一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索及织造方法技术

本发明专利技术公开了一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索及织造方法，涉及工程材料技术领域，其中，带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，经纱丝束的走向与主承力部的轴向一致；纬纱丝束沿主承力部的圆周向螺旋缠绕分布，纬纱丝束与经纱丝束交织，以形成机织交织组织，纬纱丝束与最内一层经纱层的经纱丝束缠绕完成后再向外一层的经纱层进行缠绕，以使纬纱丝束与每一层经纱层均形成有经纬交织层，同一径向平面的各经纬交织层构成交织纬面；主承力部设置有机织螺纹，主承力部具有该机织螺纹的部分为其的锚固段，螺纹纬纱沿主承力部的圆周向螺旋缠绕分布。本发明专利技术能够不用树脂材料，把碳纤维丝束制作成符合要求的拉索，并具有锚固段。段。段。

【技术实现步骤摘要】
一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索及织造方法


[0001]本专利技术涉及工程材料
，特别涉及一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，还涉及一种织造方法。

技术介绍

[0002]纤维增强筋，也称FRP筋，由于质轻、拉伸强度高、耐腐蚀、无金属疲劳等优点，可取代钢筋用于建筑工程。现有的FRP筋，都为拉挤筋，其增强纤维呈轴向分布，拉伸强度好，但是横向的抗挤压能力和抗剪强度都比较差。另外拉剂筋表面光滑，无凸起，在建筑中与灌浆材料的结合承力能力较差；无螺纹，不方便预应力时的锚固。
[0003]中国专利文件(申请号为200780052722.X，专利技术名称为纤维增强筋)，很好地分析了螺纹筋的重要性，并指出了现有技术中两种螺纹的缺陷：(1)型，用机械加工的方法加工出螺纹，这样把增强纤维切断了，强度差；(2)型，模制的塑料螺纹，同样也是强度差。这个专利的解决方案是用两束螺旋交叉缠绕的纤维捆绑中间的纵向纤维，使得“在每个缠绕纤维带之间有一部分纵向纤维受挤压和向外凸出”。
[0004]公知的，对于膨松的富于弹性的棉、毛类纤维束，会在捆绑后产生这样的凸出效果；对于碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维这样的增强纤维，则完全不会产生凸出，特别是在纵向纤维拉紧的状态下。另外，上述专利说明书也记载了“通常，缠绕纤维沿每个方向可以间开大约1至3英寸”，这个尺寸作为螺纹的螺距显然比较大，鉴于此，这个专利所提技术方案，并不能解决技术问题“在采矿、建筑和其它行业中需要一种复合材料棒和螺母紧固系统，该棒和螺母具有完全螺纹特征，而没有在上述段中所述的类型(1)和(2)的缺点”。
[0005]另一方面，在复合材料拉索行业，情况是这样的：
[0006]目前，各种高性能增强纤维正越来越多地应用于各个领域。碳纤维以质轻、拉伸强度高、无金属疲劳、耐候性好等优异性能，在工程领域有替代传统钢索的趋势。但是碳纤维的出厂原丝，是12K/24K/48K这样的松散丝束形式，不经过适当加工，无法形成拉索，更无法用于工程。
[0007]目前的机织拉索都是用多根碳纤维筋CFRP合股绞线制成，业内称作碳纤维绞线CFCC。制作时，先通过拉挤将碳纤维制成直径5
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11mm的单根纤维筋，拉挤的过程实际就是碳纤维与树脂材料复合成型的过程，再将7/19/37根单筋通过绞捻形成绞线CFCC。中国专利技术专利授权号CN101525864B玄武岩纤维复合筋及玄武岩纤维复合拉索，公开了这类拉索的构成与制作方法。
[0008]该类CFCC绞线，由于其中的碳纤维仅单向分布，除了纵向拉伸特性好之外，横向特性很差，不抗压不抗剪，带来了另一个难题：拉索端头的锚固问题。所有锚固夹具施加的都是对CFRP的横向力，即使填充胶粘物并加以外部压力，本质上对碳纤维施加的还是侧面横向力。碳纤维的强项是拉力，是纤维丝束的轴向力，横向力是碳纤维的弱项，这就是问题所在：锚固的横向压力小了抓不住，锚固的横向压力大了容易造成碳纤维侧面损伤，由此破坏了CFRP的整体强度。这种方式还带来另外一个工程限制，CFCC拉索的截面积不能做得太大，
虽然CFCC的拉伸强度与截面积成正比，但是CFCC的锚固难度也与截面积成正比，最终限制了拉索的工程应用。
[0009]分析CFCC的构成，先用树脂材料与碳纤维混合拉挤，制成CFRP筋，再用多根CFRP筋加捻绞合成为有一定粗度的拉索。树脂材料本身的机械性能很差，在CFRP筋中，树脂材料主要是作为一种粘结剂，以将松散的碳纤维丝束通过高分子树脂材料的浸润、包覆、固化，结合为一个整体。碳纤维本身是不耐捻的，制成CFRP筋后，可以耐一定的捻，因此可以将很多根CFRP筋通过绞捻的方式，加工成为CFCC拉索。纤维/细绳组合成为较粗的拉索，一定要有向中心轴线汇聚的力，这样在拉索两端受力拉伸的时候，这些纤维/细绳会越拉越紧。绞捻就有这样的把多股纤维/细绳向中心轴线汇聚的效果。钢丝绳也是这样用多股细钢丝通过绞捻形成一股粗钢丝绳。然而，碳纤维不耐绞捻的特性使得这种最常使用的制作绳索的方法不能用于碳纤维绳索。

技术实现思路

[0010]本专利技术旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本专利技术实施例提供一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，能够不用树脂材料，把碳纤维丝束制作成符合要求的拉索，并具有带机织螺纹的锚固段。
[0011]本专利技术实施例还提供一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索的织造方法。
[0012]根据本专利技术第一方面的实施例，提供一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，包括主承力部，所述主承力部包括经纱部分和纬纱部分，所述主承力部设置有至少一个锚固段，其中，所述经纱部分包括多层经纱层，多层所述经纱层依次层套设置，每层所述经纱层均包括绕所述主承力部的中心轴线圆周分布的多根经纱丝束，所述经纱丝束的走向与所述主承力部的轴向一致；所述纬纱部分包括至少一根纬纱丝束，所述纬纱丝束沿所述主承力部的圆周向螺旋缠绕分布，所述纬纱丝束与所述经纱丝束交织，以形成机织交织组织，所述纬纱丝束与最内一层所述经纱层的经纱丝束缠绕完成后再向外一层的所述经纱层进行缠绕，以使所述纬纱丝束与每一层所述经纱层均形成有经纬交织层，同一径向平面的各所述经纬交织层构成交织纬面，所述纬纱丝束与所述纬纱部分完成一个所述交织纬面后，沿所述主承力部轴向移动至另一待织的交织纬面的位置，以织出另一交织纬面；所述主承力部设置有机织螺纹，所述主承力部具有该机织螺纹的部分为其的所述锚固段，所述机织螺纹包括至少一根螺纹纬纱，所述螺纹纬纱沿所述主承力部的圆周向螺旋缠绕分布，所述螺纹纬纱与所述经纱层的多根所述经纱丝束交织，以形成机织交织组织，所述经纱丝束与所述螺纹纬纱的交织部分形成螺旋状的螺纹凸部及螺纹凹部。
[0013]上述带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，至少具有以下有益效果：用纬纱丝束和经纱丝束交织得到机织增强拉索，当两端拉伸受力时形成向中心轴线汇聚的抱紧力，避免了使用树脂材料的粘合，也不用绞捻加工，就能够把碳纤维丝束制作成满足要求的机织增强拉索；由于该机织增强拉索的主承力部为纬纱丝束和经纱丝束交织得到，使得该机织增强拉索能够覆盖极宽的半径范围，从几毫米到数百毫米，甚至上千毫米直径，这使得单根机织增强拉索的承载能力可以扩展到数十万吨，同时拥有很轻的自重；机织增强拉索整体是柔性的，在机织增强拉索的两端织出机织螺纹，形成锚固段，若对锚固段填充基础材料并固化，得到刚性的带机织螺纹的复合材料筋，可以用作整个拉索的锚固段，将刚性的锚固
段结合到柔性的机织增强拉索，现有技术是无法达到的。
[0014]根据本专利技术第一方面的实施例，所述主承力部还包括垂纱部分，所述垂纱部分包括垂纱丝束，所述垂纱丝束的走向与所述主承力部的轴向一致，所述垂纱丝束包括多个垂部和多个飞部，所述垂部穿设于不同层的所述纬纱丝束，所述飞部穿设于不同的所述交织纬面。
[0015]根据本专利技术第一方面的实施例，所述垂纱丝束与所述螺纹纬纱的交织部分形成所述螺纹凸部。
[0016]根据本专利技术第一方面的实施例，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：包括主承力部，所述主承力部包括经纱部分和纬纱部分，所述主承力部设置有至少一个锚固段，其中，所述经纱部分包括多层经纱层，多层所述经纱层依次层套设置，每层所述经纱层均包括绕所述主承力部的中心轴线圆周分布的多根经纱丝束，所述经纱丝束的走向与所述主承力部的轴向一致；所述纬纱部分包括至少一根纬纱丝束，所述纬纱丝束沿所述主承力部的圆周向螺旋缠绕分布，所述纬纱丝束与所述经纱丝束交织，以形成机织交织组织，所述纬纱丝束与最内一层所述经纱层的经纱丝束缠绕完成后再向外一层的所述经纱层进行缠绕，以使所述纬纱丝束与每一层所述经纱层均形成有经纬交织层，同一径向平面的各所述经纬交织层构成交织纬面，所述纬纱丝束与所述纬纱部分完成一个所述交织纬面后，沿所述主承力部轴向移动至另一待织的交织纬面的位置，以织出另一交织纬面；所述主承力部设置有机织螺纹，所述主承力部具有该机织螺纹的部分为其的所述锚固段，所述机织螺纹包括至少一根螺纹纬纱，所述螺纹纬纱沿所述主承力部的圆周向螺旋缠绕分布，所述螺纹纬纱与所述经纱层的多根所述经纱丝束交织，以形成机织交织组织，所述经纱丝束与所述螺纹纬纱的交织部分形成螺旋状的螺纹凸部，所述螺纹纬纱的间隔部分形成螺纹凹部。2.根据权利要求1所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述主承力部还包括垂纱部分，所述垂纱部分包括垂纱丝束，所述垂纱丝束的走向与所述主承力部的轴向一致，所述垂纱丝束包括多个垂部和多个飞部，所述垂部穿设于不同层的所述纬纱丝束，所述飞部穿设于不同的所述交织纬面。3.根据权利要求2所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述垂纱丝束与所述螺纹纬纱的交织部分形成所述螺纹凸部。4.根据权利要求3所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述锚固段设置两个，分别位于所述主承力部的两端，其中一个所述锚固段中的所述螺纹纬纱的螺纹方向为正螺纹，另一个所述锚固段中的所述螺纹纬纱的螺纹方向为反螺纹。5.根据权利要求2至4任意一项所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述锚固段经过基础材料的浸润、填充及固化，从而得到带螺纹的复合材料筋，所述复合材料筋是刚性的；所述基础材料为聚合物材料、金属材料、陶瓷材料中的一种或多种混合。6.根据权利要求2所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述经纱丝束、所述纬纱丝束、所述垂纱丝束及所述螺纹纬纱采用高性能复合材料纤维，所述高性能复合材料纤维包括碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、石...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昕，李锡放，何慧珊，彭琪帜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：