[發(fā)明專利]纖維增強(qiáng)筋

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200780052722.X
• 申請日: 2007-12-14
• 公開（公告）號: CN101680226A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘭德爾·布蘭德斯特倫
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭德爾·布蘭德斯特倫
• 主分類號: E04C5/07
• 分類號: E04C5/07;E04C5/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 蔣旭榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于制造纖維增強(qiáng)的增強(qiáng)桿或“筋”的方法。

這里使用的術(shù)語“筋”將包括空心的桿和棒，也就是管。外表面優(yōu)選但不必須是圓形截面。棒可以為任意長度，包括相對短的元件，因此它們有時也稱為“錨桿”。

背景技術(shù)

多年來，纖維增強(qiáng)塑料(FRP)棒越來越多地用于建筑、海上、采礦和其它行業(yè)中。這是因?yàn)镕RP具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如無(化學(xué)藥劑或鹽水)腐蝕、無金屬(或無磁性)和無導(dǎo)電性，拉伸強(qiáng)度是鋼增強(qiáng)棒的大約兩至三倍，重量為1/4，且與鋼棒相比熱膨脹系數(shù)與混凝土或巖石更相容。大部分棒通常通過拉擠成形(pultrusion)處理來制造，并具有線性或均勻的型面。普通的拉擠成形處理包括：從增強(qiáng)材料源中拉出一束增強(qiáng)材料(例如纖維或纖維絲)；通過使增強(qiáng)材料經(jīng)過在開口池中的樹脂槽而潤濕纖維和浸漬它們(優(yōu)選是通過可熱固的聚合物樹脂)；拉動該樹脂潤濕和浸漬的纖維束通過成形模具，以便使得纖維束對齊和使它變成合適的橫截面形狀；以及在模具中固化該樹脂，同時在纖維絲上保持拉伸。因?yàn)槔w維完全通過拉擠成形處理而并不進(jìn)行切割或剁砍，因此形成的產(chǎn)品通常有沿縱向方向(即沿拉動纖維絲的方向)的極高拉伸強(qiáng)度。示例的拉擠成形技術(shù)在美國專利No.3793108(授予Goldsworthy)、4394338(授予Fuwa)、4445957(授予Harvey)和5174844(授予Tong)中介紹。

在很多工業(yè)應(yīng)用中，F(xiàn)RP均勻型面或線性棒提供了多個優(yōu)點(diǎn)。棒具有抗腐蝕性，并有很高的拉伸強(qiáng)度和降低了的重量。過去，螺紋鋼棒或錨桿廣泛用于工程實(shí)踐。不過，在瑞典對用灰漿灌漿的鋼錨桿的長期觀察表明，灌漿材料的質(zhì)量在50％的物體中不充分，更多錨桿受到嚴(yán)重腐蝕(參考Hans?K.Helfrich)。與鋼錨桿相反，F(xiàn)RP錨桿具有抗腐蝕性，并能夠同時用于暫時支承件和最終襯墊，且具有FRP巖石錨桿的單襯墊隧道的建造成本比通過普通現(xiàn)場混凝土制造的隧道低33％至50％(參考Amberg?Ingenieurburo?AG，Zurich)。這種FRP巖石錨桿固定系統(tǒng)具有耐久性，并作為最終襯墊的一部分支承該結(jié)構(gòu)(在它的整個壽命中)。而且，由于它們的抗海水腐蝕性，F(xiàn)PR錨桿和錨固件也證明是在海濱(例如岸上或海上的海堤)增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的良好方案。總的來說，玻璃纖維棒/錨桿已經(jīng)有重要地位，并將成為采礦和建筑業(yè)的更重要產(chǎn)品。對于結(jié)構(gòu)增強(qiáng)件，這些行業(yè)的關(guān)鍵需要是提供具有成本效益的長期可靠性。對于這些行業(yè)，在修理和維護(hù)中的成本節(jié)省將很重要，因?yàn)閺?fù)合筋的持續(xù)時間幾乎是無限的。

采礦業(yè)需要復(fù)合棒來用于采礦軸或隧道頂板錨桿。這些棒通常用手帶入采礦隧道中并安裝在頭頂上，因此，有利的是玻璃纖維棒的重量為鋼筋(當(dāng)前廣泛使用鋼筋)的1/4而強(qiáng)度為鋼筋強(qiáng)度的兩倍。玻璃纖維棒還不會損壞采礦設(shè)備。在建筑業(yè)中，例如橋梁、道路、海堤和建筑物結(jié)構(gòu)中，鋼筋增強(qiáng)件廣泛使用，且大部分鋼筋在幾年的使用壽命之后就受到腐蝕。通常，具有鋼筋的結(jié)構(gòu)經(jīng)常在一段時間后剝落。因此，近年來，建筑業(yè)越來越多地使用抗腐蝕的復(fù)合材料筋。

在很多工業(yè)用途中也需要非均勻型面或非線性的螺紋棒。例如，螺紋FRP棒和相關(guān)螺母已經(jīng)在采礦業(yè)中用作巖石錨桿固定系統(tǒng)(例如用于隧道頂板錨桿)，在建筑業(yè)中用作螺紋增強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)(例如在橋梁建筑中)，以及在海上結(jié)構(gòu)中用作海堤錨桿固定系統(tǒng)。

現(xiàn)有制造技術(shù)的螺紋復(fù)合材料桿的結(jié)構(gòu)由兩種類型組成：

1)拉擠成形棒，具有在外表面中的機(jī)械加工螺紋；以及

2)拉擠成形棒，具有纖維粗紗芯，有在芯外側(cè)模制的塑料材料，以便形成螺紋。

在類型1)中，在完全固化后機(jī)械加工復(fù)合材料筋表面的問題是在表面深度的纖維切割成段。當(dāng)纖維切成較短長度時，纖維也失去高拉伸強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。這時，螺紋的強(qiáng)度依賴于固化樹脂的剪切強(qiáng)度，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于纖維的強(qiáng)度。因此，筋不能在拉伸情況下使用，因?yàn)榻畹穆菁y將從芯上剪切走。筋使用專門設(shè)計(jì)的螺母，該螺母壓靠筋，以便當(dāng)負(fù)載置于筋上時使它具有保持強(qiáng)度。螺紋連接在筋上的螺母恰好有足夠阻力，以便吸收在螺母和螺紋表面之間的任何松弛。因此，螺母在沒有預(yù)張緊的情況下使用。

在類型2)中，筋有玻璃纖維粗紗芯和塑料模制的螺紋表面。這種筋只能承受很小的縱向負(fù)載。這是因?yàn)橛赡Ｖ扑芰闲纬傻穆菁y沒有玻璃纖維增強(qiáng)件來用于具有縱向強(qiáng)度。其它筋(例如在MarshallIndustries?Composites?Inc?C-BAR?1996中所示的筋)是纖維增強(qiáng)聚酯芯和聚氨酯改性的乙烯基酯外皮的組合，它們并不包括在筋表面中的螺紋特征。