一种带肋FRP箍筋及制备方法[发明专利]

(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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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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(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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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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图5

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