專利名稱：一種混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于混凝土結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)材料，尤其是纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋。
背景技術(shù)：
在混凝土建筑工程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)充分利用了混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能，已經(jīng)在建筑工程領(lǐng)域被長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用。但是隨著時(shí)間的推移，該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也日漸明顯。由于種種原因，鋼筋混凝土常常產(chǎn)生裂縫，當(dāng)裂縫擴(kuò)及到鋼筋時(shí)，導(dǎo)致鋼筋腐蝕。尤其在北方嚴(yán)寒地區(qū)、大量使用融冰鹽的環(huán)境中以及濱海地區(qū)，這種現(xiàn)象更加明顯。鋼筋腐蝕生銹影響了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的提前破壞。
在2002年7月出版的《第二屆全國(guó)土木工程用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集》中的第18至22頁(yè)、第51至61頁(yè)中的論文都提出用FRP筋(FiberReinforced Polymer Rebar，纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋)來(lái)取代鋼筋，應(yīng)用在工程領(lǐng)域。FRP材料不僅防腐蝕性好，而且抗拉強(qiáng)度高、抗疲勞性能優(yōu)良且質(zhì)量輕，已經(jīng)在建筑工程領(lǐng)域逐漸得到應(yīng)用。
但是FRP是線彈性材料，從受拉開(kāi)始到破壞，其本構(gòu)關(guān)系一直為直線，這個(gè)特點(diǎn)與鋼筋的屈服特點(diǎn)完全不同，而且其延性低、結(jié)構(gòu)脆性易斷裂，這些制約了FRP筋混凝土在工程中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于改善FRP材料的延展性和屈服性能，從而促進(jìn)FRP筋混凝土在工程上的應(yīng)用。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋，其主要成分包括碳纖維、玻璃纖維、乙烯基樹(shù)脂和固化劑，它們的體積比分別為碳纖維5％至35％，玻璃纖維5％至35％，乙烯基樹(shù)脂20％至30％，固化劑0.5％至2％。另外還有促進(jìn)劑、填料、低收縮劑、脫模劑、阻燃劑、顏料等輔助成分，其體積比分別為促進(jìn)劑1％至2％，填料3％至5％，其余部分所占比例一共為5％至8％。其中，固化劑主要作用是使樹(shù)脂固化，其成分可以為過(guò)氧化物，如叔丁基過(guò)氧化氫、異丙苯過(guò)氧化氫、過(guò)氧化甲乙酮、過(guò)氧化環(huán)己酮、過(guò)氧化二苯甲酰、過(guò)苯甲酸叔丁酯等；促進(jìn)劑主要用于降低反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)在適宜溫度下進(jìn)行，其成分可以為二甲基苯胺、二甲基對(duì)甲苯胺、環(huán)烷酸鈷、萘酸鈷等；填料用于改善樹(shù)脂的工藝性及成品的性能，同時(shí)降低成本，其成分可以為碳酸鈣、石英粉、滑石粉；低收縮劑主要用于控制乙烯基樹(shù)脂的固化收縮率，其成分可以為熱塑性聚合物，如聚苯乙烯、聚醋酸乙烯；脫膜劑主要是使本產(chǎn)品在成型過(guò)程中脫模更容易，其成分可以為金屬皂類、脂肪酸、脂肪酸酯及烯烴類臘，常用硬脂酸鋅和杜邦公司的Zeleeux；阻燃劑主要用于抑制材料的燃燒，防止火災(zāi)時(shí)本材料產(chǎn)生助燃效果，其成分可以為三氧化二銻、水合氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鹽及有機(jī)鹵化物阻燃劑和有機(jī)磷化物阻燃劑，如氯化石蠟、AL(OH)3。
本混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋以碳纖維束為內(nèi)核，以玻璃纖維為外圍絲束，將玻璃纖維絲束三維編織在碳纖維絲束外圍，再浸漬添加了固化劑的乙烯基樹(shù)脂，然后加熱固化，最后拉擠成型。
經(jīng)過(guò)上述工藝成型的混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋，其彈性模量接近120Gpa，極限應(yīng)變達(dá)到3％至4％，是CFRP筋(Carbon Fiber Reinforced Polymer Rebar，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋)的2.1倍左右。與普通FRP筋相比，本混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋具有明顯的屈服性能，其層間剪切強(qiáng)度高、與混凝土的粘接性能好。
本發(fā)明所述的混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋可以廣泛應(yīng)用在建筑工程領(lǐng)域及礦井、隧道、邊坡、井坑等錨固領(lǐng)域，并且價(jià)格上與普通CFRP筋相比，大大降低；性能上與普通GFRP筋(Glass Fiber Reinforced Polymer Rebar，玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋)相比，大大提高。


圖1是混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋的制備流程示意2是混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋的橫斷面結(jié)構(gòu)示意中，1為碳纖維束內(nèi)核，2為編織裝置，3為玻璃纖維絲束，4為浸膠裝置，5為加熱模具，6為后固化裝置，7為拉擠裝置，8為裁切裝置，9為乙烯基樹(shù)脂。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式一、按下表所列原料及其體積比制備Φ15mm混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋

二、制備流程圖1所示為本發(fā)明所述材料的制備流程。玻璃纖維絲束3通過(guò)編織裝置2三維編織在碳纖維束內(nèi)核1上，再通過(guò)浸膠裝置4浸漬添加了固化劑的乙烯基樹(shù)脂，然后經(jīng)過(guò)加熱模具5加熱，使樹(shù)脂初步固化，再通過(guò)后固化裝置6進(jìn)一步固化并預(yù)成型，再經(jīng)過(guò)拉擠裝置7，使預(yù)成型的混雜纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋成型，最后在裁切裝置8上切割成合適的長(zhǎng)度。
三、材料結(jié)構(gòu)圖2所示為本發(fā)明所述材料的橫斷面結(jié)構(gòu)。中心部分1為碳纖維內(nèi)核，玻璃纖維絲束3三維編織在碳纖維束內(nèi)核1上。分布在碳纖維束內(nèi)核1和玻璃纖維絲束3之間的是乙烯基樹(shù)脂2。外緣的突出部分為編織所形成的肋，它在材料表面形成了凹凸不平的結(jié)構(gòu)，增加了本材料與混凝土的接觸表面積，有利于提高本材料與混凝土的粘接性能。
四、性能測(cè)試將通過(guò)上述配方和制備方法制得的Φ15mm混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋放在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)下測(cè)試，得到其本構(gòu)關(guān)系曲線，該曲線表明，在纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋受力后，其表現(xiàn)出一定的線性，之后出現(xiàn)一個(gè)明顯的屈服階段，直至破壞。曲線上可以明顯看到屈服強(qiáng)度、屈服應(yīng)變和極限強(qiáng)度、極限應(yīng)變，這與鋼筋有許多相似之處。多組實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本混雜纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋的屈服強(qiáng)度達(dá)到900MPa，極限應(yīng)變達(dá)到3.1％，極限強(qiáng)度是屈服強(qiáng)度的1.5倍左右。經(jīng)過(guò)計(jì)算，其彈性模量達(dá)到110Gpa左右。
五、有益效果與普通FRP筋相比，本混雜纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋具有以下優(yōu)點(diǎn)1.以三維結(jié)構(gòu)編織而成，增強(qiáng)了筋材的層間剪切強(qiáng)度，克服了普通拉擠筋材容易產(chǎn)生分層的缺點(diǎn)。
2.三維編織形成的表面肋結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了本混雜纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋與混凝土的粘接能力。
3.充分利用碳纖維的高模量和玻璃纖維的高極限延伸率(與碳纖維相比)的特點(diǎn)，使得本混雜纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋的彈性模量與普通的GFRP筋相比得到很大提高，極限延伸率達(dá)到3％以上。
4.受力時(shí)有屈服階段，有明顯的屈服強(qiáng)度、屈服應(yīng)變以及極限強(qiáng)度、極限應(yīng)變，彌補(bǔ)了普通FRP筋的弱點(diǎn)，可以直接利用現(xiàn)行的鋼筋混凝土規(guī)范。
權(quán)利要求
1.一種混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋，其特征在于它主要由碳纖維、玻璃纖維、乙烯基樹(shù)脂、固化劑、促進(jìn)劑組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋，其特征在于它還含有填料、低收縮劑、脫模劑、阻燃劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋，其特征在于各成分的體積含量分別為碳纖維5％至35％，玻璃纖維5％至35％，乙烯基樹(shù)脂20％至30％，固化劑0.5％至2％，促進(jìn)劑1％至2％，填料3％至5％，低收縮劑、脫模劑、阻燃劑三者總含量控制在5％至8％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋，其特征在于固化劑的成分可以為叔丁基過(guò)氧化氫、異丙苯過(guò)氧化氫、過(guò)氧化甲乙酮、過(guò)氧化環(huán)己酮、過(guò)氧化二苯甲酰、過(guò)苯甲酸叔丁酯或它們中間任意兩種或兩種以上物質(zhì)的混合物；促進(jìn)劑的成分可以是以苯乙烯為溶劑，與二甲基苯胺、二甲基對(duì)甲苯胺、環(huán)烷酸鈷、萘酸鈷中任意一種物質(zhì)組成的溶液；填料的成分可以為碳酸鈣、石英粉、滑石粉或它們中間任意兩種或三種的混合物；低收縮劑的成分可以為熱塑性聚合物，如聚苯乙烯、聚醋酸乙烯或它們的混合物；脫膜劑的成分可以為金屬皂類、脂肪酸、脂肪酸酯、烯烴類臘或它們中間任意兩種或兩種以上物質(zhì)的混合物；阻燃劑的成分可以為三氧化二銻、水合氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鹽、有機(jī)鹵化物阻燃劑、有機(jī)磷化物阻燃劑或它們中間任意兩種或兩種以上物質(zhì)的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋，其特征在于它按照以下方法和步驟制備1)以碳纖維為內(nèi)核，將玻璃纖維三維編織在其外圍；2)浸漬添加了固化劑的乙烯基樹(shù)脂；3)加熱固化；4)再固化；5)拉擠成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于混凝土結(jié)構(gòu)的混雜碳纖維玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂筋，其主要成分包括碳纖維、玻璃纖維、乙烯基樹(shù)脂、固化劑和促進(jìn)劑，其中碳纖維的體積含量為5％至35％，玻璃纖維為5％至35％，乙烯基樹(shù)脂為20％至30％。另外還有填料、低收縮劑、脫模劑、阻燃劑等輔助成分。本樹(shù)脂筋以碳纖維束為內(nèi)核，將玻璃纖維絲束三維編織在其外圍，再浸漬在添加了固化劑的乙烯基樹(shù)脂中，然后加熱固化，拉擠成型。本材料具有良好的延展性和屈服性能，廣泛應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，可以作為鋼筋的替代品。
文檔編號(hào)C04B14/42GK1915884SQ200510036568
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月19日
發(fā)明者霍超, 何唯平 申請(qǐng)人:深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司