專利名稱：一種frp筋的制備方法以及由該方法制備而成的frp筋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于土木工程的建筑材料FRP筋的制備方法，尤其涉及的是一種熱塑性樹脂F(xiàn)RP筋的制備方法。本發(fā)明還涉及由上述方法制備而成的FRP筋。
背景技術(shù)：
FRP筋作為一種土木工程用的巖土體加固的桿件體系結(jié)構(gòu)，具有廣大的市場和應(yīng)用價值，關(guān)系到國家和人民生命財產(chǎn)安全，所以產(chǎn)品必須具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、易成型和低成本的優(yōu)點(diǎn)，才能有效的應(yīng)用在土木工程中?，F(xiàn)有FRP筋成型工藝包括送紗、浸膠、單絲纏繞、預(yù)固化、固化成型、牽伸、切斷等工序，一般所采用的樹脂為熱固性樹脂，此成型工藝的缺點(diǎn)在于成型過程中存在桿體漏漿、 桿體表面不均勻、FRP筋無法二次成型、耐腐蝕性低、FRP筋韌性低等缺點(diǎn)，影響到FRP筋的力學(xué)性能、耐久性能和使用安全性能。中國發(fā)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(qiáng)熱塑性塑料錨桿及其加工工藝
公開日為2009年7月15日、公開號為CN101482024A的發(fā)明專利申請，該專利申請介紹的FRP筋的成型方法采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(dá)到液體狀態(tài)，對設(shè)備的要求高且連續(xù)生產(chǎn)需要長時間的熔融樹脂需要大量的能量，提高了生產(chǎn)成本；而且樹脂長時間處于高溫熔融狀態(tài)會存在嚴(yán)重的降解，導(dǎo)致樹脂性能大幅度降低，最終影響到FRP筋的性能。為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題要對現(xiàn)有FRP筋的生產(chǎn)工藝進(jìn)行一定的改進(jìn)來提高FRP筋的使用性能，從而有效保證我國土木工程的質(zhì)量和人民生命財產(chǎn)安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中制備FRP筋時因采用浸漬熱塑性樹脂的工藝而造成的對設(shè)備要求高、能量消耗大、生產(chǎn)成本高、且樹脂長時間處于高溫熔融狀態(tài)會存在嚴(yán)重的降解等技術(shù)問題，而提供一種成型工藝簡單、能量消耗少、生產(chǎn)成本低的FRP筋的制備方法，本發(fā)明還提供了由該方法制備而成的FRP筋。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明主要采取以下技術(shù)方案。一種FRP筋的制備方法，以熱塑性樹脂纖維和無機(jī)增強(qiáng)纖維為原料，包括以下步驟A、干燥對熱塑性樹脂纖維進(jìn)行干燥處理，將其含水量降低到40ppm以下；B、集束將干燥后的熱塑性樹脂纖維和無機(jī)增強(qiáng)纖維進(jìn)行交叉、間隔的均勻集束；C、纏繞將集束后的纖維束通過單絲纖維進(jìn)行纏繞，形成螺紋結(jié)構(gòu)，制成FRP筋桿；D、牽伸將步驟C中制得的FRP筋桿經(jīng)過牽伸機(jī)拉進(jìn)步驟E中的預(yù)成型烘道
E、預(yù)成型預(yù)成型烘道內(nèi)的溫度為160 285°C，F(xiàn)RP筋桿的預(yù)成型時間為5_60s， 制成預(yù)成型FRP筋；F、成型成型的溫度為180 320°C，由步驟E制得的預(yù)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，制得成品。所述熱塑性樹脂纖維為聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚酰胺纖維、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(jī)增強(qiáng)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(jìn)行干燥處理。在所述步驟C中，單絲纖維為聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚酰胺纖維、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(fā)明的優(yōu)選技術(shù)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(jīng)過步驟F成型后，在熱塑性樹脂完全固化前，將FRP筋制成所需形狀；進(jìn)一步的，在步驟Gl中，F(xiàn)RP筋經(jīng)過高溫成型后，在熱塑性樹脂完全固化前的120s 內(nèi)，將FRP筋制成所需形狀；更進(jìn)一步的，在步驟G1中，將FRP筋制成三角形、圓形、W形、M形；一種由上述的制備方法制備而成的FRP筋。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，具有如下技術(shù)效果本發(fā)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(yōu)良，并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(fā)明中使用的樹脂原料為纖維狀，并與無機(jī)纖維共集束形成FRP筋桿體，這樣可以靈活的改變熱塑性纖維的品種、含量來達(dá)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(fā)明采用熱塑性樹脂纖維原料制備的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(diǎn)；在制備的過程中采用連續(xù)高溫熔融固化、成型生產(chǎn)工藝，熱塑性樹脂纖維熔融后均勻與無機(jī)高強(qiáng)纖維粘結(jié)，樹脂高溫降解率低、性能保持率高，F(xiàn)RP筋產(chǎn)品性能優(yōu)良，滿足各種工程對FRP筋性能要求；本發(fā)明制備的熱塑性樹脂F(xiàn)RP筋的制備工藝簡單、研發(fā)成本低、生產(chǎn)成本低，可以迅速廣泛的應(yīng)用在實(shí)際工程中。


圖1是由本發(fā)明提供的制備方法制備而成的FRP筋的截面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)闡述。一種FRP筋的制備方法，以熱塑性樹脂纖維2和無機(jī)增強(qiáng)纖維1為原料，包括以下步驟A、干燥將熱塑性樹脂纖維2進(jìn)行干燥處理，將其含水量降低到40ppm以下，干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(jìn)行干燥處理，這樣可以避免在高溫下，纖維熔融時產(chǎn)生氣泡，更好的保證FRP筋的各項(xiàng)性能。B、集束將干燥后的熱塑性樹脂纖維2和無機(jī)增強(qiáng)纖維1進(jìn)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(jī)增強(qiáng)纖維1進(jìn)行黏合，以便增強(qiáng)FRP筋的耐久性以及強(qiáng)度等性能。C、纏繞將集束后的纖維束經(jīng)過單絲纖維進(jìn)行纏繞，形成螺紋結(jié)構(gòu)，一方面能夠保證FRP筋的形狀，另一方面能夠增強(qiáng)FRP筋與使用環(huán)境的結(jié)合力。D、牽伸將步驟C中制得的FRP筋桿經(jīng)過牽伸機(jī)拉進(jìn)步驟E中的預(yù)成型烘道。E、預(yù)成型預(yù)成型的溫度為160 285°C，由步驟C制得的具有螺紋結(jié)構(gòu)的纖維束的預(yù)成型時間為5 60s，預(yù)成型時間根據(jù)FRP筋不同直徑來選擇，使FRP筋內(nèi)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制得的預(yù)成型FRP筋的成型時間為 10 100s，成型時間可以根據(jù)FRP筋不同直徑來選擇，使FRP筋內(nèi)部的熱塑性樹脂纖維2 充分熔融、均勻擴(kuò)散周圍的包覆無機(jī)增強(qiáng)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中制得的熱塑性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、聚酰胺纖維、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(jī)增強(qiáng)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(jù)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(jī)增強(qiáng)纖維1的用量比例可以根據(jù)不同的工程性能要求來進(jìn)行調(diào)配。在步驟C中，單絲纖維為聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚酰胺纖維、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(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)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(jīng)過步驟F成型后，在熱塑性樹脂完全固化前，將FRP筋制成所需形狀，來滿足不同的工程要求。在所述步驟Gl中，F(xiàn)RP筋經(jīng)過高溫成型后，在熱塑性樹脂纖維2完全固化前的 120s內(nèi)，既能保證FRP筋高溫成型，又能保證在完全固化前將FRP筋制成所需要的形狀，比如將FRP筋成三角形、圓形、W形、M形。如圖1所示，一種FRP筋為由上述制備方法制備而成的FRP筋，其熱塑性樹脂纖維2和無機(jī)增強(qiáng)纖維1進(jìn)行交叉、間隔的均勻排布，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)熱固性FRP筋和現(xiàn)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(kuò)展了適用范圍、降低了生產(chǎn)成本，使本發(fā)明采用熱塑性樹脂纖維2和無機(jī)增強(qiáng)纖維1為原料可以生產(chǎn)出性能優(yōu)良的土木工程用熱塑性樹脂F(xiàn)RP筋，產(chǎn)品生產(chǎn)成本低、效率高。本發(fā)明技術(shù)生產(chǎn)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，F(xiàn)RP筋形狀可以做成不同工程要求的任何異性形狀，力學(xué)性能、耐久性能優(yōu)良、成型工藝簡單、生產(chǎn)成本顯著降低。下面以實(shí)施例來說明本發(fā)明中提供的熱塑性樹脂F(xiàn)RP筋的制備過程。實(shí)施例1
本實(shí)施例中的熱塑性樹脂纖維2采用PP纖維，即聚丙烯纖維，無機(jī)增強(qiáng)纖維1為玻璃纖維。首先將聚丙烯纖維在115°C條件下真空烘干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%。將干燥后的聚丙烯纖維和玻璃纖維進(jìn)行交叉、間隔均勻的集束，保證聚丙烯纖維均勻分布在FRP筋桿體中，制備FRP筋桿的直徑為16mm ；再將集束后的纖維束用高強(qiáng)度單絲纖維纏繞，在FRP筋桿表面形成螺紋結(jié)構(gòu)；通過牽伸機(jī)將FRP筋桿拉進(jìn)預(yù)成型烘道內(nèi)， FRP筋桿依次經(jīng)過預(yù)成型的預(yù)熱區(qū)、擠壓區(qū)、預(yù)成型區(qū)，其各區(qū)的溫度分別為165°C、170°C、 175°C，F(xiàn)RP筋在預(yù)成型洪道內(nèi)的時間為1 ；纖維進(jìn)入成型烘道后，依次經(jīng)過成型烘道的預(yù)熱區(qū)、擠壓區(qū)、熔融區(qū)、成型區(qū)、保溫區(qū)，其各區(qū)域的溫度分別為180°C、190°C、200°C、200°C、 190°C, FRP筋在成型區(qū)域的時間為25s，制得FRP筋；FRP筋經(jīng)過牽伸機(jī)拉出烘道后直接冷卻固化120s后，可以切斷成任意長度的FRP筋。本實(shí)施例不對FRP筋進(jìn)行異型形狀的成型。最后制得的FRP筋成品的抗拉強(qiáng)度> 650MPa，抗剪強(qiáng)度> 125MPa，極限應(yīng)變> 7. 5%，模量> 40GPa，桿體直徑 16. 2mm 實(shí)施例2 本實(shí)施例中熱塑性樹脂纖維2為聚酯(滌綸)纖維，無機(jī)增強(qiáng)纖維1為玻璃纖維。 首先，將聚酯纖維在140°C的條件下真空烘干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%。將干燥后的聚酯纖維和玻璃纖維進(jìn)行交叉、間隔均勻的集束，保證聚酯纖維均勻地分布在FRP筋桿體中，制備FRP筋的直徑為20mm ；將集束后的纖維束用高強(qiáng)度單絲纖維纏繞，在FRP筋表面形成螺紋結(jié)構(gòu)；通過牽伸機(jī)將FRP筋桿拉進(jìn)預(yù)成型烘道內(nèi)，F(xiàn)RP筋桿依次經(jīng)過預(yù)成型的預(yù)熱區(qū)、擠壓區(qū)、預(yù)成型區(qū)，其各區(qū)的溫度分別為240°C、250°C、26(rC，F(xiàn)RP 筋在預(yù)成型洪道內(nèi)的時間為20s ；纖維進(jìn)入成型烘道后，依次經(jīng)過成型烘道的預(yù)熱區(qū)、擠壓區(qū)、熔融區(qū)、成型區(qū)、保溫區(qū)，其各區(qū)域的溫度分別為270°C、280 V、290 V、290 V、280 V，F(xiàn)RP 筋在成型區(qū)域的時間為35s，制得FRP筋；FRP筋經(jīng)過牽伸機(jī)拉出烘道后直接冷卻固化120s 后，可以切斷成任意長度的FRP筋。本實(shí)施例不對FRP筋進(jìn)行異型形狀的成型。最后制的FRP筋成品的抗拉強(qiáng)度> 750MPa，抗剪強(qiáng)度> 150MPa，極限應(yīng)變> 7%， 模量> 50GPa，桿體直徑20. 1_。實(shí)施例3 本實(shí)施例中熱塑性樹脂纖維2為聚酰胺(尼龍)纖維，無機(jī)增強(qiáng)纖維1為玻璃纖維為原料。首先，將聚酰胺纖維在130°C的條件下真空烘干12小時，使其含水量降低至40ppm 以下，其中聚酰胺纖維的含量為原料總重量的20%。將干燥后的聚酰胺纖維和玻璃纖維進(jìn)行交叉、間隔均勻的集束，保證聚酰胺纖維均勻地分布在FRP筋桿體中，制備FRP筋的直徑為25mm ；將集束后的纖維束用高強(qiáng)度單絲纖維纏繞，在FRP筋表面形成螺紋結(jié)構(gòu)；通過牽伸機(jī)將FRP筋桿拉進(jìn)預(yù)成型烘道內(nèi)， FRP筋桿依次經(jīng)過預(yù)成型的預(yù)熱區(qū)、擠壓區(qū)、預(yù)成型區(qū)，其各區(qū)的溫度分別為185°C、195°C、 205°C，F(xiàn)RP筋在預(yù)成型洪道內(nèi)的時間為2 ；纖維進(jìn)入成型烘道后，依次經(jīng)過成型烘道的預(yù)熱區(qū)、擠壓區(qū)、熔融區(qū)、成型區(qū)、保溫區(qū)，其各區(qū)域的溫度分別為215°C、220°C、230°C、230°C、 220FRP筋在成型區(qū)域的時間為40s，制得FRP筋；然后通過幾何形狀成型的步驟將制得的FRP筋制備成圓形，即FRP筋高溫成型后，在熱塑性樹脂完全固化前，通過牽伸機(jī)將FRP筋拉出烘道后經(jīng)過異型成型磨具，制備成直徑Φ為IOOOmm的圓形的FRP筋，以滿足工程要求。在室溫下冷卻后再切斷。最后制得的FRP筋成品的抗拉強(qiáng)度> 700MPa，抗剪強(qiáng)度> 130MPa，極限應(yīng)變> 7%，模量> 45GPa，桿體直徑25. 3mm。實(shí)施例4 本實(shí)施例熱塑性樹脂纖維2為液晶聚酯纖維，無機(jī)增強(qiáng)纖維1為碳纖維。首先，將液晶聚酯纖維在160°C的條件下真空烘干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筋桿體中，制備FRP筋的直徑為 22mm0將干燥后的液晶聚酯纖維和碳纖維進(jìn)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筋桿體中，制備FRP筋的直徑為22mm ；將集束后的纖維束用高強(qiáng)度單絲纖維纏繞，在FRP筋表面形成螺紋結(jié)構(gòu)；通過牽伸機(jī)將FRP筋桿拉進(jìn)預(yù)成型烘道內(nèi)， FRP筋桿依次經(jīng)過預(yù)成型的預(yù)熱區(qū)、擠壓區(qū)、預(yù)成型區(qū)，其各區(qū)的溫度分別為^55°C、275°C、 285°C，F(xiàn)RP筋在預(yù)成型洪道內(nèi)的時間為20s ；纖維進(jìn)入成型烘道后，依次經(jīng)過成型烘道的預(yù)熱區(qū)、擠壓區(qū)、熔融區(qū)、成型區(qū)、保溫區(qū)，其各區(qū)域的溫度分別為295°C、310°C、320°C、32(rC、 310°C, FRP筋在成型區(qū)域的時間為35s，制得FRP筋；FRP筋經(jīng)過牽伸機(jī)拉出烘道后直接冷卻固化120s后，可以切斷成任意長度的FRP筋。本實(shí)施例不對FRP筋進(jìn)行異型形狀的成型。最后制得的FRP筋成品的抗拉強(qiáng)度> 1200MPa，抗剪強(qiáng)度> 200MPa，極限應(yīng)變> 2%，模量> llOGPa，桿體直徑22. 3mm。
權(quán)利要求
1.一種FRP筋的制備方法，以熱塑性樹脂纖維和無機(jī)增強(qiáng)纖維為原料，包括以下步驟A、干燥對熱塑性樹脂纖維進(jìn)行干燥處理，將其含水量降低到40ppm以下；B、集束將干燥后的熱塑性樹脂纖維和無機(jī)增強(qiáng)纖維進(jìn)行交叉、間隔的均勻集束；C、纏繞將集束后的纖維束通過單絲纖維進(jìn)行纏繞，形成螺紋結(jié)構(gòu)，制成FRP筋桿；D、牽伸將步驟C中制得的FRP筋桿通過牽伸機(jī)拉進(jìn)步驟E中的預(yù)成型烘道E、預(yù)成型預(yù)成型烘道內(nèi)的溫度為160 285°C，F(xiàn)RP筋桿的預(yù)成型時間為5 60s，制成預(yù)成型FRP筋；F、成型成型的溫度為180 320°C，由步驟E制得的預(yù)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，制得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，特征在于，所述熱塑性樹脂纖維為聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚酰胺纖維、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(jī)增強(qiáng)纖維為玻璃纖維、玄武巖纖維或碳纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，特征在于，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(jìn)行干燥處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，特征在于，在所述步驟C中，單絲纖維為聚酯纖維、 聚丙烯纖維、聚酰胺纖維、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(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，特征在于，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(jīng)過步驟F成型后，在熱塑性樹脂完全固化前，將FRP 筋制成所需形狀；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，特征在于，在所述步驟Gl中，F(xiàn)RP筋經(jīng)過高溫成型后，在熱塑性樹脂完全固化前的120s內(nèi)，將FRP筋制成所需形狀；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，特征在于，在所述步驟Gl中，將FRP筋制成三角形、圓形、W形、M形。
8.—種FRP筋，其特征在于所述的FRP筋為由權(quán)利要求1至7任一所述的制備方法制備而成的FRP筋。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種FRP筋的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中制備FRP筋時因采用浸漬熱塑性樹脂的工藝而造成的對設(shè)備要求高、能量消耗大、生產(chǎn)成本高、且樹脂長時間處于高溫熔融狀態(tài)會存在嚴(yán)重的降解等技術(shù)問題，本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案主要包括以下步驟以熱塑性樹脂纖維和無機(jī)增強(qiáng)纖維為原料，依次經(jīng)過干燥、集束、纏繞、牽伸、預(yù)成型、成型、冷卻固化、切斷等步驟，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，具有制備工藝簡單、能量消耗少、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明還提供了由該方法制備而成的FRP筋，可以迅速廣泛的應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者何唯平, 張 杰, 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(shí)業(yè)股份有限公司