混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制造设备及制备方法技术

本发明专利技术公开一种混杂连续纤维增强热塑性树脂复材筋制备装置及制备方法，以解决现有的增强热塑性树脂复材筋制造成本高、强度低、耐疲劳和耐腐蚀性能差的问题。制造设备，包括加热挤压成型单元和缠肋装置，所述的加热挤压成型单元包括2n个加热挤压成型模块和2n个锥形孔模具，锥形孔模具固定嵌入在所述的加热挤压成型模块的预制孔内，所述的缠肋装置包括能够旋转的开有中心通道的转盘，卷轴固定在转盘的外表面，卷轴上带有加热装置。本发明专利技术实现了不同纤维种类的任意比混杂和预浸带的二次熔融，提高了混杂连续纤维增强热塑性树脂复材筋的浸渍质量，降低了缺陷含量。设备具有连续制备生产效率高，适用范围广、适用产品种类多的优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制造设备及制备方法


[0001]本专利技术属于热塑性复材筋制备领域，具体涉及一种混杂连续纤维增强热塑性树脂复材筋制备装置及制备方法。

技术介绍

[0002]FRP筋替换传统钢筋用于增强混凝土结构可有效解决因钢筋锈蚀导致的混凝土绣胀、钢筋力学性能退化、结构耐久性降低等问题。传统FRP筋为碳/玻璃/玄武岩纤维增强热固性树脂(环氧树脂、乙烯基酯等)存在韧性差、环境适应性差和不可回收等缺陷。
[0003]国内外对FRP筋理论研究和应用实践表明，碳纤维增强树脂基复材筋具有优异的耐腐蚀、耐疲劳性能，但成本较高；玻璃纤维/玄武岩纤维增强树脂筋复材筋具有成本低廉，但强度、模量较低，耐疲劳性能和耐腐蚀性能较差。通过碳纤维和玻璃纤维/玄武岩纤维混在制备热塑性复材筋，可以发挥出碳纤维和玻璃纤维/玄武岩纤维性能和成本优势，制备更高性价比的土木工程用热塑性FRP筋。更加充分发挥每种增强纤维的性能优势，助力热塑性FRP筋应用与推广。然而，当前对于混杂连续纤维增强热塑性FRP筋的制备装置与工艺极为有限。
[0004]现有连续纤维增强热塑性复材筋的成型装置与方法，例如中国专利公开号：CN113829641A、CN113829618A、CN 106633367A等现有技术中，均提出了单一连续纤维增强热塑性复材筋的成型装置与方面，无法实现混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制备。特别地，中国专利公开号：CN 1597303A中提出了混纤纱热塑性增强筋专用模具。但由于热塑性树脂高粘度特性，致使该方法无法实现高纤维含量、大直径混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制备；且其成肋方式为机械切割成肋，降低了筋材的力学性能。中国专利公开号：CN 114407351 A、CN111976235A和CN 113059784 A中所涉及的混杂均为薄壁型材、板材等的混杂制备方式，其纤维含量仍受热塑性树脂粘度制约，仍无法实现土木工程中高纤维含量和大直径混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制备。

技术实现思路

[0005]基于以上不足之处，本专利技术提出一种混杂连续纤维增强热塑性树脂复材筋制备装置及制备方法，以解决现有的增强热塑性树脂复材筋制造成本高、强度低、耐疲劳和耐腐蚀性能差的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是这样实现的：一种混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制造设备，包括加热挤压成型单元和缠肋装置，所述的加热挤压成型单元包括2n个加热挤压成型模块和2n个锥形孔模具，所述的n为大于等于1的整数，在每个加热挤压成型模块的侧面相同位置上开有贯通的预制孔，2n个加热挤压成型模块按平均间隔成直线排列固定在底座上，使得2n个预制孔为同轴，锥形孔模具固定嵌入在所述的加热挤压成型模块的预制孔内，沿复材筋牵引方向，首位至第n个锥形孔模具开有贯通的中心孔，沿中心孔的四周还平均开有多个贯通的腰形孔，其余n个锥形孔模具只开有贯通的中心孔，
每个所述的中心孔或腰形孔的锥度均相同，锥度取值范围为1.0
°
～2.0
°
，每个锥形孔模具上的中心孔或腰形孔的锥度方向沿复材筋牵引方向为从大到小；沿复材筋牵引方向、从首位至末位的中心孔的最大内径以一定间隔尺寸依次逐渐递减；所述的缠肋装置包括能够旋转的开有中心通道的转盘，卷轴固定在转盘的外表面，卷轴上带有加热装置。
[0007]进一步的，设要制得的混杂连续纤维增强热塑性复材筋的直径为D，所述的加热挤压成型模块的厚度和锥形孔模具的长度均为4D，当D≤6mm时，加热挤压成型模块为4个；当6mm<D≤12mm，加热挤压成型模块为6个；当12mm<D≤20mm时，加热挤压成型模块为8个。
[0008]进一步的，当6mm<D≤12mm时，6个加热挤压成型模块的中心孔的最大内径依次为2D、1.8D、1.6D、1.6D、1.4D和1.2D，每个中心孔的锥度均为1.8
°
。
[0009]本专利技术的另一目的是通过如上所述的一种混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制造设备得出的一种混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制备方法，如下：将每个加热挤压成型模块升温至制备温度，通过牵引装置将纱架上的复材筋表层材料依次穿过前面n个锥形孔模具的腰形孔及后面n个锥形孔模具的中心孔，同时将另一个的纱架上的复材筋芯层材料穿过所有锥形孔模具的中心孔，进行加热熔融、挤压，冷却后成为混杂纤维增强热塑性筋，同时将卷轴上的加热装置加热，然后将卷绕在卷轴上的缠绕肋材料的一端固定搭接于混杂纤维增强热塑性筋表层，并一起穿过转盘的中心通道，同时旋转转盘，得到表面粘结有螺旋缠绕肋的混杂连续纤维增强热塑性复材筋，再经过进一步加热退火、切割/收卷制得所需长度成品。
[0010]进一步的，所述的复材筋表层材料、复材筋芯层材料和缠绕肋材料均为连续纤维增强热塑性预浸带，并采用同种热塑性树脂基体。
[0011]进一步的，所述的连续纤维增强热塑性预浸带的热塑性树脂基体为尼龙6、尼龙12、尼龙66或聚丙烯，连续纤维为连续碳纤维、连续玻璃纤维或连续玄武岩纤维，其纤维体积含量高于50％。
[0012]进一步的，以复材筋牵引方向，首位至末位，设要制得的混杂连续纤维增强热塑性复材筋的直径为D，当6mm<D≤12mm时，各加热挤压成型模块制备温度设定值分别为240℃、240℃、240℃、230℃、220℃和210℃。
[0013]进一步的，所述的加热退火时升温至低于热塑性树脂基体的熔点50℃～80℃。
[0014]本专利技术的另一目的是通过如上所述的制备方法制得的一种混杂连续纤维增强热塑性复材筋。
[0015]进一步的，如上所述的一种混杂连续纤维增强热塑性复材筋，包括复材筋表层和芯层，所述的复材筋芯层外部包裹有表层，所述的复材筋表层按某种螺旋角度和间隔缠绕粘结有螺旋缠绕肋。
[0016]与现有技术相比，本专利技术创造的所述的混杂连续纤维增强热塑性复材筋制备装置的有益效果是：
[0017](1)本专利技术将复材筋的芯层材料和表层材料的被牵引通过加热挤压成型模块上面的锥形孔模，通过加热、挤压，实现了不同纤维种类的任意比混杂和预浸带的二次熔融，实现了热塑性树脂熔体对纤维束的二次浸渍、并挤压出原有材料孔隙内部的空气，提高了混杂连续纤维增强热塑性树脂复材筋的浸渍质量，降低了缺陷含量。
[0018](2)混杂连续纤维增强热塑性复材筋的表面缠肋可在制备过程中或制备完成后进
行，生成的螺旋缠绕肋的形状、尺寸可灵活设计，具有缠绕肋与复材筋表面粘结充分的优点。
[0019](3)本专利技术的制备方法采用的各连续纤维可任意比混杂、截面形式多样，本设备可满足高耐久、耐绝缘、高纤维含量、大直径、低缺陷混杂的连续纤维增强热塑性复材筋的制备。
[0020](4)本专利技术采用的加热箱退火处理的方法用于消除高纤维含量、大直径混杂连续纤维增强热塑性复材筋制备成型过程中的残余热应力导致的各类缺陷。
[0021](5)本专利技术的设备具有连续本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制造设备，包括加热挤压成型单元和缠肋装置，其特征在于：所述的加热挤压成型单元包括2n个加热挤压成型模块和2n个锥形孔模具，所述的n为大于等于1的整数，在每个加热挤压成型模块的侧面相同位置上开有贯通的预制孔，2n个加热挤压成型模块按平均间隔成直线排列固定在底座上，使得2n个预制孔为同轴，锥形孔模具固定嵌入在所述的加热挤压成型模块的预制孔内，沿复材筋牵引方向，首位至第n个锥形孔模具开有贯通的中心孔，沿中心孔的四周还平均开有多个贯通的腰形孔，其余n个锥形孔模具只开有贯通的中心孔，每个所述的中心孔或腰形孔的锥度均相同，锥度取值范围为1.0
°
～2.0
°
，每个锥形孔模具上的中心孔或腰形孔的锥度方向沿复材筋牵引方向为从大到小；沿复材筋牵引方向、从首位至末位的中心孔的最大内径以一定间隔尺寸依次逐渐递减；所述的缠肋装置包括能够旋转的开有中心通道的转盘，卷轴固定在转盘的外表面，卷轴上带有加热装置。2.根据权利要求1所述的一种混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制造设备，其特征在于：设要制得的混杂连续纤维增强热塑性复材筋的直径为D，所述的加热挤压成型模块的厚度和锥形孔模具的长度均为4D，当D≤6mm时，加热挤压成型模块为4个；当6mm<D≤12mm，加热挤压成型模块为6个；当12mm<D≤20mm时，加热挤压成型模块为8个。3.根据权利要求2所述的一种混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制造设备，其特征在于：当6mm<D≤12mm时，6个加热挤压成型模块的中心孔的最大内径依次为2D、1.8D、1.6D、1.6D、1.4D和1.2D，每个中心孔的锥度均为1.8
°
。4.根据权利要求1所述的一种混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制造设备得出的一种混杂连续纤维增强热塑性复材筋的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：咸贵军，周平，白艳博，张朴轩，李承高，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：