[發明專利]混雜連續纖維增強熱塑性復材筋的制造設備及制備方法

在審

• 申請號: 202310273586.8
• 申請日: 2023-03-21
• 公開（公告）號: CN116141708A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 咸貴軍;周平;白艷博;張樸軒;李承高
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B29C70/52
• 分類號: B29C70/52;B29C70/54;B29C53/64;B29C53/84;B29C69/00
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 孟策

本發明公開一種混雜連續纖維增強熱塑性樹脂復材筋制備裝置及制備方法，以解決現有的增強熱塑性樹脂復材筋制造成本高、強度低、耐疲勞和耐腐蝕性能差的問題。制造設備，包括加熱擠壓成型單元和纏肋裝置，所述的加熱擠壓成型單元包括2n個加熱擠壓成型模塊和2n個錐形孔模具，錐形孔模具固定嵌入在所述的加熱擠壓成型模塊的預制孔內，所述的纏肋裝置包括能夠旋轉的開有中心通道的轉盤，卷軸固定在轉盤的外表面，卷軸上帶有加熱裝置。本發明實現了不同纖維種類的任意比混雜和預浸帶的二次熔融，提高了混雜連續纖維增強熱塑性樹脂復材筋的浸漬質量，降低了缺陷含量。設備具有連續制備生產效率高，適用范圍廣、適用產品種類多的優點。

技術領域

本發明屬于熱塑性復材筋制備領域，具體涉及一種混雜連續纖維增強熱塑性樹脂復材筋制備裝置及制備方法。

背景技術

FRP筋替換傳統鋼筋用于增強混凝土結構可有效解決因鋼筋銹蝕導致的混凝土繡脹、鋼筋力學性能退化、結構耐久性降低等問題。傳統FRP筋為碳/玻璃/玄武巖纖維增強熱固性樹脂(環氧樹脂、乙烯基酯等)存在韌性差、環境適應性差和不可回收等缺陷。

國內外對FRP筋理論研究和應用實踐表明，碳纖維增強樹脂基復材筋具有優異的耐腐蝕、耐疲勞性能，但成本較高；玻璃纖維/玄武巖纖維增強樹脂筋復材筋具有成本低廉，但強度、模量較低，耐疲勞性能和耐腐蝕性能較差。通過碳纖維和玻璃纖維/玄武巖纖維混在制備熱塑性復材筋，可以發揮出碳纖維和玻璃纖維/玄武巖纖維性能和成本優勢，制備更高性價比的土木工程用熱塑性FRP筋。更加充分發揮每種增強纖維的性能優勢，助力熱塑性FRP筋應用與推廣。然而，當前對于混雜連續纖維增強熱塑性FRP筋的制備裝置與工藝極為有限。

現有連續纖維增強熱塑性復材筋的成型裝置與方法，例如中國專利公開號：CN113829641A、CN113829618A、CN?106633367A等現有技術中，均提出了單一連續纖維增強熱塑性復材筋的成型裝置與方面，無法實現混雜連續纖維增強熱塑性復材筋的制備。特別地，中國專利公開號：CN?1597303A中提出了混纖紗熱塑性增強筋專用模具。但由于熱塑性樹脂高粘度特性，致使該方法無法實現高纖維含量、大直徑混雜連續纖維增強熱塑性復材筋的制備；且其成肋方式為機械切割成肋，降低了筋材的力學性能。中國專利公開號：CN114407351?A、CN111976235A和CN?113059784?A中所涉及的混雜均為薄壁型材、板材等的混雜制備方式，其纖維含量仍受熱塑性樹脂粘度制約，仍無法實現土木工程中高纖維含量和大直徑混雜連續纖維增強熱塑性復材筋的制備。

發明內容

基于以上不足之處，本發明提出一種混雜連續纖維增強熱塑性樹脂復材筋制備裝置及制備方法，以解決現有的增強熱塑性樹脂復材筋制造成本高、強度低、耐疲勞和耐腐蝕性能差的問題。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是這樣實現的：一種混雜連續纖維增強熱塑性復材筋的制造設備，包括加熱擠壓成型單元和纏肋裝置，所述的加熱擠壓成型單元包括2n個加熱擠壓成型模塊和2n個錐形孔模具，所述的n為大于等于1的整數，在每個加熱擠壓成型模塊的側面相同位置上開有貫通的預制孔，2n個加熱擠壓成型模塊按平均間隔成直線排列固定在底座上，使得2n個預制孔為同軸，錐形孔模具固定嵌入在所述的加熱擠壓成型模塊的預制孔內，沿復材筋牽引方向，首位至第n個錐形孔模具開有貫通的中心孔，沿中心孔的四周還平均開有多個貫通的腰形孔，其余n個錐形孔模具只開有貫通的中心孔，每個所述的中心孔或腰形孔的錐度均相同，錐度取值范圍為1.0°～2.0°，每個錐形孔模具上的中心孔或腰形孔的錐度方向沿復材筋牽引方向為從大到小；沿復材筋牽引方向、從首位至末位的中心孔的最大內徑以一定間隔尺寸依次逐漸遞減；所述的纏肋裝置包括能夠旋轉的開有中心通道的轉盤，卷軸固定在轉盤的外表面，卷軸上帶有加熱裝置。

進一步的，設要制得的混雜連續纖維增強熱塑性復材筋的直徑為D，所述的加熱擠壓成型模塊的厚度和錐形孔模具的長度均為4D，當D≤6mm時，加熱擠壓成型模塊為4個；當6mmD≤12mm，加熱擠壓成型模塊為6個；當12mmD≤20mm時，加熱擠壓成型模塊為8個。