CN104960211A - Frp筋制备工艺及frp筋制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供FRP筋制备工艺及FRP筋制备装置，其中，FRP筋制备工艺包括以下步骤:步骤1、送纱；步骤2、浸胶：该步骤的热固性树脂中均匀混入低温交联反应引发剂和高温交联反应引发剂；步骤3、预成型；步骤4、预热：对预成型后的FRP筋进行加热；步骤5、二次成型；步骤6、缠绕成肋；步骤7、加热固化。用于FRP筋制备工艺的FRP筋制备装置，包括预成型模具和二次成型模具，在预成型模具和二次成型模具之间设有热源。本发明在步骤4对预成型后的FRP筋进行预热，FRP筋达到低温固化温度开始初步固化；在步骤5中，对FRP筋在二次成型模具中再次拉挤成型然后缠绕成肋并加热固化，有效缓解了热固性树脂基体由于重力引起的向下流动问题，完全固化后的FRP筋的均匀度较好。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维复合材料的制备工艺及装置，尤其是一种土木工程用FRP筋制备工艺及装置。
背景技术
工程实践表明，化冰盐的使用、恶劣的气候条件以及其他因素容易引起钢筋和钢绞线锈蚀，导致混凝土结构耐久性降低。纤维增强聚合物（Fiber Reinforced Polymer，简称FRP）筋具有轻质高强、耐腐蚀、低松弛和抗疲劳性能好等优点，以FRP筋作为纵筋、腹筋或预应力筋用于混凝土结构中，能提高混凝土结构的耐久性，具有良好的经济和社会效益。
FRP筋由具有抗拉作用的纤维和具有粘结作用的聚合物基体两部分组成。其中，采用热固性树脂基体的FRP筋由于其生产设备简单、能耗低等优势，在土木工程中已逐步得到推广应用。以热固性树脂为基体的FRP筋主要采用传统的拉挤缠绕生产工艺，包括送纱、浸胶、成型、缠绕成肋和加热硬化等过程，其制备装置主要有沿FRP筋的传送方向依次设置的纱架、浸胶槽、穿纱板、成型模具、绕线轴、加热通道、牵引机和切割机。由于传统拉挤缠绕生产工艺制成的FRP筋的纤维和热固性树脂基体的分布不均匀，导致FRP筋性能和质量下降。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种科学的技术解决方案。
发明内容
经过技术人员的大量试验和分析，得到上述问题的成因：在加热固化工序中，热固性树脂基体在加热后的流动性迅速增加，随着温度增加至一定程度，将触发固化反应，热固性树脂基体发生固化而失去流动性。传统工艺在FRP筋初次成型后，直接进入加热通道进行固化成型，由于热固性树脂基体从常温达到固化温度需要一定时间，在发生固化反应前，热固性树脂基体在重力作用下向筋材底部聚集并不断下滴，造成纤维与热固性树脂基体的分布不均匀，进而影响FRP筋的性能和质量。同时，不断下滴的树脂基体在加热通道中大量堆积，也会影响生产的正常进行。
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种FRP筋制备工艺，同时本发明还提供了用于FRP筋制备工艺的FRP筋制备装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：FRP筋制备工艺，包括以下步骤：
步骤1、送纱；
步骤2、浸胶：将纤维束匀速通过均匀混有低温交联反应引发剂和高温交联反应引发剂的液态热固性树脂中浸渍；
步骤3、预成型：在预成型模具中将浸胶后的纤维束进行拉挤预成型，形成FRP筋；
步骤4、预热：对步骤3中预成型后的FRP筋进行加热，使得FRP筋达到低温固化温度并开始低温固化，目的是使FRP筋中的热固性树脂基体开始由液态向凝胶状态过度，降低热固性树脂基体流动性并提高FRP筋的温度；
步骤5、二次成型：将步骤4中预热后的FRP筋在二次成型模具中再次拉挤成型，使得热固性树脂基体和纤维束重新均匀分布；
步骤6、缠绕成肋：二次成型后的FRP筋经绕线轴的缠绕，形成凹陷肋；
步骤7、加热固化：对步骤6中缠绕成肋的FRP筋进行加热使得FRP筋迅速达到高温固化温度并完全固化。
优选的，步骤4中，通过红外加热器对FRP筋进行加热。
用于FRP筋制备工艺的FRP筋制备装置，包括预成型模具和用于对预热后的FRP筋再次拉挤成型的二次成型模具，在所述预成型模具和所述二次成型模具之间设有用于对FRP筋进行预热的热源。
优选的，所述热源为红外加热器。
优选的，所述红外加热器的下方设有废胶收集槽。
本发明相对现有技术具有实质性特点和进步。具体地说，在FRP筋制备工艺中，热固性树脂基体中混有低温交联反应引发剂和高温交联反应引发剂，步骤4对预成型后的FRP筋进行预热，FRP筋达到低温交联反应温度开始进行较柔和的低温固化。此过程中，FRP筋中原本液态的热固性树脂基体在低温固化过程中由液态向凝胶状态过度，逐渐失去流动性而且变得柔软并具有可塑性，同时FRP筋的温度也有一定程度的提高。这样在步骤5中，二次成型模具将FRP筋进行再次拉挤成型，经过二次成型的FRP筋中的热固性树脂基体和纤维束重新均匀分布。需要指出的是，预热步骤4中，预热后的FRP筋温度控制在高温固化温度以下；如果预热温度高于高温固化温度，热固性树脂基体迅速固化变硬，则无法进行二次成型步骤。由于经过了预热步骤4，FRP筋本身具有一定的温度，因此二次成型并缠绕成肋的FRP筋在高温作用下迅速到达高温交联反应温度并完全固化，有效缓解了热固性树脂基体引起的向下流动问题。因此，完全固化后的FRP筋的均匀度较好，产品性能和产品质量得到大幅度提高，同时减少了高温固化时加热通道中废胶的堆积。
用于FRP筋制备工艺的FRP筋制备装置，在预成型模具之后，沿FRP筋传送方向依次设有用于对FRP筋进行预热的热源以及用于对预热后的FRP筋进行再次拉挤成型的二次成型模具。在FRP筋预成型后能够方便地对FRP筋进行预热和再次拉挤成型，保证了FRP筋的质量。
更进一步的，由于预热步骤4中FRP筋在达到低温固化温度之前，热固性树脂基体的流动性增加，热固性树脂会部分下滴，因此在红外加热器的下方设置废胶收集槽，收集在预热过程中下滴的热固性树脂，从而避免了对工作场所的污染。
附图说明
图1是本发明实施例中二次成型制备FRP筋装置的结构示意图。
图中：1、纱架；2、浸胶槽；3、穿纱板；4、预成型模具；5、红外加热器；6、废胶收集槽；7、二次成型模具；8、绕线轴；9、加热通道；10、牵引机；11、切割机。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
FRP筋制备工艺，特征在于包括以下步骤：
步骤1、送纱：在牵引机的拉力下，纤维束从纱架的纱轴中引出；
步骤2、浸胶：将纤维束匀速通过均匀混有低温交联反应引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯和高温交联反应引发剂过氧化苯甲酰的液态环氧乙烯基酯树脂中浸渍；
步骤3、预成型：在预成型模具中将FRP筋进行拉挤预成型；
步骤4、预热：对步骤3中预成型后的FRP筋进行加热，使得FRP筋达到低温固化温度并开始低温固化，本实施例中低温固化温度控制在135℃~145℃之间，目的是使FRP筋中热固性树脂基体开始由液态向凝胶状态过度，降低热固性树脂基体流动性并提高FRP筋的温度；
步骤5、二次成型：将步骤4中预热后的FRP筋在二次成型模具中再次拉挤成型，使得热固性树脂基体和纤维束重新均匀分布；
步骤6、缠绕成肋：二次成型后的FRP筋经绕线轴的缠绕，形成凹陷肋；
步骤7、加热固化：对步骤6中缠绕成肋的FRP筋进行加热使得FRP筋迅速达到高温固化温度触发高温固化，本实施例中高温固化温度控制在190℃～205℃。
在步骤7之后，经切割机切割即可得到预定长度的FRP筋。
本实施例中，FRP筋中的纤维束为玻璃纤维束，预成型模具和二次成型模具的中心线置于同一条直线上。
本实施例中的FRP筋制备工艺，在步骤4对预成型后的FRP筋进行预热，FRP筋达到低温固化温度开始进行较柔和的低温固化。此过程中，FRP筋中原本液态的热固性树脂基体在低温固化过程中由液态向凝胶状态过度，逐渐失去流动性而且变得柔软并具有可塑性，同时FRP筋的温度也有一定程度的提高。这样在步骤5中，二次成型模具将FRP筋进行再次拉挤成型，经过二次成型的FRP筋中的热固性树脂基体和纤维束重新均匀分布。需要指出的是，预热步骤4中，预热后的FRP筋温度控制在高温固化温度以下，如果预热温度高于高温固化温度，热固性树脂基体迅速固化变硬，则无法进行二次成型步骤。由于经过了预热步骤4，FRP筋本身具有一定的温度，二次成型并缠绕成肋的FRP筋在高温作用下迅速到达高温固化温度并完全固化，有效缓解了热固性树脂基体由于重力引起的向下流动问题。因此，完全固化后的FRP筋的均匀度较好，产品性能和产品质量得到大幅度提高，同时减少了高温固化时加热通道中废胶的堆积。需要说明的是低温固化温度即低温交联反应温度，高温固化温度即高温交联反应温度。
在本发明FRP筋制备工艺的其他实施例中，与上述实施例不同的是，热固性树脂基体还可以为双酚A乙烯基树脂等；在本发明的其他实施例中，与上述实施例不同的是，FRP筋中的纤维束还可以为碳纤维束或玄武岩纤维束等；在本发明的其他实施例中，与上述实施例不同的是，在步骤4中还可以通过微波加热器以及其他现有的辐射式加热装置对FRP筋进行加热。
实施例2
用于FRP筋制备工艺的FRP筋制备装置，如图1所示。沿FRP筋传送方向依次设置纱架1、浸胶槽2、穿纱板3、预成型模具4、红外加热器5、二次成型模具7、绕线轴8、加热通道9、牵引机10和切割机11，废胶收集槽6设于红外加热器5的下方。
本实施例中，在预成型模具之后，沿FRP筋传送方向依次设有用于对FRP筋进行预热的热源以及用于对预热后的FRP筋进行再次拉挤成型的二次成型模具。在FRP筋预成型后能够方便地对FRP筋进行预热和再次拉挤成型，保证了FRP筋的性能和质量。由于预热步骤4中FRP筋在达到低温固化温度之前，热固性树脂基体的流动性增加，热固性树脂会部分下滴，因此在红外加热器的下方设置废胶收集槽，收集在预热过程中下滴的热固性树脂，从而避免了对工作场所的污染。
在用于FRP筋制备工艺的FRP筋制备装置的其他实施例中，与上述实施例不同的是，热源还可以为微波加热器以及其他现有的辐射式加热装置。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (5)
1.FRP筋制备工艺，特征在于包括以下步骤:
步骤1、送纱；
步骤2、浸胶：将纤维束匀速通过均匀混有低温交联反应引发剂和高温交联反应引发剂的液态热固性树脂中浸渍；
步骤3、预成型：在预成型模具中将浸胶后的纤维束进行拉挤预成型，形成FRP筋；
步骤4、预热：对步骤3中预成型后的FRP筋进行加热，使得FRP筋达到低温固化温度并开始低温固化，目的是使FRP筋中的热固性树脂基体开始由液态向凝胶状态过度，降低热固性树脂基体流动性并提高FRP筋的温度；
步骤5、二次成型：将步骤4中预热后的FRP筋在二次成型模具中再次拉挤成型，使得热固性树脂基体和纤维束重新均匀分布；
步骤6、缠绕成肋：二次成型后的FRP筋经绕线轴的缠绕，形成凹陷肋；
步骤7、加热固化：对步骤6中缠绕成肋的FRP筋进行加热使得FRP筋迅速达到高温固化温度并完全固化。
2.根据权利要求1所述的FRP筋制备工艺，其特征在于：步骤4中，通过红外加热器对FRP筋进行加热。
3.用于FRP筋制备工艺的FRP筋制备装置，其特征在于：包括预成型模具和用于对预热后的FRP筋再次拉挤成型的二次成型模具，在所述预成型模具和所述二次成型模具之间设有用于对FRP筋进行预热的热源。
4.根据权利要求3所述的用于FRP筋制备工艺的FRP筋制备装置，其特征在于：所述热源为红外加热器。
5.根据权利要求4所述的用于FRP筋制备工艺的FRP筋制备装置，其特征在于：所述红外加热器的下方设有废胶收集槽。
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