一種frp筋的製備方法以及由該方法製備而成的frp筋的製作方法

2024-04-07 14:43:05

專利名稱：一種frp筋的製備方法以及由該方法製備而成的frp筋的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於土木工程的建築材料FRP筋的製備方法，尤其涉及的是一種熱塑性樹脂FRP筋的製備方法。本發明還涉及由上述方法製備而成的FRP筋。
背景技術：
FRP筋作為一種土木工程用的巖土體加固的杆件體系結構，具有廣大的市場和應用價值，關係到國家和人民生命財產安全，所以產品必須具有高強度、耐腐蝕、易成型和低成本的優點，才能有效的應用在土木工程中。現有FRP筋成型工藝包括送紗、浸膠、單絲纏繞、預固化、固化成型、牽伸、切斷等工序，一般所採用的樹脂為熱固性樹脂，此成型工藝的缺點在於成型過程中存在杆體漏漿、 杆體表面不均勻、FRP筋無法二次成型、耐腐蝕性低、FRP筋韌性低等缺點，影響到FRP筋的力學性能、耐久性能和使用安全性能。中國發明專利申請公布說明書公開了名稱為一種全螺紋纖維增強熱塑性塑料錨杆及其加工工藝
公開日為2009年7月15日、公開號為CN101482024A的發明專利申請，該專利申請介紹的FRP筋的成型方法採用浸漬熱塑性樹脂工藝，熱塑性樹脂一般需要較高的熔融溫度(> 180°C)才能達到液體狀態，對設備的要求高且連續生產需要長時間的熔融樹脂需要大量的能量，提高了生產成本；而且樹脂長時間處於高溫熔融狀態會存在嚴重的降解，導致樹脂性能大幅度降低，最終影響到FRP筋的性能。為解決現有技術中存在的問題要對現有FRP筋的生產工藝進行一定的改進來提高FRP筋的使用性能，從而有效保證我國土木工程的質量和人民生命財產安全。

發明內容
本發明為了解決現有技術中製備FRP筋時因採用浸漬熱塑性樹脂的工藝而造成的對設備要求高、能量消耗大、生產成本高、且樹脂長時間處於高溫熔融狀態會存在嚴重的降解等技術問題，而提供一種成型工藝簡單、能量消耗少、生產成本低的FRP筋的製備方法，本發明還提供了由該方法製備而成的FRP筋。為了解決上述技術問題，本發明主要採取以下技術方案。一種FRP筋的製備方法，以熱塑性樹脂纖維和無機增強纖維為原料，包括以下步驟A、乾燥對熱塑性樹脂纖維進行乾燥處理，將其含水量降低到40ppm以下；B、集束將乾燥後的熱塑性樹脂纖維和無機增強纖維進行交叉、間隔的均勻集束；C、纏繞將集束後的纖維束通過單絲纖維進行纏繞，形成螺紋結構，製成FRP筋杆；D、牽伸將步驟C中製得的FRP筋杆經過牽伸機拉進步驟E中的預成型烘道
E、預成型預成型烘道內的溫度為160 285°C，FRP筋杆的預成型時間為5_60s， 製成預成型FRP筋；F、成型成型的溫度為180 320°C，由步驟E製得的預成型FRP筋的成型時間為 10 IOOs ；G、冷卻固化將FRP筋在室溫下冷卻固化120s以上；H、切斷，製得成品。所述熱塑性樹脂纖維為聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚醯胺纖維、聚甲醛纖維、液晶高聚物纖維或功能性母粒改性過的纖維；所述無機增強纖維為玻璃纖維、玄武巖纖維或碳纖維。在步驟A中，在溫度為115 160°C的真空條件下對熱塑性樹脂纖維進行乾燥處理。在所述步驟C中，單絲纖維為聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚醯胺纖維、聚甲醛纖維、液晶高聚物纖維或功能性母粒改性過的纖維。作為本發明的優選技術方案，在步驟F和G之間還具有步驟G1，步驟Gl為幾何形狀成型FRP筋經過步驟F成型後，在熱塑性樹脂完全固化前，將FRP筋製成所需形狀；進一步的，在步驟Gl中，FRP筋經過高溫成型後，在熱塑性樹脂完全固化前的120s 內，將FRP筋製成所需形狀；更進一步的，在步驟G1中，將FRP筋製成三角形、圓形、W形、M形；一種由上述的製備方法製備而成的FRP筋。採用本發明的技術方案，具有如下技術效果本發明使用的樹脂原料為熱塑性樹脂，熱塑性樹脂成型工藝簡單、易控制、性能優良，並且可以二次加工成為不同的形狀，滿足不同工程對FRP筋形狀的要求；本發明中使用的樹脂原料為纖維狀，並與無機纖維共集束形成FRP筋杆體，這樣可以靈活的改變熱塑性纖維的品種、含量來達到不同工程的性能要求，如阻燃性、耐久性、耐高溫性等要求；本發明採用熱塑性樹脂纖維原料製備的FRP筋，可以有效的改善FRP筋的韌性不足、抗折性能不足的缺點；在製備的過程中採用連續高溫熔融固化、成型生產工藝，熱塑性樹脂纖維熔融後均勻與無機高強纖維粘結，樹脂高溫降解率低、性能保持率高，FRP筋產品性能優良，滿足各種工程對FRP筋性能要求；本發明製備的熱塑性樹脂FRP筋的製備工藝簡單、研發成本低、生產成本低，可以迅速廣泛的應用在實際工程中。


圖1是由本發明提供的製備方法製備而成的FRP筋的截面圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例，對本發明的技術方案進行詳細闡述。一種FRP筋的製備方法，以熱塑性樹脂纖維2和無機增強纖維1為原料，包括以下步驟A、乾燥將熱塑性樹脂纖維2進行乾燥處理，將其含水量降低到40ppm以下，乾燥的條件最好是在溫度為115 160°C的真空條件下對熱塑性樹脂纖維2進行乾燥處理，這樣可以避免在高溫下，纖維熔融時產生氣泡，更好的保證FRP筋的各項性能。B、集束將乾燥後的熱塑性樹脂纖維2和無機增強纖維1進行交叉、間隔的均勻集束，更好的使熱塑性樹脂纖維2和無機增強纖維1進行黏合，以便增強FRP筋的耐久性以及強度等性能。C、纏繞將集束後的纖維束經過單絲纖維進行纏繞，形成螺紋結構，一方面能夠保證FRP筋的形狀，另一方面能夠增強FRP筋與使用環境的結合力。D、牽伸將步驟C中製得的FRP筋杆經過牽伸機拉進步驟E中的預成型烘道。E、預成型預成型的溫度為160 285°C，由步驟C製得的具有螺紋結構的纖維束的預成型時間為5 60s，預成型時間根據FRP筋不同直徑來選擇，使FRP筋內部的熱塑性樹脂纖維2充分、均勻的吸收熱量。F、成型成型的溫度為180 320°C，由步驟D製得的預成型FRP筋的成型時間為 10 100s，成型時間可以根據FRP筋不同直徑來選擇，使FRP筋內部的熱塑性樹脂纖維2 充分熔融、均勻擴散周圍的包覆無機增強纖維1。G、冷卻固化將FRP筋在室溫下冷卻固化120s以上；H、切斷，將步驟G中製得的熱塑性FRP筋切斷成任何尺寸來滿足不同的工程要求。所述熱塑性樹脂纖維2為聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚醯胺纖維、聚甲醛纖維、液晶高聚物纖維或功能性母粒改性過的纖維；所述無機增強纖維1為玻璃纖維、玄武巖纖維或碳纖維，多種選擇可以滿足不同的工程要求，來選擇不同的熱塑性樹脂纖維，比如根據阻燃性能、耐腐蝕性、抗靜電性、親水性能或耐高溫性改性等性能的要求來選擇不同的纖維，其中熱塑性樹脂纖維2和無機增強纖維1的用量比例可以根據不同的工程性能要求來進行調配。在步驟C中，單絲纖維為聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚醯胺纖維、聚甲醛纖維、液晶高聚物纖維或功能性母粒改性過的纖維，用來形成FRP筋表面上的螺紋結構。作為本發明的優選技術方案，在步驟F和G之間還具有步驟G1，步驟Gl為幾何形狀成型FRP筋經過步驟F成型後，在熱塑性樹脂完全固化前，將FRP筋製成所需形狀，來滿足不同的工程要求。在所述步驟Gl中，FRP筋經過高溫成型後，在熱塑性樹脂纖維2完全固化前的 120s內，既能保證FRP筋高溫成型，又能保證在完全固化前將FRP筋製成所需要的形狀，比如將FRP筋成三角形、圓形、W形、M形。如圖1所示，一種FRP筋為由上述製備方法製備而成的FRP筋，其熱塑性樹脂纖維2和無機增強纖維1進行交叉、間隔的均勻排布，彌補了傳統熱固性FRP筋和現有熱塑性 FRP筋成型工藝的性能不足，提高了土木工程用FRP筋的自身性能和多樣性、擴展了適用範圍、降低了生產成本，使本發明採用熱塑性樹脂纖維2和無機增強纖維1為原料可以生產出性能優良的土木工程用熱塑性樹脂FRP筋，產品生產成本低、效率高。本發明技術生產的熱塑性FRP筋直徑在5 50mm，截面為普通圓形，帶有一定深度的螺紋，FRP筋形狀可以做成不同工程要求的任何異性形狀，力學性能、耐久性能優良、成型工藝簡單、生產成本顯著降低。下面以實施例來說明本發明中提供的熱塑性樹脂FRP筋的製備過程。實施例1
本實施例中的熱塑性樹脂纖維2採用PP纖維，即聚丙烯纖維，無機增強纖維1為玻璃纖維。首先將聚丙烯纖維在115°C條件下真空烘乾12小時，將其含水量降低至40ppm 以下，其中聚丙烯纖維的含量為原料總重量的10%。將乾燥後的聚丙烯纖維和玻璃纖維進行交叉、間隔均勻的集束，保證聚丙烯纖維均勻分布在FRP筋杆體中，製備FRP筋杆的直徑為16mm ；再將集束後的纖維束用高強度單絲纖維纏繞，在FRP筋杆表面形成螺紋結構；通過牽伸機將FRP筋杆拉進預成型烘道內， FRP筋杆依次經過預成型的預熱區、擠壓區、預成型區，其各區的溫度分別為165°C、170°C、 175°C，FRP筋在預成型洪道內的時間為1 ；纖維進入成型烘道後，依次經過成型烘道的預熱區、擠壓區、熔融區、成型區、保溫區，其各區域的溫度分別為180°C、190°C、200°C、200°C、 190°C, FRP筋在成型區域的時間為25s，製得FRP筋；FRP筋經過牽伸機拉出烘道後直接冷卻固化120s後，可以切斷成任意長度的FRP筋。本實施例不對FRP筋進行異型形狀的成型。最後製得的FRP筋成品的抗拉強度> 650MPa，抗剪強度> 125MPa，極限應變> 7. 5%，模量> 40GPa，杆體直徑 16. 2mm 實施例2 本實施例中熱塑性樹脂纖維2為聚酯(滌綸)纖維，無機增強纖維1為玻璃纖維。 首先，將聚酯纖維在140°C的條件下真空烘乾12小時，使其含水量降低至40ppm以下，其中聚酯纖維的含量為原料總重量的15%。將乾燥後的聚酯纖維和玻璃纖維進行交叉、間隔均勻的集束，保證聚酯纖維均勻地分布在FRP筋杆體中，製備FRP筋的直徑為20mm ；將集束後的纖維束用高強度單絲纖維纏繞，在FRP筋表面形成螺紋結構；通過牽伸機將FRP筋杆拉進預成型烘道內，FRP筋杆依次經過預成型的預熱區、擠壓區、預成型區，其各區的溫度分別為240°C、250°C、26(rC，FRP 筋在預成型洪道內的時間為20s ；纖維進入成型烘道後，依次經過成型烘道的預熱區、擠壓區、熔融區、成型區、保溫區，其各區域的溫度分別為270°C、280 V、290 V、290 V、280 V，FRP 筋在成型區域的時間為35s，製得FRP筋；FRP筋經過牽伸機拉出烘道後直接冷卻固化120s 後，可以切斷成任意長度的FRP筋。本實施例不對FRP筋進行異型形狀的成型。最後制的FRP筋成品的抗拉強度> 750MPa，抗剪強度> 150MPa，極限應變> 7%， 模量> 50GPa，杆體直徑20. 1_。實施例3 本實施例中熱塑性樹脂纖維2為聚醯胺(尼龍)纖維，無機增強纖維1為玻璃纖維為原料。首先，將聚醯胺纖維在130°C的條件下真空烘乾12小時，使其含水量降低至40ppm 以下，其中聚醯胺纖維的含量為原料總重量的20%。將乾燥後的聚醯胺纖維和玻璃纖維進行交叉、間隔均勻的集束，保證聚醯胺纖維均勻地分布在FRP筋杆體中，製備FRP筋的直徑為25mm ；將集束後的纖維束用高強度單絲纖維纏繞，在FRP筋表面形成螺紋結構；通過牽伸機將FRP筋杆拉進預成型烘道內， FRP筋杆依次經過預成型的預熱區、擠壓區、預成型區，其各區的溫度分別為185°C、195°C、 205°C，FRP筋在預成型洪道內的時間為2 ；纖維進入成型烘道後，依次經過成型烘道的預熱區、擠壓區、熔融區、成型區、保溫區，其各區域的溫度分別為215°C、220°C、230°C、230°C、 220FRP筋在成型區域的時間為40s，製得FRP筋；然後通過幾何形狀成型的步驟將製得的FRP筋製備成圓形，即FRP筋高溫成型後，在熱塑性樹脂完全固化前，通過牽伸機將FRP筋拉出烘道後經過異型成型磨具，製備成直徑Φ為IOOOmm的圓形的FRP筋，以滿足工程要求。在室溫下冷卻後再切斷。最後製得的FRP筋成品的抗拉強度> 700MPa，抗剪強度> 130MPa，極限應變> 7%，模量> 45GPa，杆體直徑25. 3mm。實施例4 本實施例熱塑性樹脂纖維2為液晶聚酯纖維，無機增強纖維1為碳纖維。首先，將液晶聚酯纖維在160°C的條件下真空烘乾12小時，使其含水量降低至40ppm以下，其中液晶聚酯纖維的含量為原料總重量的15%。且均勻分布在FRP筋杆體中，製備FRP筋的直徑為 22mm0將乾燥後的液晶聚酯纖維和碳纖維進行交叉、間隔均勻的集束，保證液晶聚酯纖維均勻地分布在FRP筋杆體中，製備FRP筋的直徑為22mm ；將集束後的纖維束用高強度單絲纖維纏繞，在FRP筋表面形成螺紋結構；通過牽伸機將FRP筋杆拉進預成型烘道內， FRP筋杆依次經過預成型的預熱區、擠壓區、預成型區，其各區的溫度分別為^55°C、275°C、 285°C，FRP筋在預成型洪道內的時間為20s ；纖維進入成型烘道後，依次經過成型烘道的預熱區、擠壓區、熔融區、成型區、保溫區，其各區域的溫度分別為295°C、310°C、320°C、32(rC、 310°C, FRP筋在成型區域的時間為35s，製得FRP筋；FRP筋經過牽伸機拉出烘道後直接冷卻固化120s後，可以切斷成任意長度的FRP筋。本實施例不對FRP筋進行異型形狀的成型。最後製得的FRP筋成品的抗拉強度> 1200MPa，抗剪強度> 200MPa，極限應變> 2%，模量> llOGPa，杆體直徑22. 3mm。
權利要求
1.一種FRP筋的製備方法，以熱塑性樹脂纖維和無機增強纖維為原料，包括以下步驟A、乾燥對熱塑性樹脂纖維進行乾燥處理，將其含水量降低到40ppm以下；B、集束將乾燥後的熱塑性樹脂纖維和無機增強纖維進行交叉、間隔的均勻集束；C、纏繞將集束後的纖維束通過單絲纖維進行纏繞，形成螺紋結構，製成FRP筋杆；D、牽伸將步驟C中製得的FRP筋杆通過牽伸機拉進步驟E中的預成型烘道E、預成型預成型烘道內的溫度為160 285°C，FRP筋杆的預成型時間為5 60s，製成預成型FRP筋；F、成型成型的溫度為180 320°C，由步驟E製得的預成型FRP筋的成型時間為10 IOOs ；G、冷卻固化將FRP筋在室溫下冷卻固化120s以上；H、切斷，製得成品。
2.根據權利要求1所述的製備方法，特徵在於，所述熱塑性樹脂纖維為聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚醯胺纖維、聚甲醛纖維、液晶高聚物纖維或功能性母粒改性過的纖維；所述無機增強纖維為玻璃纖維、玄武巖纖維或碳纖維。
3.根據權利要求1所述的製備方法，特徵在於，在所述步驟A中，在溫度為115 160°C 的真空條件下對熱塑性樹脂纖維進行乾燥處理。
4.根據權利要求1所述的製備方法，特徵在於，在所述步驟C中，單絲纖維為聚酯纖維、 聚丙烯纖維、聚醯胺纖維、聚甲醛纖維、液晶高聚物纖維或功能性母粒改性過的纖維
5.根據權利要求1所述的製備方法，特徵在於，在所述步驟F和G之間還具有步驟Gl， 所述步驟Gl為幾何形狀成型FRP筋經過步驟F成型後，在熱塑性樹脂完全固化前，將FRP 筋製成所需形狀；
6.根據權利要求5所述的製備方法，特徵在於，在所述步驟Gl中，FRP筋經過高溫成型後，在熱塑性樹脂完全固化前的120s內，將FRP筋製成所需形狀；
7.根據權利要求6所述的製備方法，特徵在於，在所述步驟Gl中，將FRP筋製成三角形、圓形、W形、M形。
8.—種FRP筋，其特徵在於所述的FRP筋為由權利要求1至7任一所述的製備方法製備而成的FRP筋。
全文摘要
本發明公開了一種FRP筋的製備方法，解決了現有技術中製備FRP筋時因採用浸漬熱塑性樹脂的工藝而造成的對設備要求高、能量消耗大、生產成本高、且樹脂長時間處於高溫熔融狀態會存在嚴重的降解等技術問題，本發明為解決上述技術問題所採取的技術方案主要包括以下步驟以熱塑性樹脂纖維和無機增強纖維為原料，依次經過乾燥、集束、纏繞、牽伸、預成型、成型、冷卻固化、切斷等步驟，採用本發明的技術方案，具有製備工藝簡單、能量消耗少、生產成本低的優點，本發明還提供了由該方法製備而成的FRP筋，可以迅速廣泛的應用在各類工程中。
文檔編號B29C53/56GK102233669SQ20101016961
公開日2011年11月9日 申請日期2010年5月7日 優先權日2010年5月7日
發明者何唯平, 張 傑, 曾志海, 胡勇 申請人:上海啟鵬工程材料科技有限公司, 深圳市海川實業股份有限公司