用來增強材料的筋的製作方法

2023-06-12 18:11:11

專利名稱：用來增強材料的筋的製作方法
技術領域：
本發明涉及增強混凝土一類材料用的增強複合杆或筋，此杆是由連續纖維和基體材料製成的。
可在一條生產線工藝中或與第二生產線工藝並用通過對連續纖維和基體(樹脂)進行拉擠(pultruding)、擠壓或模塑或這些工藝的組合加工而在成形過程中形成這種增強筋，並形成一種專為充分粘附到待強化材料上設計的表面紋理質地和幾何形狀。可用此筋強化的材料如金屬、混凝土、木材、塑料、石材、陶瓷等。其表面被分為角部和邊帶紋理質地區，可使其幾何形狀分別按半徑和寬度而變、使之專門化，並使之適應待強化的產品。筋是用重量百分比至少為50％的增強纖維與通過液浴、噴射或施壓來浸漬纖維的基體在成形過程中製成的。表面紋理則是在機械上藉助用於筋成型和固化養護的工具內外的連續運行帶或輥子，採用裂板(vip off sheet)在成形生產線上加上的。筋的紋面也可在單獨進行模塑、擠壓或拉擠的過程中作為外層而加上，其後筋的幾何形狀即在如上所述的主成形過程中形成。
上面這類複合筋是在筋和金屬、混凝土、木材、塑料、石料和它們的組合間需有充足的粘附力以提高結構功能的場合用來強化和增強這些材料所製成的不同產品和結構的。許多由金屬、混凝土、木材、塑料、複合材料、石材和陶瓷製成的增強產品，需在細長度、重量、尺寸和成本上恰當選配，而這卻通常是基於強度、剛性或通過變得易於氧化而取得的，例如鋼和其他金屬會因腐蝕、斑漬產生問題並由此造成結構強度的損失。在一些用金屬來強化或增強產品的場合，存在著與造成開裂或造成產品材料與強化構件即鋼筋間粘附不足的材料物理行為上的變化或延伸相關的問題。
本發明增強材料為通常稱為FRP(纖維增強聚合物)的連續纖維與基體複合材料，FRP因物理材料性能優良柔韌如比強度高、重量輕、不導電或電導率低、無磁性、高度耐酸和氯化物或惡劣環境以及成形性和造型良好而正被用於各種結構材料。
如上所述，一般來說鋼和各種金屬易於氧化，因水的存在源自大氣中氧的氧化物和鐵的氫氧化物會引起鐵金屬的腐蝕和生鏽。只要pH值保持為高鹼性(pH12-14)，與極為良好的所澆注混凝土的性能相結合，鋼就保持鈍態定向。對低的pH值，低的混凝土質量、不夠好的產品質量、不良的施工或與強酸接觸均可造成應保護鋼筋的保護性混凝土層的穿透，即源自被鹽汙染的聚集體、路鹽(road salt)、海洋環境、海水、碳化、與CO2的接觸、與氧的接觸和水汽的氯化物的滲透。此外，因硫酸鹽或酸導致混凝土的化學損傷或因潮溼條件下凍結和融化導致機械損傷的條件也可使鋼筋生鏽腐蝕，使混凝土開裂並使結構強度受損。當鋼筋開始腐蝕(生鏽)時，鐵的氧化物就會擴張，就會因鏽蝕引起的內應力而在混凝土中產生開裂。混凝土將會散落，鋼筋也會與大氣和環境接觸，這就會引發腐蝕過程，過程的速度會進一步加快，結構強度會受損，最壞時會毀壞。很難對這些參數進行控制，全世界都有混凝土結構的經濟和結構問題，不容小視。由於缺氣其他替代的強化材料，鋼筋在許多情況下一直在混凝土結構中被濫用。
如上所述，複合增強筋人們過去是知道的並已在很大程度上得到使用。但這種已知的筋被一個主要缺點所累，即產品材料(混凝土)與強化筋(FRP筋)間的粘附不良，事實上傳統筋設計成圓形使之難以為表面提供所需的粗糙度。
本發明提供一種粘附性能優良的複合增強筋，其中所需表面粗糙度是以一種簡單和便宜的方式提供的。
本發明特徵在於，筋為矩形，最好為方形，並帶圓角，如所附權利要求1所界定的那樣。筋的各面可具有凹槽以增加表面積和粘附力。另外，本發明之方法其特徵在於，纖維是通過樹脂浴或通過噴射或通過一噴淋區加以浸漬的，由此，筋料在一成形過程中得到成形，如權利要求7所界定的那樣。獨立權利要求2-6和8-9界定了本發明的最佳實施例。
現擬參照附圖對本發明進一步詳加描述，其中

圖1示出部分埋入混凝土的本發明筋料之一短件的垂直剖視圖，圖2a)放大示出本發明筋的橫向剖視圖，圖2b)和2c)示出同一件筋的側視圖，圖3則示出具有一種特定的表面紋樣的一件筋的側視圖，圖4中的表示出用於表面紋理圖案的不同凹部或凹槽及這些凹部或凹槽的各種深度。
增強筋料是打算在任何一種材料的結構或產品中用作強化構件的。筋可被模製、固化養護或粘結而與任何一種其他材料成為一體，它們為，但不限於，混凝土結構、木結構或構件、任何一種塑料產品或結構、金屬制結構或產品或由於經濟或結構上的理由需予以強化的任何一種材料。
本發明增強筋(1)可包括任何將玻璃、碳、芳族聚醯胺(aramid)、聚脂、陶瓷、合成纖維、天然纖維或類似物一但不限於這些一所制連續纖維與任何一種浸漬著纖維的熱塑樹脂和熱固樹脂等樹脂系統組合在一起的混合物。圖1-3所示增強筋(1)形狀為矩形，具有圓角(2)並具有沿每側延伸的連續帶(3)。
複合筋最好是用纖維製成，該纖維是通過樹脂浴或通過用樹脂系統對纖維加以噴淋的噴射系統來浸漬的，並具有由指定壓痕或凹槽構成的外部紋理，此紋理可以是用機械方法貫入表面的，或是模塑或擠壓到筋外表面的，也可以是通過在外表面上複製果皮層紋理或類似物而形成的。
增強筋的橫截面示於圖2。本發明增強筋被設計成具有圓角(角(corner)1-4)和縱向側帶(帶(bands)1-4)，每個圓角均由一角度(角度(ang)t-4)和一半徑(r1-4)界定，側帶則可以有被界定的厚度(d1-4)。將這些參數綜合起來增強筋就可得到規範並可就打算應用的場合專門化。本發明增強筋另一獨特的設計特點是其外表面紋理和在筋上設置這種紋理的方法，如以上所述。表面紋理界定了一種粗糙度，它會在增強筋與待強化基材間提供充足的粘附力。目的是將此筋在源自外部負荷或內部應變的力將被轉化為產品基材和筋中的內應力時將此筋用作結構和產品的強化增強構件。
本發明使得有可能按主產品試驗所需和所確定的幾何形狀和粗糙度或按任何為其種類、用途或應用作出規定的設計規範或標準中的要求來生產增強筋產品。粗糙度，即壓痕或凹槽及其深度，是在當圖2中界定的參數在下面表1中界定的範圍內變化以便獲得適合所需產品的幾何形狀時達到的。
表1，幾何參數可將粗糙度加到曲形角部、角(corners)1-4、邊帶、帶(band)1-4上分別單個地，或它們的任意組合。粗糙度必須按應用領域並按粗糙度必備的要求來加以界定和應用。例如，粗糙度可以圖3所示方式來加以選擇，它為如何擺放和安排壓痕或凹槽重心位置的原則界定了一套系統，這些壓痕或凹槽的形狀類別，如圖4所示，是由三個長度l1-3和角度θ界定的。三個長度和角度形成一三角形，三角形的角代表將形成圖3和圖4中所示紋樣的壓痕/凹槽的重心位置。
長度l1-3和角θ的變化範圍示於下面表2。
表2，紋理類型參數粗糙度，即凹部的紋樣，可如上述通過衝壓、刻印、壓印、果皮層紋樣複印、紋膜、模塑、擠壓或類似方法獲得。深度必須由試驗和計算來確定，以便在產品或結構的材料與增強筋之間得到恰當的粘附力並可加以調整和專門化，以適合所使用的各種場合。
圖4上下二表示出按本發明分別與構成表面紋樣的凹部、壓痕或凹槽的形狀與深度有關的設計的一些例子。但應予強調的是，本發明不限於這些設計。因此紋樣和壓痕或凹槽可採用任何可取的設計並可有不同於上面所示和所描述的深度、寬度和角度。
權利要求
1.用來增強混凝土一類材料(5)的增強複合筋(1)，杆(1)是由連續纖維和基體材料製成的，其特徵在於，筋(1)為矩形，優選為正方形，並帶有圓角。
2.如權利要求1所述的增強筋，其特徵在於，筋一個以上側面設置有縱向連續帶(3)。
3.如權利要求1-2所述的增強筋，其特徵在於，相應的帶(3)的寬度大於各側面總寬的1/3。
4.如權利要求1-3所述的增強筋，其特徵在於，相應的帶(3)的厚度均大於同帶寬度的1/50。
5.如權利要求1-4所述的增強筋，其特徵在於，杆的角部和/或側面的表面設置有形成一種紋理質地的大量凹部、壓痕或凹槽。
6.如權利要求5所述的增強筋，其特徵在於，其紋理具有肋條狀、圓點狀、圓形、方形、三角形或橢圓形。
7.由複合基體材料與連續纖維製成的增強筋的生產方法，其特徵在於，纖維是通過樹脂浴、噴射、通過施壓或這些製造方法的任意組合加以浸漬的，由此筋通過模塑、拉擠、拉纏(pull-winding)或擠壓在成形過程中形成。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，紋理是用壓力藉助在表面上具有與筋上所需紋理相對應的球珠的輥子、板或連續運行帶在一步中在筋表面上設置的。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，紋理可在單獨進行模塑、擠壓或拉擠的過程中在筋表面加以設置。
全文摘要
用來增強混凝土一類材料(5)的增強複合筋(1)，杆(1)是由連續纖維和基體材料製成的。筋(1)為矩形，最好為方形，並帶圓角。筋或杆一個以上側面可設置有縱向連續帶(3)。各帶(3)寬度可大於該側面總寬的1/3，各帶(3)厚度則可大於同帶寬度的1/50。
文檔編號B29L31/10GK1602380SQ02824805
公開日2005年3月30日 申請日期2002年10月30日 優先權日2001年12月12日
發明者阿爾內·R·霍勒 申請人:複合加強系統公司