一种热塑性复合材料筋材及其生产方法技术

本发明专利技术是一种热塑性复合材料筋材及其生产方法，包括：光圆筋；肋纹，其螺旋设置在所述光圆筋的外壁上；多个连接钉，其沿所述肋纹顶部插入至所述光圆筋中形成所述筋材；本发明专利技术具有如下优点：1、连接钉的存在大幅度了增强了筋材径向的强度，解决了单纯的缠绕型的肋纹与主体之间仅靠基体粘结所导致的脱粘破坏，以及与混凝土粘结时粘结强度降低的问题；2、表面凹坑与金刚砂层的共同存在，进一步提高了筋材表面的粗糙度，有利于提高筋材与混凝土的粘结强度；3、工艺过程简单，可实现连续化生产。可实现连续化生产。可实现连续化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种热塑性复合材料筋材及其生产方法


[0001]本专利技术涉及一种筋材，具体是一种热塑性复合材料筋材及其生产方法。

技术介绍

[0002]自从1824年波特兰水泥专利技术以来，混凝土与钢筋混凝土很快就成为主要的土木工程材料，并在各种土木工程中得到了的广泛应用。第二次世界大战以后，随着混凝土技术的进步和工程建设的发展，水泥混凝土的用量大幅增加。混凝土已经成为用量最大、应用范围最广的建筑材料。混凝土具有高碱性，如果选用适合于具体环境的正常材料，仔细设计和施工，可使混凝土保护层具有密实组织、足够厚度，并在使用中防止了微裂纹扩展，可以保证钢筋长期完好，不受腐蚀。也就是说，在一般环境甚至恶劣的海洋环境中，钢筋混凝土和预应力混凝土结构也应该是可以很耐久的。但事实上由于混凝土的碳化，特别是氯化物污染(海洋、海岸工程与撒除冰盐的路桥工程)结构混凝土，引起钢筋腐蚀、混凝土顺筋胀裂、层裂和剥落破坏，目前已成为威胁全世界和我国混凝土结构耐久性的主要灾害。由于耐久性不良而引起的工程失效、损伤、损坏事故屡见不鲜，由此带来的工程加固和拆除等费用迅速增加，也造成了极大的经济损失，其相关研究也己成为全世界工程界关注的难题。在影响钢筋混凝土耐久性的众多因素中，钢筋腐蚀引起的混凝土结构过早破坏，已成为全世界普遍关注并日益突出的一大灾害。
[0003]随着材料的发展与科技的进步，纤维增强树脂基复合材料(FRP)以其轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳性能优异及可设计性强等特点成为钢筋的可替代性产品。采用复合材料筋材替代传统钢筋，可从根本上解决因钢材锈蚀而引起的结构耐久性不足问题，并满足结构轻量化的需求。
[0004]复合材料筋材分为热固性复合材料筋材和热塑性复合材料筋材，其中目前广泛应用的为热固性复合材料筋材。但热固性复合材料筋材由于成型后无法再次变形，因此无法像传统钢筋一样在实际使用中进行弯折，只能通过成型前进行弯折生产弯筋；同时热固性复合材料筋材难以回收再次利用，因此限制了其的应用。热塑性复合材料筋材恰恰克服了热固性复合材料筋材的缺点，具有良好的应用前景。
[0005]文献资料表明，热塑性复合材料筋材与混凝土的粘结强度主要依靠机械咬合力和摩擦力。因此，提高热塑性复合材料筋材与混凝土的粘结强度一方面要提高筋材表面的粗糙度，另一方面要提高肋纹的高度，而肋纹高度过高也可能导致肋纹提前破坏，从而导致粘结强度降低。
[0006]综上，如何提高筋材表面的粗糙度以及肋纹与光圆筋之间的连接强度，从而提高与混凝土的粘结强度成为了本领域研究人员急需解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是：如何提高筋材表面的粗糙度以及肋纹与光圆筋之间的连接强度；
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术是一种热塑性复合材料筋材，包括：光圆筋；肋纹，其螺旋设置在所述光圆筋的外壁上；多个连接钉，其沿所述肋纹顶部插入至所述光圆筋中形成所述筋材；
[0010]传统的筋材是采用基体将光圆筋与肋纹连接，现在增加连接钉加强了筋材的径向连接强度，解决了单纯的缠绕型的肋纹与光圆筋之间仅靠基体粘结所导致的脱粘破坏，以及与混凝土粘结时粘结强度降低的问题；此外，增加连接钉能够增加与混凝土的接触面积，提高了筋材与粘结力。
[0011]为了限制连接钉的插入角度，本专利技术采用连接钉的轴线与所述光圆筋轴线的夹角角度为45
°
～135
°
；
[0012]连接钉不同的插入角度可导致连接钉中的纤维方向与光圆筋的纤维方向的角度不一致，从而在筋材不同方向受力时，对肋纹破坏的克服能力产生差异。垂直插入对轴向两个方向上受力基本一致；相邻两连接钉的插入角度对称的话受力也基本一致；但如果是全为正或者全负，则两个方向上差异会很大；因此在插入连接钉时，需要保证连接钉垂直于光圆筋轴线方向，或相邻两连接钉的插入的角度对称设置。
[0013]为了提高筋材表面的粗糙度，有利于提高筋材与混凝土的粘结强度，本专利技术采用材表面设置有多个凹坑以及筋材表面喷涂有金刚砂层。
[0014]为了说明筋材的生产方法，包括如下步骤：步骤(1)通过热塑性拉挤工艺将连续单向纤维增强热塑性复合材料制造出所述光圆筋、所述肋纹所需带材和所述连接钉所需棒材；步骤(2)将所述棒材截取为连接钉所需长度，一端加工打磨为尖头；步骤(3)将所述带材螺旋缠绕到光圆筋上；步骤(4)在加热的情况下，将所述连接钉均匀快速地从所述肋纹顶部插入所述光圆筋中；步骤(5)在加热的情况下，对螺旋状的所述肋纹施加压力，使得所述肋纹与所述光圆筋完全贴合；步骤(6)对步骤(5)中形成的半制品进行加热，使得所述连接钉、肋纹、光圆筋中的基体完全熔融后，使其可冷却后形成整体。步骤(7)在加热的情况下，使用空气针使得所述筋材表面形成均匀的所述凹坑；步骤(8)在加热的情况下，对所述筋材表面进行喷砂，使金刚砂层镶嵌到所述筋材上；(9)冷却，获得最终的产品；
[0015]步骤(2)中连接钉的端部为尖头，便于连接钉从肋纹顶部插入至光圆筋中，在步骤(4)中需要保证的是连接钉的温度低于光圆筋、肋纹的温度，保证连接钉插入于光圆筋、肋纹的同时，连接钉不受温度影响发生形变；步骤(7)中，在此提高加热温度，使得连接钉、光圆筋、肋纹三者熔融连接。
[0016]进一步，步骤(1)中采用的复合材料中的增强纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维的一种或多种；步骤(1)中采用的复合材料中的热塑性基体材料为聚乙烯或聚苯乙烯或聚丙烯或聚酰胺或聚酯或聚碳酸酯或聚酰亚胺或聚苯硫醚或聚醚醚酮或聚己二酰己二胺。
[0017]进一步，所述带材的截面为左右对称的峰形，其宽高比为0.25～5.0；
[0018]在本方案中，带材高度越高越好，能够增加与混凝土的接触棉结，保证与混凝土的摩擦力。
[0019]进一步，所述连接钉的长度不小于所述带材的高度与1/4所述光圆筋直径之和，不大于所述带材的高度与3/4所述光圆筋直径之和；
[0020]这样一来，连接钉的长度的最小值是为了保证足够克服肋纹与光圆筋之间可能的
脱粘破坏，连接钉的长度的最大值时为了防止对光圆筋可能造成的劈裂等现象。
[0021]进一步，步骤(4)中，所述连接钉插入时，所述光圆筋和所述带材的温度不低于复合材料基体的热变形温度，不高于复合材料基体的熔融温度+20℃；此时，所述连接钉的温度不低于室温，不高于合材料基体的热变形温度；步骤(5)中，对螺旋状所述肋纹施加压力时，半制品的温度不低于复合材料基体的熔融温度
‑
20℃，不高于复合材料基体的熔融温度+20℃；步骤(6)中，加热温度不低于复合材料基体的熔融温度，不高于复合材料基体的熔融温度+20℃；步骤(7)中，加热温度不低于复合材料基体的熔融温度，不高于复合材料基体的熔融温度+20℃；步骤(7)中，在出气针头的作用下，使得所述筋材表面所产生的所述凹坑的平均直径和平均深度均不小于0.5mm，不大于2mm；步骤(8)中，加热温度不低于基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热塑性复合材料筋材，其特征在于，包括：光圆筋；肋纹，其螺旋设置在所述光圆筋的外壁上；多个连接钉，其沿所述肋纹顶部插入至所述光圆筋中形成所述筋材。2.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料筋材，其特征在于，所述连接钉的轴线与所述光圆筋轴线的夹角角度为45
°
～135
°
。3.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料筋材，其特征在于，所述筋材表面设置有多个凹坑。4.根据权利要求3所述的一种热塑性复合材料筋材，其特征在于，所述筋材表面喷涂有金刚砂层。5.一种根据权利要求1
‑
4任意一项所述的一种热塑性复合材料筋材的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)通过热塑性拉挤工艺将连续单向纤维增强热塑性复合材料制造出所述光圆筋、所述肋纹所需带材和所述连接钉所需棒材；步骤(2)将所述棒材截取为连接钉所需长度，一端加工打磨为尖头；步骤(3)将所述带材螺旋缠绕到光圆筋上；步骤(4)在加热的情况下，将所述连接钉均匀快速地从所述肋纹顶部插入所述光圆筋中；步骤(5)在加热的情况下，对螺旋状的所述肋纹施加压力，使得所述肋纹与所述光圆筋完全贴合；步骤(6)对步骤(5)中形成的半制品进行加热，使得所述连接钉、肋纹、光圆筋中的基体完全熔融后，使其可冷却后形成整体。步骤(7)在加热的情况下，使用空气针使得所述筋材表面形成均匀的所述凹坑；步骤(8)在加热的情况下，对所述筋材表面进行喷砂，使金刚砂层镶嵌到所述筋材上；(9)冷却，获得最终的产品。6.根据权利要求5所述的一种热塑性复合材料筋材的生产方法，其特征在于，步骤(1)中采用的复合材料中的增强纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维的一种或多种；步骤(1)中采用的复合材料中的热塑性基体材料为聚乙烯或聚苯乙烯或聚丙烯或聚酰胺或聚酯或聚碳酸酯或聚酰亚胺或聚苯硫醚或聚醚醚酮或聚己二酰己二胺；所述带材的截面为左右对称的峰形，其宽高比为0.25～5.0；所述连接钉的长度不小于所述带材的高度与1/4所述光圆筋直径之和，不大于所述带材的高度与3/4所述光圆筋直径之和；所述肋纹一个螺距...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚建华，谭佃龙，於仁明，唐宁，朱磊，郭鹏坤，
申请(专利权)人：江苏集萃碳纤维及复合材料应用技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：