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一种带肋FRP箍筋及制备方法[发明专利]

来源:锐游网
(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107672194 A(43)申请公布日 2018.02.09

(21)申请号 2017108019.X(22)申请日 2017.09.08

(71)申请人 哈尔滨工程大学

地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南

通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人 张建华 官成宇 林佳悦 杨浩 

周恩惟 佟丽莉 杨思远 刘书建 (51)Int.Cl.

B29C 70/32(2006.01)B29C 70/(2006.01)E04C 5/07(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图4页

()发明名称

一种带肋FRP箍筋及制备方法

(57)摘要

本发明公开了一种带肋FRP箍筋及制备方法,所述带肋FRP由芯模、纤维集束、外模构成;所述的芯模和外模表面有横肋凹槽,横肋凹槽内填满树脂,使用湿法缠绕成型工艺得到FRP缠绕管,切割后得到带肋FRP箍筋成品。所述制备方法步骤:(1)在芯模的内侧横肋凹槽内填满树脂并将芯模安装到缠绕机;(2)使用湿法缠绕成型工艺将纤维缠绕到芯模上;(3)在外模的外侧横肋凹槽内填满树脂,进行合模;(4)合模完成后将装配体放入加热室进行加热固化;(5)冷却后脱模得到FRP缠绕管;(6)用切割刀片将FRP缠绕管按照设计宽度切割成最终带肋FRP箍筋成品。本发明制备的带肋FRP箍筋具有纤维连续,纤维抗拉强度高,混凝土握裹力强,生产效率高,成本低等优点。

CN 107672194 ACN 107672194 A

权 利 要 求 书

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1.一种带肋FRP箍筋及制备方法,其特征在于:所述带肋FRP箍筋由芯模(1)、纤维集束(2)、外模(3)、缠绕控制机(6)、树脂(8)及切割刀片(11)等制备而成;所述的芯模(1)和外模(3)表面有横肋凹槽(4),横肋凹槽(4)内填满树脂(8),使用湿法缠绕成型工艺得到FRP缠绕管(10),切割后得到带肋FRP箍筋成品(12)。

2.根据权利要求1所述的一种带肋FRP箍筋及制备方法,其特征在于:所述的芯模(1)为空心矩形截面,芯模(1)的角部设置有圆弧倒角;芯模(1)表面均匀涂抹脱模剂。

3.根据权利要求1所述的一种带肋FRP箍筋及制备方法,其特征在于:所述的横肋凹槽(4)形状均为梯形,横肋凹槽(4)的间距不得大于FRP箍筋厚度的0.7倍,横肋凹槽(4)侧面与芯模(1)表面的夹角不得小于45°。

4.根据权利要求1所述的一种带肋FRP箍筋及制备方法,其特征在于:所述的外模(3)表面均匀涂抹脱模剂,表面设置外侧横肋凹槽(5)与芯模(1)表面设置的内侧横肋凹槽(4)的规格一样。

5.根据权利要求1所述的一种带肋FRP箍筋及制备方法,其特征在于:所述的湿法缠绕成型工艺是将纤维集束(2)浸胶后,在张力控制下直接缠绕到芯模(1)上。

6.根据权利要求1所述的一种带肋FRP箍筋及制备方法,其特征在于:所述的FRP缠绕管(10)的外表面和内表面都设置有横肋;将FRP缠绕管(10)通过切割刀片(11)切割后得到带肋FRP箍筋成品(12)。

7.一种带肋FRP箍筋及制备方法,其特征在于,包括如下步骤进行制备:(1)在芯模的内侧横肋凹槽内填满树脂并将芯模安装到缠绕机上;(2)通过使用湿法缠绕成型工艺将纤维缠绕到芯模上;(3)在外模的外侧横肋凹槽内填满树脂,并进行合模;(4)在合模完成后将装配体放入加热室进行加热固化;(5)经过冷却后脱模得到FRP缠绕管;

(6)用切割刀片将FRP缠绕管按照设计宽度切割成最终带肋FRP箍筋成品。8.根据权利要求7所述的一种带肋FRP箍筋及制备方法,其特征在于:所述的步骤(4)中的合模加热固化,加温温度和时间根据树脂型号进行确定。

9.根据权利要求7所述的一种带肋FRP箍筋及制备方法,其特征在于:所述的步骤(6)的切割刀(11)可以选用纤维树脂切割片或金刚石切割刀或劈刀,具体切割方法需要根据实际情况确定。

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说 明 书

一种带肋FRP箍筋及制备方法

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技术领域

[0001]本发明涉及一种纤维复合材料加工方法,特别是一种应用于土木工程中的一种带肋FRP箍筋及制备方法。

背景技术

[0002]随着大规模的经济建设和建筑业高速发展,各种新型材料如雨后春笋般不断涌现。如何利用高性能的材料并与传统的材料结合,创造性地在建筑工程中应用,得以克服了传统材料的不足,并结合新材料与传统材料的优点,摆在了研究者面前。[0003]在钢筋混凝土结构中,箍筋起到抗剪、减小裂缝、形成钢筋笼、防止纵筋屈曲、约束核心混凝土等重要作用。因此,采用轻质高强的FRP筋作为箍筋,能够大幅度提高箍筋性能,从而提高配有FRP筋混凝土构件的性能。另一方面,由于箍筋处于混凝土结构的最外侧,对于外界腐蚀更为敏感,因此采用耐腐蚀的FRP筋替代原有的钢箍筋能够较好的解决腐蚀问题,使得混凝土结构能够用于海洋等腐蚀较为严重的环境中。[0004]FRP(Fiber Reinforced Polymer)筋主要由两部分材料组成:一部分为增强纤维,主要起传递和支撑作用,是受力的主体;另一部分为合成树脂,在复合材料中起粘结和塑型作用,将纤维束结成整体,使纤维丝能够共同受力,同时又能保护纤维丝免受机械破坏和化学腐蚀。

[0005]在土木工程实际工程中,FRP箍筋多为闭合形。目前,FRP箍筋主要有两种制备方法:第一种方法是采用热塑性FRP箍筋拉挤成型后进行二次弯折。试验研究发现,弯曲成型后的FRP箍筋,在弯曲段的强度会显著降低,其值一般为直线段的30%~80%。第二种方法是采用模压法制备FRP箍筋,这种方法虽然成品质量好,但是模具复杂,生产效率低,难以批量生产。

[0006]为了提高FRP箍筋与混凝土的粘结性能,土木工程领域常采用以下几种措施手段对FRP箍筋表面进行加工:(1)在FRP箍筋固化前在筋上螺旋形缠绕纤维束;(2)采用机械法直接对FRP箍筋表面进行加工;(3)用牵引链在表面压制波纹,使筋的表面呈螺纹、粘砂或压痕状;(4)让FRP箍筋通过具有凹凸内表面的模头,形成凹凸;(5)在FRP箍筋上用纤维编织带子,形成凹凸;(6)在FRP箍筋表面覆以粒状物或短纤维。其中方法(1)至(4)仅适用于直线型FRP筋,不易应用到弯曲型FRP筋中(比如梁或柱中的箍筋)。方法(5)和(6)不受FRP筋是直线型或弯曲型的,但是表面粘结性能较差,容易从混凝土中拔出,不能有效发挥出复合材料的优势。

发明内容

[0007]为了克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种带肋FRP箍筋及制备方法。本发明可以高效率生产双面带肋的FRP箍筋,可有效提高FRP筋与混凝土的粘结性能。[0008]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:[0009]一种带肋FRP箍筋及制备方法,其特征在于:所述带肋FRP箍筋由芯模(1)、纤维

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说 明 书

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(2)、外模(3)、缠绕控制机(6)、树脂(8)及切割刀片(11)等制备而成;所述的芯模(1)和外模(3)表面有横肋凹槽(4),横肋凹槽(4)内填满树脂(8),使用湿法缠绕成型工艺得到FRP缠绕管(10),切割后得到带肋FRP箍筋成品(12)。[0010]所述的芯模(1)为空心矩形截面,芯模(1)的角部设置有圆弧倒角;芯模(1)表面均匀涂抹脱模剂。

[0011]所述的横肋凹槽(4)形状均为梯形,横肋凹槽(4)的间距不得大于FRP箍筋厚度的0.7倍,横肋凹槽(4)侧面与芯模(1)表面的夹角不得小于45°。[0012]所述的外模(3)表面均匀涂抹脱模剂,表面设置外侧横肋凹槽(5)与芯模(1)表面设置的内侧横肋凹槽(4)的规格一样。

[0013]所述的湿法缠绕成型工艺是将纤维(2)浸胶后,在张力控制下直接缠绕到芯模(1)上。

[0014]所述的FRP缠绕管(10)的外表面和内表面都设置有横肋;将FRP缠绕管(10)通过切割刀片(11)切割后得到带肋FRP箍筋成品(12)。[0015]本发明一种带肋FRP箍筋及制备方法,按如下步骤进行制备:[0016](1)在芯模的内侧横肋凹槽内填满树脂并将芯模安装到缠绕机上;[0017](2)通过使用湿法缠绕成型工艺将纤维缠绕到芯模上;[0018](3)在外模的外侧横肋凹槽内填满树脂,并进行合模;[0019](4)在合模完成后将装配体放入加热室进行加热固化;[0020](5)经过冷却后脱模得到FRP缠绕管;[0021](6)用切割刀片将FRP缠绕管按照设计宽度切割成最终带肋FRP箍筋成品。[0022]所述的步骤(4)中的合模加热固化,加温温度和时间根据树脂型号进行确定。[0023]所述的步骤(6)的切割刀可以选用纤维树脂切割片或金刚石切割刀或劈刀,具体切割方法需要根据实际情况确定。[0024]本发明的有益效果在于:

[0025]本发明一种带肋FRP箍筋及制备方法,使用缠绕成型工艺,制成的FRP箍筋在环向上纤维连续不断开,可以有效保证箍筋强度;缠绕成型工艺中内芯角部倒角平滑过渡,能保证箍筋弯曲处的纤维没有褶皱,纤维连续,箍筋弯曲处强度高。使用的内芯模具刚度大,成品精度好;本发明的一体成型的树脂横肋可以有效提高FRP箍筋的抗拔性能,保证FRP箍筋和混凝土之间的粘结。同时使用缠绕成型工艺生产效率高,适合于批量生产。附图说明

[0026]图1为合模示意图;[0027]图2为合模剖面示意图;

[0028]图3为FRP箍筋缠绕成型示意图;[0029]图4为FRP缠绕管切割示意图;[0030]图5为带肋FRP箍筋成品示意图。

具体实施方式

[0031]下面结合附图对本发明进一步详细说明,本实施例在本发明技术方案为前提下进

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说 明 书

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行实施,给出了详细的实施方式,但本发明的保护范围不限于下述实施。[0032]本发明提供了一种带肋FRP箍筋及制备方法。本发明可以高效率生产双面带肋的FRP箍筋,可有效提高FRP筋与混凝土的粘结性能。[0033]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:[0034]一种带肋FRP箍筋及制备方法,所述带肋FRP箍筋由芯模1、纤维2、外模3、缠绕控制机6、树脂8及切割刀片11等制备而成;所述的芯模1和外模3表面有横肋凹槽,横肋凹槽内填满树脂8,使用湿法缠绕成型工艺得到FRP缠绕管10,切割后得到带肋FRP箍筋成品12。[0035]本发明一种带肋FRP箍筋及制备方法,按如下详细步骤进行制备:[0036]步骤一,结合图1所示,芯模1为空心矩形截面,芯模1材料为低碳钢。芯模1的角部均设置有圆弧倒角,倒角处没有内侧横肋凹槽4。结合图2所示,芯模1和外模3表面有内侧横肋凹槽4和外侧横肋凹槽5。所有横肋凹槽形状均为梯形,横肋凹槽的间距不得大于FRP箍筋厚度的0.7倍,横肋凹槽侧面与表面的夹角不得小于45°。结合图2所示,在芯模1上均匀涂抹脱模剂,然后将树脂刷在芯模1上。要求树脂完全填满内侧横肋凹槽4,并且横肋树脂必须有足够的粘性,确保不会发生大的流动。结合图3所示,将芯模1安装到缠绕机上。[0037]步骤二,结合图3所示,首先将纤维纱线7通过小车内装有的树脂8进行浸胶,然后在张力控制下缠绕到芯模1上。由于缠绕时纤维2具有一定的张力,所以纤维2不会进入内侧横肋凹槽4内。缠绕控制机6会控制芯模1的旋转,从而控制纤维2的张力。此外,缠绕控制机6会控制装有树脂8的小车在小车行走梁9上的运动,从而控制纤维2的缠绕角度。[0038]步骤三,结合图1和图2所示,缠绕完成后将芯模1连带纤维2从缠绕控制机6上取下,然后进行合模。外模3首先均匀涂抹脱模剂,然后将树脂刷在外模3上,要求树脂完全填满外侧横肋凹槽5,横肋树脂必须有足够的粘性,确保不会发生大的流动。同样,在张力作用下,纤维2不会进入外侧横肋凹槽5内。结合图1所示,一共有四块外模3,分别从四个方向上对纤维2施加0.02~0.06MPa的压力,在外压作用下,纤维2将更加密实,从而具有更高的强度。压力不宜太大,过大的压力会将纤维2压入内侧横肋凹槽4和外侧横肋凹槽5中。[0039]步骤四,合模完成后将装配体放入加热室进行加热固化,加热温度和时间根据树脂型号进行确定,固化温度一般为80~150℃,固化时间一般为2~3h。[0040]步骤五,固化完成后将装配体取出加热室,并在室温下自然冷却,冷却后将芯模1从FRP缠绕管10中取出。玻璃纤维热膨胀系数为(2.7~7.2)×10-6/℃,低碳钢热膨胀系数为(11.3~13)×10-6/℃。由于低碳钢热膨胀系数大于玻璃纤维热膨胀系数,所以冷却后的FRP缠绕管10会自然地和芯模1分离。[0041]步骤六,结合图4所示,使用切割刀片11将固化后的FRP缠绕管10按照设计宽度切割成最终带肋FRP箍筋成品12。箍筋的宽度不宜大于FRP箍筋厚度的1.5倍。切割刀片11有多种选择,需要根据纤维类型和纤维缠绕角度进行确定,可以选用纤维树脂切割片或金刚石切割片或劈刀,具体切割方法需要根据实际情况确定。[0042]结合图5所示,为带肋FRP箍筋成品,本发明的带肋FRP箍筋双面带肋(内侧和外侧),箍筋抗拔性能好;横肋和纤维一体成型,横肋不会出现剥离问题;纤维连续,箍筋强度高。

[0043]以上是本发明的典型实施例,而且本发明的保护范围并不限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本

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发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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说 明 书 附 图

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图3

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图4

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说 明 书 附 图

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图5

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