和授予 iTong 的美國(guó)專(zhuān)利 No. 5，174，844 中描述了示例性拉擠技術(shù)。
FRP —致輪廓或線(xiàn)性桿在許多工業(yè)應(yīng)用中提供多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。該桿是耐腐蝕的，并且具有高的抗張強(qiáng)度和減小的重量。在過(guò)去，螺紋鋼桿或螺栓已經(jīng)被廣泛用于工程實(shí)踐。然而， 使用灰泥灌漿的鋼螺栓的在瑞典的長(zhǎng)期觀察已經(jīng)顯示，灌漿材料的質(zhì)量不足目標(biāo)的50%， 并且更多螺栓受到嚴(yán)重的腐蝕(見(jiàn)參考文獻(xiàn)Hans K. Helfrich)。與鋼螺栓對(duì)比，F(xiàn)RP螺栓是耐腐蝕的，并且可以同時(shí)用于臨時(shí)支撐件和最終襯里，并且借助FRP巖石螺栓的單襯里隧道的建筑成本比借助傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)混凝土的隧道的建筑成本低33%到50% (見(jiàn)參考文獻(xiàn) Amberg Ingenieurburo AG, Zurich) 這種FRP巖石螺栓連接系統(tǒng)是耐用的并且在其整個(gè)壽命期間作為最終襯里的一部分支撐結(jié)構(gòu)。此外，由于它們的抗海水腐蝕特性，F(xiàn)RP螺栓和錨固件也被證明作為用于加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的水邊地(例如，海岸或離岸海提)中的良好的方案。通常，玻璃纖維桿/螺栓已經(jīng)是重要的物品，并且對(duì)于采礦和建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)將是更重要的產(chǎn)品。這些行業(yè)的重要需要是用于成本效益的提供長(zhǎng)期可靠性的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。由于復(fù)合加強(qiáng)筋將幾乎無(wú)限地持續(xù)，因此對(duì)這些行業(yè)來(lái)說(shuō)維修和維護(hù)中的節(jié)省將是重要的。
采礦行業(yè)需要用于采礦軸或隧道頂螺栓的復(fù)合桿。這些桿通常用手搬運(yùn)并且在采礦隧道中安裝在頭頂上，因此存在的益處是，玻璃纖維桿是目前廣泛使用的鋼加強(qiáng)筋重量的1/4以及強(qiáng)度的兩倍。玻璃纖維桿也不損壞采礦設(shè)備。在諸如橋梁、公路、海提和建筑結(jié)構(gòu)的建筑行業(yè)中，使用鋼加強(qiáng)筋的加強(qiáng)已經(jīng)被廣泛使用并且大多數(shù)鋼加強(qiáng)筋在多年的使用壽命之后已經(jīng)被腐蝕。典型地，具有鋼加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)經(jīng)常在一段時(shí)間之后被拆除。因此，近年來(lái)，對(duì)于建筑行業(yè)，耐腐蝕復(fù)合加強(qiáng)筋的使用已經(jīng)增加。
在許多工業(yè)應(yīng)用中，也需要非一致輪廓或非線(xiàn)性螺紋桿。例如，帶螺紋的FRP桿和相聯(lián)的螺母已經(jīng)用作采礦行業(yè)中的巖石螺栓連接系統(tǒng)(例如，用于隧道頂螺栓)，用作建筑行業(yè)中的螺紋加強(qiáng)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)(例如，在橋梁建筑中)，以及用作海上結(jié)構(gòu)中的海提螺栓連接系統(tǒng)。
來(lái)自現(xiàn)有制造技術(shù)的螺紋復(fù)合桿的結(jié)構(gòu)包括兩種類(lèi)型 (1)在外表面上具有機(jī)加工螺紋的拉擠桿；和 (2)拉擠桿，該拉擠桿具有纖維粗紗的芯，塑料材料被模制在芯的外部以形成螺紋。
在類(lèi)型(1)中，機(jī)加工復(fù)合加強(qiáng)筋表面在其充分彎曲之后的問(wèn)題是在一定深度的表面中的纖維被切成段。當(dāng)它們被切成短的長(zhǎng)度時(shí)，就喪失了纖維的高的抗張強(qiáng)度的益處。 螺紋的強(qiáng)度現(xiàn)在依賴(lài)于固化樹(shù)脂的剪切強(qiáng)度，該剪切強(qiáng)度比纖維的剪切強(qiáng)度小得多。因此， 該加強(qiáng)筋不能在張力下使用，這是由于加強(qiáng)筋的螺紋將從芯剪切。該加強(qiáng)筋使用特別設(shè)計(jì)的螺母，當(dāng)載荷放置在加強(qiáng)筋上時(shí)該螺母壓在該加強(qiáng)筋上以給予它保持強(qiáng)度。旋緊到加強(qiáng)筋上的螺母具有剛好足夠的阻力，以吸收螺母和螺紋表面之間的任何松弛。因此，在沒(méi)有預(yù)張力的情況下使用螺母。
在類(lèi)型O)中，加強(qiáng)筋具有玻璃纖維粗紗制成的芯和塑料模制的螺紋表面。這種加強(qiáng)筋僅僅能夠經(jīng)受少量的縱向載荷。這是因?yàn)橛赡Ｖ扑芰闲纬傻穆菁y缺少具有縱向強(qiáng)度的玻璃纖維加強(qiáng)。其它加強(qiáng)筋，諸如由Marshall Industries Composites Inc C-BAR 1996 在小冊(cè)子中示出的那些，是纖維加強(qiáng)的聚酯芯和聚氨酯改性的乙烯基酯外皮的組合，它在加強(qiáng)筋表面中不包括螺紋結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種用來(lái)形成和運(yùn)輸由纖維加強(qiáng)的樹(shù)脂形成的加強(qiáng)條材的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種供應(yīng)加強(qiáng)條材的方法，該方法包括 從大體上相對(duì)于條材縱向布置的加強(qiáng)纖維的粗紗和滲透穿過(guò)粗紗的樹(shù)脂形成加強(qiáng)條材，以形成由滲透樹(shù)脂整體化的結(jié)構(gòu)； 盤(pán)卷已形成的條材，以形成纏繞與條材的長(zhǎng)度成直角的軸線(xiàn)許多次的條材的卷； 施加保持構(gòu)件以將條材保持在卷中； 將條材的卷運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)處； 在遠(yuǎn)處，從卷移出條材并且將條材切割至小于卷長(zhǎng)度的所需長(zhǎng)度。
優(yōu)選地，形成加強(qiáng)條材的步驟包括提供相對(duì)于條材縱向布置的一系列加強(qiáng)纖維的內(nèi)粗紗；和提供纏繞內(nèi)粗紗的至少一個(gè)粗紗的至少一個(gè)螺旋狀纏繞或多個(gè)螺旋狀纏繞， 樹(shù)脂滲透穿過(guò)內(nèi)粗紗且滲透穿過(guò)所述至少一個(gè)纏繞，以形成由滲透樹(shù)脂整體化的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，形成加強(qiáng)條材的步驟包括提供相對(duì)于條材成縱向布置的一系列加強(qiáng)纖維的內(nèi)粗紗；提供沿第一纏繞方向纏繞內(nèi)粗紗的至少一個(gè)粗紗的一個(gè)或多個(gè)第一螺旋狀纏繞；和提供沿第二相反纏繞方向纏繞內(nèi)粗紗的至少一個(gè)粗紗的一個(gè)或多個(gè)第二螺旋狀纏繞，樹(shù)脂滲透穿過(guò)內(nèi)粗紗并且滲透穿過(guò)纏繞以形成由滲透樹(shù)脂整體化的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，該條材具有外表面部分，該外表面部分沿條材長(zhǎng)度的至少大部分延伸，并且在外表面部分處，內(nèi)粗紗具有在固化期間通過(guò)一個(gè)或多個(gè)纏繞施加的張力暴露且向外凸起的一個(gè)或多個(gè)第一和第二纏繞之間的部分，凸起部分限定條材的外表面部分的部件，因此，該部件是粗糙的和暴露的，以便接合要被加強(qiáng)的材料，從而在要被加強(qiáng)的材料和內(nèi)粗紗之間傳遞縱向載荷。
優(yōu)選地，樹(shù)脂在內(nèi)粗紗和纏繞粗紗的外表面上暴露。
優(yōu)選地，外表面部分沒(méi)有連接到樹(shù)脂的外表面上的粘接的外部粗化元件。
優(yōu)選地，在外表面部分處，樹(shù)脂被固化，同時(shí)內(nèi)粗紗和纏繞粗紗不受外部壓力，使得外表面的形狀在樹(shù)脂被固化時(shí)由內(nèi)粗紗和纏繞粗紗的形狀唯一限定。
優(yōu)選地，條材的直徑在0. 375英寸到1. 25英寸的范圍中，并且更優(yōu)選地在0. 5英寸或0.75到1.25英寸的范圍中。達(dá)到1.00英寸的加強(qiáng)筋是常用的，并且可以在本發(fā)明中被盤(pán)繞。也使用達(dá)到1. 25英寸的加強(qiáng)筋。
優(yōu)選地，樹(shù)脂是乙烯基酯樹(shù)脂，但可使用其它樹(shù)脂。
優(yōu)選地，粗紗由E玻璃形成，但可使用其它玻璃加強(qiáng)。此外，可以使用芳族聚酰胺或碳，玄武巖纖維或任何有機(jī)纖維。
優(yōu)選地，至少一個(gè)纏繞的纏繞數(shù)量使得纏繞之間的間隔在1. 0到2. 0纏繞/英寸的范圍中，以便保持該條材抵抗由于扭矩彎曲的損壞。
優(yōu)選地，樹(shù)脂對(duì)粗紗的比率使得纖維含量為按重量的70%，但可以使用其它比率。
優(yōu)選地，條材具有典型地小于50的低的彈性模量。
優(yōu)選地，纏繞布置成允許條材上的扭曲達(dá)到小于7英尺的曲率半徑而沒(méi)有損壞。
優(yōu)選地，條材在卷繞機(jī)中被盤(pán)卷到支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。
優(yōu)選地，支撐結(jié)構(gòu)包括繞軸線(xiàn)布置成圓的一系列柱，該柱平行于軸線(xiàn)。然而，可以使用其它框架結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，條材由引導(dǎo)件供給到支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部中，并且通過(guò)條材到內(nèi)部中的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)用于繞軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，支撐結(jié)構(gòu)在保持帶施加到卷之后被移出。在框架由圍繞軸線(xiàn)布置的一系列柱形成的情況下，通過(guò)被移出的頂條材將要被保持的柱布置就位，從而允許柱從卷中移出，可以實(shí)現(xiàn)這種情況。
優(yōu)選地，類(lèi)似的支撐結(jié)構(gòu)布置在遠(yuǎn)處，以便在從卷中拉出條材時(shí)保持卷。
可以提供條材的以下方面以允許以緊半徑盤(pán)繞，該緊半徑充分小，典型地達(dá)到小于12英尺的直徑以允許卷的運(yùn)輸。
低剛性條材需要較小的作用力來(lái)彎曲(低的彈性模量)。
樹(shù)脂的性質(zhì)允許足夠延長(zhǎng)而不損害條材的性質(zhì)。
纏繞構(gòu)造設(shè)計(jì)成將纖維保持在一起成為束。
為防止纖維在它未纏繞時(shí)分裂(鳥(niǎo)籠效應(yīng))，纏繞也允許條材上形成扭矩而沒(méi)有損壞。
應(yīng)當(dāng)注意，復(fù)合加強(qiáng)筋不會(huì)塑性變形，使得它一旦再次被展開(kāi)，它就保持完美的平直。選擇的加強(qiáng)筋優(yōu)選地具有低于鋼的彈性模量的4到5倍的彈性模量。鋼典型地接近 207Gpa，使得用來(lái)產(chǎn)生大約或低于50Gpa的模量的加強(qiáng)筋的參數(shù)選擇是優(yōu)選的。彈性模量是這種加強(qiáng)筋的標(biāo)準(zhǔn)量度并且由標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)測(cè)量。具有較高模量的加強(qiáng)筋的使用提供較難盤(pán)繞的較剛性的條材。
卷的尺寸由可以被運(yùn)輸?shù)淖畲笾睆角矣刹牧峡梢员P(pán)繞到其上的最小直徑確定。因此，典型地，9英尺或18英尺直徑的最大卷半徑可以用在允許寬載荷的一些運(yùn)輸取向上，并且卷以從車(chē)輛一側(cè)處接近地面水平到車(chē)輛另一側(cè)處允許的最大高度的傾斜取向被運(yùn)輸。因此，OD由運(yùn)輸要求限制并且ID由材料性質(zhì)限制。對(duì)于12英尺的卷，該卷可以在卷上的豎直位置中被運(yùn)輸。多個(gè)卷可以在卡車(chē)上被并排運(yùn)輸(達(dá)到40000磅)。
使用加強(qiáng)筋以切成一定長(zhǎng)度的直條材被運(yùn)輸?shù)某Ｒ?guī)運(yùn)輸方法，超過(guò)53英尺的條材長(zhǎng)度需要特別許可，并且在一些情況下，串列拖車(chē)裝置用于在一些州和省中不允許的運(yùn)輸中。因此，當(dāng)以常規(guī)方式運(yùn)輸時(shí)，對(duì)于長(zhǎng)的長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，運(yùn)輸成本顯著較大。
典型地，卷保持條材的多個(gè)纏繞和大約300纏繞的層，該條材在每個(gè)卷上可達(dá)到 10000英尺條材。這種卷可能重量超過(guò)5000磅，從而允許卡車(chē)裝載到其最大重量。
對(duì)于完成纏繞之后的運(yùn)輸，存在三種替代方案 -卷可以纏繞有合適的條帶并且從卷繞機(jī)被釋放。然后，它被放置在與卷繞機(jī)類(lèi)似構(gòu)造的展開(kāi)機(jī)中。
-卷被保持在卷繞機(jī)中并且具有條材的整個(gè)卷繞機(jī)被運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)處以便使用。就是說(shuō)，相同的卷繞機(jī)用于盤(pán)繞和展開(kāi)。
-接線(xiàn)盒位于卷內(nèi)，以便運(yùn)輸，并且從卷繞機(jī)中釋放以將加強(qiáng)筋保持就位以便運(yùn)輸。
在遠(yuǎn)處使用場(chǎng)所，卷可以手動(dòng)地或通過(guò)展開(kāi)機(jī)構(gòu)從內(nèi)部卷半徑展開(kāi)。
當(dāng)從纏繞框架移出卷時(shí)，保持柱的陣列的頂條材是可移出的，并且每根豎直柱例如在鉸鏈上可移動(dòng)。一旦加強(qiáng)筋束被纏繞且綁好以便運(yùn)輸而實(shí)際不運(yùn)輸卷繞機(jī)時(shí)，這就允許加強(qiáng)筋束的移出。為用戶(hù)供應(yīng)類(lèi)似的卷繞機(jī)，并且典型地，該卷繞機(jī)分開(kāi)并且可以被容易地運(yùn)輸。用戶(hù)將卷放置在卷繞機(jī)中，關(guān)閉卷繞機(jī)，重新將條材螺栓連接在頂部上并且切斷運(yùn)輸帶。
在纏繞其間，加強(qiáng)筋可以被推到卷中或者被拉入。就是說(shuō)，卷繞機(jī)可具有用于驅(qū)動(dòng)卷繞機(jī)旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)，當(dāng)卷變重時(shí)，該馬達(dá)用于提供纏繞力或減小來(lái)自加強(qiáng)筋的推力。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)條材的一部分的側(cè)視圖。
圖2是沿圖1的線(xiàn)2-2的剖視圖。
圖3是放大比例的與圖2的剖視圖類(lèi)似的剖視圖。
圖4是沿圖1的線(xiàn)4-4的剖視圖。
圖5是用來(lái)盤(pán)繞圖1到4的加強(qiáng)條材的纏繞裝置的等距視圖。
圖6是圖5的纏繞裝置的頂視平面圖。
圖7是圖5的纏繞裝置的側(cè)視圖，示出處于適當(dāng)位置以便從纏繞裝置移出卷的盤(pán)繞的條材。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出總體在10指示的加強(qiáng)條材，該加強(qiáng)條材具有沿條材的長(zhǎng)度的絕大部分延伸的第一段11和延伸條材的長(zhǎng)度的一部分的第二段12。該條材通常形成為連續(xù)的構(gòu)造，使得第一和第二段交替地重復(fù)。第二段的長(zhǎng)度通常將包括相對(duì)于主段1的長(zhǎng)度的僅僅短的部分，使得例如主段可以是12英尺長(zhǎng)并且第二段僅僅6英寸長(zhǎng)。
加強(qiáng)條材由樹(shù)脂材料14單獨(dú)地形成，該樹(shù)脂材料滲透到包括縱向加強(qiáng)纖維15和纏繞加強(qiáng)纖維16、17的加強(qiáng)纖維的段。
縱向加強(qiáng)纖維15構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的主要體積，使得纖維含量可以典型地構(gòu)成為縱向纖維90到97%且纏繞纖維3到10%，其中樹(shù)脂含量可以為按重量的20到30%。
部分11的區(qū)域中的結(jié)構(gòu)在沒(méi)有任何纖維的任何壓縮的情況下通過(guò)拉擠工藝而形成。因此，縱向纖維15形成的內(nèi)芯和外部纏繞16和17都不穿過(guò)模具結(jié)構(gòu)，使得它們自由占據(jù)如當(dāng)形成時(shí)由材料中的張力確定的它們的位置。
樹(shù)脂可以是在沒(méi)有熱的情況下凝結(jié)的兩部分樹(shù)脂，但更優(yōu)選地是熱固性樹(shù)脂，該熱固性樹(shù)脂通過(guò)許多可用加熱技術(shù)的任何一種被加熱。因此，熱被施加到該結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂的固化而加熱裝置不接觸在該結(jié)構(gòu)上。這樣，第一段11中的纖維自由占據(jù)取決于它們張力的它們的位置并且它們占據(jù)樹(shù)脂中的位置，使得樹(shù)脂延伸穿過(guò)縱向纖維和纏繞纖維。
為了獲得樹(shù)脂14向外延伸到外表面18并且滲透穿過(guò)所有纖維的這種情況，縱向纖維和纏繞纖維都優(yōu)選地使用洗浴或浸漬工藝優(yōu)選地被潤(rùn)濕，使得纖維在進(jìn)入上面概括描述的形成系統(tǒng)之前充分形成有樹(shù)脂。
纖維的潤(rùn)濕保證纖維滲透穿過(guò)外表面18的整個(gè)結(jié)構(gòu)。
通過(guò)任何形式的模具(縱向纖維的芯穿過(guò)該模具)設(shè)置的任何壓縮的不存在保證纏繞纖維16和17施加壓力到纏繞纖維所接觸的縱向纖維的那些部分上，纏繞纖維向內(nèi)擠壓那些縱向纖維并且因此擠壓段19中的縱向纖維的凸起。因此，在纖維的每一個(gè)纏繞的帶之間存在一部分縱向纖維，這部分縱向纖維被擠壓并且向外凸起，使得它突出到優(yōu)選地略微超出纏繞纖維的外表面的位置。
纏繞纖維當(dāng)然通過(guò)螺旋狀纏繞動(dòng)作沿縱向間隔，使得纏繞纖維的寬度小于凸起的中間段19的寬度。
典型地，沿每一個(gè)方向的纏繞纖維可以間隔1到3英寸。然而，可以使用較寬或較小的間隔，只要縱向纖維被適當(dāng)?shù)乜刂撇⑶掖嬖谧銐虻目臻g以保證纏繞之間的凸起。
纏繞纖維可以被纏繞作為單線(xiàn)纏繞工藝中的單根粗紗或作為應(yīng)用于多線(xiàn)纏繞工藝的多根粗紗。在這種多線(xiàn)工藝中，并排的粗紗的數(shù)量可以在3到10的范圍中。纏繞位置處的粗紗的數(shù)量或粗紗的厚度可以取決于芯的直徑而變化。
纏繞動(dòng)作沿兩個(gè)方向進(jìn)行，使得纏繞纖維在它們交叉時(shí)彼此重疊，如例如在20處所示。這樣，凸起段在前視圖中通常為菱形并且在頂部和底部處通過(guò)纏繞纖維的纏繞動(dòng)作被擠壓。因此，凸起段19是單獨(dú)的并且由纏繞纖維分離，并且縱向纖維通過(guò)凸起段的頂部和底部處的纏繞被適當(dāng)?shù)匕冶３值皆摻Y(jié)構(gòu)中。
沿兩個(gè)方向?qū)ΨQ(chēng)的一個(gè)或多個(gè)纏繞的設(shè)置傾向于包含且定位內(nèi)部縱向粗紗并且沿縱向保持它們，即使施加張力。因此，沿縱向的縱向纖維的全部強(qiáng)度被保持并且不被縱向纖維的任何扭曲傾向減小或損害?？v向纖維的任何這種扭曲可以通過(guò)連續(xù)地施加載荷到不同纖維導(dǎo)致連續(xù)失效而顯著減小強(qiáng)度。此外，沿相反方向的纏繞適應(yīng)沿兩個(gè)方向施加到桿的扭矩。
因此，凸起段19被設(shè)置在外表面18上以便接合所述條材嵌在其中的材料。因此， 如果要被加強(qiáng)的材料是混凝土，則混凝土凝結(jié)在加強(qiáng)條材周?chē)⑶医雍贤蛊鸲?9。因此，從混凝土到加強(qiáng)條材的縱向載荷被傳遞到凸起段19并且不僅傳遞到纏繞段16和17。纏繞段因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)于縱向的角度而具有比縱向且連續(xù)的縱向纖維差的適應(yīng)縱向張力的能力。因此，沿縱向傳遞載荷到凸起段19保證載荷被傳遞到縱向纖維中并且避免傳遞到可以縱向運(yùn)動(dòng)或從外表面18被剝離的元件。凸起段19由于它們是縱向纖維的一部分，因此當(dāng)然不能縱向運(yùn)動(dòng)。
然而，外表面因此可以沒(méi)有諸如粗砂或沙子的附加粘接突出元件，粗砂或沙子通常施加到這種加強(qiáng)條材的外表面。
樹(shù)脂穿過(guò)整個(gè)縱向纖維和纏繞纖維滲透到外表面18的事實(shí)保證纏繞纖維被有效地粘接到該結(jié)構(gòu)中。
第二段12在它通過(guò)在夾緊模具內(nèi)夾緊條材的該部分而形成時(shí)沿該條材周期性地形成。夾緊模具在它向前運(yùn)動(dòng)時(shí)可以與該結(jié)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，或者在夾緊動(dòng)作發(fā)生并且在夾緊位置中發(fā)生固化時(shí)該運(yùn)動(dòng)可以停止。通常，夾緊段在該條材的剩余部分運(yùn)動(dòng)到加熱段中之前形成以完成固化動(dòng)作。夾緊模具具有內(nèi)表面，該內(nèi)表面成形為諸如正方形的多邊形形狀并且擠壓纏繞纖維和縱向纖維以將它們形成為需要的外部形狀22，如圖4中所示。夾緊動(dòng)作將纖維擠壓在一起并且由于來(lái)自該結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂的擠壓而可減小橫截面面積?？v向纖維延伸穿過(guò)夾緊段并且纏繞纖維也延伸穿過(guò)夾緊段，如圖4中所示。因此，沿兩個(gè)纏繞方向的纏繞纖維在多邊形第二段12處被夾緊到該結(jié)構(gòu)中。
作為多邊形形狀的替代，可以使用任何其它非圓形形狀，諸如壓縮的扁平形狀。
作為另一替代，粗糙的加強(qiáng)筋可以形成有穿過(guò)纖維的孔以提供用于錨固件的連接。
因此，第二段12成形為使得該條材可以被卡盤(pán)或其它夾緊元件抓持，使得該條材在特別情況下的條材的隔離期間可以繞其軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。纖維16和17的纏繞保證第二段12 處的旋轉(zhuǎn)通過(guò)那些纏繞的段16和17在該條材的整個(gè)長(zhǎng)度上轉(zhuǎn)化為扭矩。
在這種類(lèi)型的裝置的使用的一個(gè)例子中，該條材可以被插入到采礦情況中的巖石中的鉆孔中并且鉆孔填充有合適的樹(shù)脂。抓持第二段12并且旋轉(zhuǎn)第一段11的該條材的旋轉(zhuǎn)引起的樹(shù)脂中的攪拌作用導(dǎo)致樹(shù)脂在凸起段19引起的有效的攪拌作用中通過(guò)該孔散布周邊。因此，該條材可以被粘接到鉆孔中的位置中以充當(dāng)用于例如礦井的頂區(qū)域處的采礦結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件。
在這種類(lèi)型的加強(qiáng)條材的另一替代使用中，鉆頭可以連接在一個(gè)段12并且在另一段12處抓持條材，從而允許該條材與鉆頭一起旋轉(zhuǎn)，引起鉆削動(dòng)作，將條材直接驅(qū)動(dòng)到鉆孔中，同時(shí)條材引起孔的鉆削。然后，條材可以保持在適當(dāng)位置并且鉆頭被選擇成一次性使用類(lèi)型，使得它可以被丟棄在孔內(nèi)。
此外，由樹(shù)脂內(nèi)的纏繞纖維16和17的存在引起的多邊形段12和條材的主要部分之間的直接連接允許多邊形段和主要段11之間的載荷傳遞。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這里描述的裝置的顯著有利之處在于它提供改善的嵌入強(qiáng)度，該嵌入強(qiáng)度是用于計(jì)算用來(lái)加強(qiáng)混凝土中的條材的參數(shù)的因數(shù)。因此，外表面(沿兩個(gè)方向的纏繞，縱向股的凸起)的形狀提供與粘附材料(混凝土或環(huán)氧樹(shù)脂)的較高程度的連接。這種較高的機(jī)械粘接轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩那度霃?qiáng)度。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這里描述的裝置的顯著有利之處在于它提供裂縫寬度的改善的控制。為了保持低的裂縫寬度因數(shù)，裂縫寬度的量度是用于計(jì)算用來(lái)加強(qiáng)混凝土中的條材的參數(shù)的另一因數(shù)。當(dāng)為了裂縫控制加強(qiáng)而設(shè)計(jì)時(shí)，這種產(chǎn)品的性質(zhì)和其高的嵌入強(qiáng)度將允許使用較小的粘接依賴(lài)系數(shù)(例如，沙子涂覆的條材使用0. 8，并且光滑拉擠條材將較高)。較低的粘接依賴(lài)系數(shù)轉(zhuǎn)化為較小的裂縫寬度，或者相同裂紋寬度所需的較小加強(qiáng)。
現(xiàn)在參考圖5到7，圖中示出一種供應(yīng)如上面描述的加強(qiáng)條材的方法和一種用于該方法的纏繞裝置。因此，拉擠方法在30處被示意性地指示并且使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的并且如上面更特別地描述的系統(tǒng)和構(gòu)造。
加強(qiáng)條材在安置在拉擠系統(tǒng)中之后被牽拉系統(tǒng)31牽拉，該牽拉系統(tǒng)被示意性地示出為一對(duì)輥，但可以使用其它構(gòu)造。
然后，條材前進(jìn)到纏繞框架32中，該纏繞框架由中心轂34形成，該中心轂被承載在基座35上，以便轂34繞軸線(xiàn)36的旋轉(zhuǎn)。該轂承載多個(gè)臂37和用于那些臂的支架38，臂從軸線(xiàn)向外徑向延伸，每一個(gè)臂在其外末端處承載豎立柱33，該柱彼此平行并且平行于軸線(xiàn)36。優(yōu)選地，軸線(xiàn)36是豎直的，從而柱是豎直的，但可以使用其它取向。
柱由兩根條材39保持豎直，可以釋放兩根條材以允許柱向外折疊，如33A處所示。
因此，形成的條材卷繞軸線(xiàn)36以形成許多次纏繞軸線(xiàn)36的條材的卷40，該軸線(xiàn)與條材的長(zhǎng)度成直角。
由于條材的高的彎曲阻力，柱33充當(dāng)保持構(gòu)件以將條材保持在卷中，該卷在柱之間自由，以便占據(jù)柱位于其上的圓限定的圓。
當(dāng)纏繞由足夠的條材組成以形成所需重量的卷并且總膨脹力小于纏繞框架可適應(yīng)的最大值時(shí)，卷由合適的帶纏繞以在移出框架的情況下將卷保持就位。因此，柱33可以在卷在臂上就位時(shí)向外折疊，以釋放卷以便被移出且運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)處以便使用。
卷的圈不必是螺旋狀的并且纏繞可以是隨意的。然而，可能希望豎直移動(dòng)輥31，以提供卷的圈的更精確且一致的鋪放。圈的數(shù)量可以存在單層卷，或者可以施加更多圈，從而存在施加在與柱接觸的圈的上方的內(nèi)圈。
典型地，引導(dǎo)件豎直橫穿以并排鋪放圈，層的數(shù)量被選擇成達(dá)到重物的所需長(zhǎng)度或直到達(dá)到加強(qiáng)筋能不再允許必要曲率的直徑。
作為將纏繞框架安裝在轂上的替代，可設(shè)置外部保持器，該外部保持器限定用來(lái)旋轉(zhuǎn)框架的外部軸承，諸如外部的一組輥?？蚣芸梢杂上薅ōh(huán)的連續(xù)的片材形成，該環(huán)安置在外部軸承裝置中。
框架的橫截面形狀可以是提供最大量的加強(qiáng)筋的圓柱形，該加強(qiáng)筋可以纏繞在最外直徑處。替代地，該形狀可以是V形或U形或半圓形，以便在加強(qiáng)筋在大的作用力下運(yùn)動(dòng)到最大可用直徑時(shí)更好地引導(dǎo)加強(qiáng)筋的圈的鋪放，該大的作用力由想要返回到直的狀態(tài)的加強(qiáng)筋的彈性效果提供。
在一些情況下，可以設(shè)置引導(dǎo)臂以將加強(qiáng)筋引導(dǎo)到框架的內(nèi)表面上，以保證層中的圈的精確鋪放。
在運(yùn)輸之后，在遠(yuǎn)處，該條材從卷中拉出并且切割至小于卷長(zhǎng)度的所需長(zhǎng)度。類(lèi)似支撐結(jié)構(gòu)被設(shè)置在遠(yuǎn)處，以便在從卷拉條材時(shí)保持卷。就是說(shuō)，框架32也設(shè)置在遠(yuǎn)處并且供應(yīng)的卷在柱位于下降位置33A時(shí)跌落到框架上。在柱升高且固定的情況下，卷的纏繞被移出并且允許卷通向柱。然后，它可以通過(guò)類(lèi)似于引導(dǎo)件3l的對(duì)稱(chēng)的展開(kāi)引導(dǎo)件從框架被拉出使得該條材可以被拉到希望的長(zhǎng)度且切割。
權(quán)利要求
1.一種供應(yīng)加強(qiáng)條材的方法，該方法包括由大體上相對(duì)于所述條材縱向布置的加強(qiáng)纖維的粗紗和滲透穿過(guò)所述粗紗以形成由滲透樹(shù)脂整體化的結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂形成所述加強(qiáng)條材；盤(pán)卷形成的條材，以形成繞與所述條材的長(zhǎng)度成直角的軸線(xiàn)纏繞許多次的條材的卷； 施加保持構(gòu)件以將所述條材保持在所述卷中； 將所述條材的卷運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)處；在所述遠(yuǎn)處，從所述卷移出所述條材并且將所述條材切割至小于所述卷的長(zhǎng)度的所需長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述加強(qiáng)條材的所述步驟包括提供布置成相對(duì)于所述條材縱向的一系列加強(qiáng)纖維的內(nèi)粗紗；和提供繞所述內(nèi)粗紗纏繞的至少一個(gè)粗紗的至少一個(gè)螺旋狀纏繞或多個(gè)螺旋狀纏繞，所述樹(shù)脂滲透穿過(guò)所述內(nèi)粗紗并且滲透穿過(guò)所述至少一個(gè)纏繞，以形成由所述滲透樹(shù)脂整體化的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，形成所述加強(qiáng)條材的所述步驟包括 提供相對(duì)于所述條材縱向布置的一系列加強(qiáng)纖維的內(nèi)粗紗；提供沿第一纏繞方向繞所述內(nèi)粗紗纏繞的至少一個(gè)粗紗的一個(gè)或多個(gè)第一螺旋狀纏繞；和提供沿第二相反纏繞方向繞所述內(nèi)粗紗纏繞的至少一個(gè)粗紗的一個(gè)或多個(gè)第二螺旋狀纏繞，所述樹(shù)脂滲透穿過(guò)所述內(nèi)粗紗并且滲透穿過(guò)所述纏繞，以形成由所述滲透樹(shù)脂整體化的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述條材具有外表面部分，所述外表面部分沿條材的至少大部分長(zhǎng)度延伸，并且在所述外表面部分處，所述內(nèi)粗紗具有在固化期間通過(guò)一個(gè)或多個(gè)纏繞施加的張力暴露并且向外凸起的一個(gè)或多個(gè)第一和第二纏繞之間的部分，凸起的所述部分限定所述條材的外表面部分的部件，因此所述部件是粗糙的和暴露的，以便接合要被加強(qiáng)的材料，從而在所述要被加強(qiáng)的材料和所述內(nèi)粗紗之間傳遞縱向載荷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述樹(shù)脂暴露在所述內(nèi)粗紗和所述纏繞粗紗的外表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述外表面部分沒(méi)有連接到所述樹(shù)脂的外表面上的粘接的外部粗化元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述外表面部分處，所述樹(shù)脂被固化，同時(shí)所述內(nèi)粗紗和纏繞粗紗不受外部壓力影響，使得所述外表面的形狀在所述樹(shù)脂被固化時(shí)由所述內(nèi)粗紗和纏繞粗紗的形狀唯一限定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述條材的直徑在0.375英寸至1.5英寸的范圍中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述條材的直徑在0.5英寸至1.5英寸的范圍中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述條材的直徑在0.75英寸至1.5英寸的范圍中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述樹(shù)脂是乙烯基酯樹(shù)脂。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述粗紗由E玻璃形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)纏繞的纏繞數(shù)量使得纏繞之間的間隔在1. 0至2. 0纏繞/英寸的范圍中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述條材具有小于50的彈性模量。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述條材能夠盤(pán)繞至小于 7英尺的曲率半徑，而沒(méi)有損壞。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述條材在卷繞機(jī)中被盤(pán)繞到支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)包括繞所述軸線(xiàn)布置成圓的一系列柱，所述柱平行于所述軸線(xiàn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述條材由引導(dǎo)件供給到所述支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部中，并且所述支撐結(jié)構(gòu)至少部分地通過(guò)所述條材到所述內(nèi)部中的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)繞所述軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在保持帶被施加到所述卷之后移出所述支撐結(jié)構(gòu)，并且類(lèi)似的支撐結(jié)構(gòu)布置在所述遠(yuǎn)處，以便在從所述卷中拉出所述條材時(shí)保持所述卷。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述支撐結(jié)構(gòu)處于將所述卷保持就位的位置的情況下運(yùn)輸所述卷。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述卷由內(nèi)部保持構(gòu)件支撐，以便運(yùn)輸。
全文摘要
一種復(fù)合加強(qiáng)條材由一系列內(nèi)粗紗形成，至少一個(gè)粗紗的第一和第二螺旋狀纏繞沿相反的纏繞方向纏繞內(nèi)粗紗，樹(shù)脂滲透穿過(guò)其中。條材結(jié)構(gòu)形成為允許扭矩彎曲，該扭矩彎曲足以允許形成的條材被纏繞以形成許多次纏繞與條材的長(zhǎng)度成直角的軸線(xiàn)的條材的卷。該條材前進(jìn)到由圍繞豎直旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的一系列柱形成的旋轉(zhuǎn)的纏繞框架中。卷保持就位，同時(shí)移出框架以便將卷運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)處。在遠(yuǎn)處，卷被放置在類(lèi)似的纏繞框架中，并且條材從卷中拉出并且被切割至所需長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)B65H49/00GK102186654SQ201080002833
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
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