[發(fā)明專利]利用熱塑性預浸帶制備復合材料桿的成型裝置及成型方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110720230.5
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113442465A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設計）人: 咸貴軍;李承高;董少策;周平;王俊琦
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: B29C70/42
• 分類號: B29C70/42;B29C70/54
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

一種利用熱塑性預浸帶制備復合材料桿的成型裝置及成型方法，屬于土木工程復合材料桿制備技術領域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的對熱塑性樹脂復合材料桿制備工藝中存在成本高、能耗大及生產(chǎn)效率低的問題。中間支座與底座之間通過若干固定螺栓固接，中間支座的中部沿其長度方向開設有長條狀的限位通孔，頂蓋的底端一體加工有長條狀的凸塊結構，且所述凸塊結構配合插裝在所述限位通孔內(nèi)，底座上端面沿其長度方向開設有第一凹槽，凸塊結構的下端面沿其長度方向開設有第二凹槽，第一凹槽與第二凹槽長度相同且對接呈圓孔狀。

技術領域

本發(fā)明涉及一種利用熱塑性預浸帶制備復合材料桿的成型裝置及成型方法，屬于土木工程復合材料桿制備技術領域。

背景技術

橋梁服役過程中預應力鋼絞線斜拉索性能的過早退化造成橋梁結構的可靠度不足與安全隱患，同時拉索的頻繁更換與維修增加了人工與材料成本。相關研究表明，以輕質(zhì)高強、耐久的纖維增強復合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)桿體合理替代比強度低、腐蝕性差的鋼絞線有望實現(xiàn)橋梁工程結構的高性能與長壽命，提升服役過程中的安全性和耐久性。

目前，橋梁結構用FRP桿體的主要基體類型為熱固性樹脂，如環(huán)氧樹脂，其具有加工成型簡便、生產(chǎn)效率高、強度/模量高等優(yōu)點。然而，熱固性環(huán)氧樹脂具有三維網(wǎng)狀交聯(lián)結構，斷裂韌性差，易在復雜應力條件下產(chǎn)生裂紋及應力集中，引發(fā)疲勞損傷與破壞；此外，環(huán)氧樹脂分子結構含大量羥基，易吸濕，導致樹脂水解、塑化與纖維脫粘，加速纖維復材的疲勞破壞；加之環(huán)氧樹脂固化后無法再次融化并循環(huán)使用，其廢物也不可回收再利用，不僅污染環(huán)境且造成資源浪費。相比下，熱塑性樹脂具有優(yōu)異的斷裂韌性、耐濕熱和耐疲勞性能，加之可回收利用和不污染環(huán)境等特點，逐步取代熱固性樹脂成為纖維復合材料桿體最具潛力的樹脂基體，上述優(yōu)勢使熱塑性樹脂復合材料桿體更適合應用于服役環(huán)境復雜、承載能力要求較高的橋梁結構中作為拉索。

相比于熱固性樹脂復合材料而言，熱塑性樹脂復合材料由于樹脂粘度較大，較難充分浸潤至纖維中而增加了其制備難度。目前，熱塑性樹脂復合材料的成型工藝主要包括纖維纏繞成型、擠出成型、離心澆筑成型等。纏繞成型是將預浸過樹脂的連續(xù)纖維或者布帶加熱至熔融后纏繞在芯模上加熱、加壓使其熔接成一個整體，再固化成型和脫模后得到熱塑性樹脂復合材料制品；擠出成型是指纖維在外力牽引作用下，經(jīng)浸膠處理、擠壓成型、加熱固化定型、定長切割后制備熱塑性制品的成型方法；離心澆注成型是把樹脂、纖維和填料按比例放入旋轉模具中，在高速旋轉產(chǎn)生的離心力作用下將物料在模具內(nèi)擠壓密實并排除其中的空氣后固化而獲得熱塑性復合材料制品。采用上述工藝可制備性能較為穩(wěn)定的熱塑性樹脂復合材料預浸帶，這是由于預浸帶厚度小，樹脂可充分的浸潤至纖維中；進一步通過模壓或層壓成型法將熱塑性樹脂預浸帶放入金屬模具中，在一定溫度和壓力作用下使樹脂融化后冷卻后制備出不同尺寸且性能穩(wěn)定的熱塑性樹脂復合材料板材。然而，目前對于熱塑性樹脂復合材料桿的制備主要通過擠出設備生產(chǎn)，具有成本高、能耗大及生產(chǎn)效率低等缺點，尚缺少一種有效、簡易與能耗較低的熱塑性樹脂復合材料桿體的成型方法與裝置。

針對以上現(xiàn)有對熱塑性樹脂復合材料桿制備工藝中存在成本高、能耗大及生產(chǎn)效率低等問題，急需提出一種簡易可靠、加工方便、適用范圍廣的熱塑性樹脂復合材料桿的成型裝置與方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述技術問題，進而提供了一種利用熱塑性預浸帶制備復合材料桿的成型裝置及成型方法。

本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種利用熱塑性預浸帶制備復合材料桿的成型裝置，它包括由上到下依次布置且緊密貼合的頂蓋、中間支座及底座，其中中間支座與底座之間通過若干固定螺栓固接，中間支座的中部沿其長度方向開設有長條狀的限位通孔，頂蓋的底端一體加工有長條狀的凸塊結構，且所述凸塊結構配合插裝在所述限位通孔內(nèi)，底座上端面沿其長度方向開設有第一凹槽，凸塊結構的下端面沿其長度方向開設有第二凹槽，第一凹槽與第二凹槽長度相同且對接呈圓孔狀。