【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及异形钢纤维制备领域，特别涉及异形钢纤维、制备生产装置及制备方法。
技术介绍
1、钢纤维是当今世界各国普遍采用的混凝土增强材料，将其加入混凝土中可以有效地限制混凝土内部微裂缝和宏观裂缝的形成与发展，显著改善混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳等性能，提升混凝土的延性，在国防、核电等特种工程以及结构加固、新型结构体系等方面都有着重要的工程价值和应用场景。
2、目前已有多种形状类型钢纤维被用于混凝土之中，包括：平直型、端钩型、波纹型、扭转型和螺旋型等，这些纤维有的对混凝土的增强、增韧效果还有待增强(如平直型和端勾型)，还有些尚缺乏专用的高效生产设备(如螺旋型)，这些都在一定程度上妨碍了钢纤维及钢纤维混凝土的进一步发展。其中螺旋纤维的成型步骤是将钢丝多次随机器主轴扭转成螺旋形并切断，如公告号为cn211965697u的中国技术，公开了一种钢丝自动折弯用的八爪机，该技术通过伸缩杆上的挤压头，对上料孔内的钢丝进行挤压，使钢丝螺旋成型。该装置成本较高，螺旋型钢丝的产出效率较低，且并非为混凝土专用纤维而设计，该类纤维直接用于混凝土仍有很多问题需要解决。
3、再如弧形钢纤维是一种具有“二维”尺寸特征的弧形状钢纤维，将弧形状钢纤维提前铺满整个模具，通过弧形状钢纤维之间的相互“勾连”作用以及与基体裂缝间的“两次桥联”作用，利用两根纤维在基体中形成一个封闭空间，抑制裂缝的继续开展，提高对于裂缝开展的控制效率，大幅度提升渗浇纤维混凝土(slurry infiltrated fiber concrete,简称sifcon
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的是提供异形钢纤维。在不影响纤维生产效率的基础上给圆弧型纤维增加平面外端钩，利用端钩提供平面外维度，利用端钩及其提供的平面外缠绕效应提升纤维的桥联作用；在不影响纤维生产效率的基础上给螺旋型纤维增加端钩可以增加螺旋型纤维端部的锚固性能；还可在螺旋结构的基础上再复合一次螺旋结构形成双螺旋型纤维，这可以增加钢纤维维度，提高钢纤维的锚固效果。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：异形钢纤维，所述异形钢纤维的中心线在三维空间中的几何结构为：
3、
4、此式中：
5、
6、其中，a和b是常数，c是螺旋线的半径，t是角度，且t的范围为[0,2nπ)，n>0，n(t)是旋转轴的法向量，nx(t)，ny(t)和nz(t)是法向量分别在x、y以及z方向的分量。
7、本专利技术进一步设置为：当a≠0，b＝0，c＝0时，钢纤维形状为圆弧型；当a≠0，b≠0，c＝0时，钢纤维形状为单螺旋型；当a≠0，b≠0，c≠0时，钢纤维形状为双螺旋型。
8、本专利技术的第二目的是提供异形钢纤维的制备生产装置，其优点是提升生产效率，降低生产成本。
9、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：异形钢纤维的制备生产装置，用于生产如上述技术方案任所述的异形钢纤维；包括圆弧型钢纤维成型装置、螺旋型钢纤维成型装置以及双螺旋型钢纤维成型装置，所述圆弧型钢纤维和螺旋型钢纤维成型装置包括无端钩成型模具以及带端钩成型模具。所述圆弧型钢纤维成型装置、所述螺旋型钢纤维成型装置以及所述双螺旋型钢纤维成型装置沿着钢纤维的输送方向均分别设有调直组件、送线组件、成型组件以及切断组件。
10、本专利技术进一步设置为：所述无端钩的圆弧型和螺旋型钢纤维成型模具以及纤维成型装置在所述送线组件以及所述切断组件之间设有纤维回转成型组件，所述纤维回转成型组件分别包括同轴心设置的装置内管以及装置外管，所述装置内管上开设有用于钢纤维推进通道的螺旋线轨道，所述装置外管用于约束钢纤维回弹。其中所述圆弧型钢纤维螺旋线轨道的出入口设置在不同水平高度，一方面可以增加圆弧型钢纤维的维度，从而增加圆弧型钢纤维的锚固效果，另一方面也可以避免回转成型的钢纤维对即将进入所述弧形纤维回转成型组件造成干涉影响。
11、本专利技术进一步设置为：所述装置外管包括可转动式外管以及不可转动式外管，所述可转动式外管包括同轴心设置且可相对转动的外壁以及内壁，对于可转动式外管，在钢纤维进入所述弧形纤维回转成型组件的成型过程中，基于钢纤维自身弹力产生回弹从而与所述装置外管的内壁产生摩擦，所述装置外管的内壁与外壁之间相对转动，基于钢纤维与所述装置外管的内壁之间的摩擦力从而带动内壁转动从而减少摩擦热量以及钢纤维损耗。
12、本专利技术进一步设置为：所述带端钩的圆弧型和螺旋型纤维成型模具相较于所述无端钩成型模具，其区别在所述送线组件与所述弧形纤维回转成型组件之间增设有端钩压制组件，所述端钩压制组件包括一组相互咬合设置的咬合齿轮，所述钢纤维穿过所述咬合齿轮之间的间隙从而在钢纤维上形成凹形压痕，所述凹形压痕底部被所述切断组件切断从而形成端钩。
13、本专利技术进一步设置为：所述双螺旋型钢纤维成型装置在所述送线组件以及所述切断组件之间设有成型组件，所述成型组件包括第一螺旋轴以及第二螺旋轴，所述第二螺旋轴沿着所述第一螺旋轴成型且在第二螺旋轴上缠绕设有钢纤维成型通道。
14、本专利技术进一步设置为：所述成型组件外侧以及内侧设有若干用于减少成型过程中阻力的被动滚轮以及用于带动钢纤维在所述钢纤维成型通道内推进的主动滚轮。
15、本专利技术进一步设置为：所述第二螺旋轴的螺旋圈数n为(0-2]，螺旋直径c不低于2mm，螺距p不低于2mm。
16、本专利技术进一步设置为：所述钢纤维成型通道的螺旋圈数n不低于1圈，螺旋直径c不低于2mm，螺距p不低于2mm。
17、本专利技术进一步设置为：所述钢纤维成型通道基于车床加工、热加工以及3d打印技术实现制造。
18、本专利技术进一步设置为：所述钢纤维的直径为0.10mm～2.00mm，钢纤维长度为10.00mm～200.00mm，钢纤维的长度与直径的长径比为30～350，抗拉强度不低于600mpa。
19、本专利技术进一步设置为：圆弧型钢纤维、螺旋型钢纤维以及双螺旋型钢纤维的纤维螺距p范围为[0mm，100mm]，螺旋直径c范围为[5mm，100mm]，螺旋圈数n范围为[0，20]。
20、本专利技术的第三目的是提供异形钢纤维的制备方法，其优点是增加钢纤维维度，提升生产效率，降低生产成本。
21、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.异形钢纤维，其特征在于，所述异形钢纤维的中心线在三维空间中的几何结构为：
2.根据权利要求1所述的异形钢纤维，其特征在于，当a≠0，b＝0，c＝0时，钢纤维形状为圆弧型；当a≠0，b≠0，c＝0时，钢纤维形状为单螺旋型；当a≠0，b≠0，c≠0时，钢纤维形状为双螺旋型。
3.异形钢纤维的制备生产装置，用于生产如上述权利要求1-2任一所述的异形钢纤维；其特征在于，包括圆弧型钢纤维成型装置、螺旋型钢纤维成型装置以及双螺旋型钢纤维成型装置，所述圆弧型钢纤维和螺旋型钢纤维成型装置包括无端钩成型模具以及带端钩成型模具，所述圆弧型钢纤维成型装置、所述螺旋型钢纤维成型装置以及所述双螺旋型钢纤维成型装置沿着钢纤维的输送方向均分别设有调直组件(1)、送线组件(2)以及切断组件(3)。
4.根据权利要求3所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述无端钩成型装置在所述送线组件(2)以及所述切断组件(3)之间设有圆弧型和螺旋型纤维回转成型组件(4)，所述圆弧型和螺旋型纤维回转成型组件(4)分别包括同轴心设置的装置内管(41)以及装置外管(42)，所述装置内管
5.根据权利要求4所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述装置外管(42)包括可转动式外管以及不可转动式外管，所述可转动式外管包括同轴心设置且可相对转动的外壁(44)以及内壁(45)，对于可转动式外管，在钢纤维进入所述圆弧型和螺旋型纤维回转成型组件(4)的成型过程中，基于钢纤维自身弹力产生回弹从而与所述装置外管(42)的内壁(45)产生摩擦，所述装置外管(42)的内壁(45)与外壁(44)之间相对转动，基于钢纤维与所述装置外管(42)的内壁(45)之间的摩擦力从而带动内壁(45)转动从而减少摩擦热量以及钢纤维损耗。
6.根据权利要求4所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述带端钩成型模具相较于所述无端钩成型模具在所述送线组件(2)与所述圆弧型和螺旋型纤维回转成型组件(4)之间增设有端钩压制组件(5)，所述端钩压制组件(5)包括一组相互咬合设置的咬合齿轮(51)，所述钢纤维穿过所述咬合齿轮(51)之间的间隙从而在钢纤维上形成凹形压痕。
7.根据权利要求3所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述双螺旋型钢纤维成型装置在所述送线组件(2)以及所述切断组件(3)之间设有成型组件(6)，所述成型组件(6)包括第一螺旋轴(61)以及第二螺旋轴(62)，所述第二螺旋轴(62)沿着所述第一螺旋轴(61)成型且在第二螺旋轴(62)上缠绕设有钢纤维成型通道(63)。
8.根据权利要求7所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述成型组件(6)外侧以及内侧设有若干用于减少成型过程中阻力的被动滚轮(64)以及用于带动钢纤维在所述钢纤维成型通道(63)内推进的主动滚轮(65)。
9.根据权利要求7所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述第二螺旋轴(62)的螺旋圈数N为(0-2]，螺旋直径C不低于2mm，螺距P不低于2mm。
10.根据权利要求7所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述钢纤维成型通道(63)的螺旋圈数不低于1圈，螺旋直径C不低于2mm，螺距P不低于2mm。
11.根据权利要求7所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述钢纤维成型通道(63)可基于车床加工、热加工过以及3D打印技术实现制造。
12.根据权利要求3-11任一所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述钢纤维的直径为0.10mm～2.00mm，钢纤维长度为10.00mm～200.00mm，钢纤维的长度与直径的长径比为30～350，抗拉强度不低于600MPa。
13.根据权利要求3-11任一所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，圆弧型钢纤维、螺旋型钢纤维以及双螺旋型钢纤维的纤维螺距P范围为[0mm，100mm]，螺旋直径C范围为[5mm，100mm]，螺旋圈数N范围为[0，20]。
14.异形钢纤维的制备方法，应用如上述权利要求3-13任一所述的异形钢纤维的制备生产装置；其特征在于，包括圆弧型钢纤维成型方法、螺旋型钢纤维成型方法以及双螺旋型钢纤维成型方法，所述圆弧型钢纤维和螺旋型钢纤维成型方法包括无端钩成型方法以及带端钩成型方法。
15.根据权利要求14所述的异形钢纤维...
【技术特征摘要】
1.异形钢纤维，其特征在于，所述异形钢纤维的中心线在三维空间中的几何结构为：
2.根据权利要求1所述的异形钢纤维，其特征在于，当a≠0，b＝0，c＝0时，钢纤维形状为圆弧型；当a≠0，b≠0，c＝0时，钢纤维形状为单螺旋型；当a≠0，b≠0，c≠0时，钢纤维形状为双螺旋型。
3.异形钢纤维的制备生产装置，用于生产如上述权利要求1-2任一所述的异形钢纤维；其特征在于，包括圆弧型钢纤维成型装置、螺旋型钢纤维成型装置以及双螺旋型钢纤维成型装置，所述圆弧型钢纤维和螺旋型钢纤维成型装置包括无端钩成型模具以及带端钩成型模具，所述圆弧型钢纤维成型装置、所述螺旋型钢纤维成型装置以及所述双螺旋型钢纤维成型装置沿着钢纤维的输送方向均分别设有调直组件(1)、送线组件(2)以及切断组件(3)。
4.根据权利要求3所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述无端钩成型装置在所述送线组件(2)以及所述切断组件(3)之间设有圆弧型和螺旋型纤维回转成型组件(4)，所述圆弧型和螺旋型纤维回转成型组件(4)分别包括同轴心设置的装置内管(41)以及装置外管(42)，所述装置内管(41)上开设有用于作为钢纤维推进的行进通道的螺旋线轨道(43)，所述装置外管(42)用于约束钢纤维回弹，所述螺旋线轨道(43)的出入口设置在不同水平高度处从而避免回转成型的钢纤维对即将进入所述圆弧型和螺旋型纤维回转成型组件(4)造成干涉影响。
5.根据权利要求4所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述装置外管(42)包括可转动式外管以及不可转动式外管，所述可转动式外管包括同轴心设置且可相对转动的外壁(44)以及内壁(45)，对于可转动式外管，在钢纤维进入所述圆弧型和螺旋型纤维回转成型组件(4)的成型过程中，基于钢纤维自身弹力产生回弹从而与所述装置外管(42)的内壁(45)产生摩擦，所述装置外管(42)的内壁(45)与外壁(44)之间相对转动，基于钢纤维与所述装置外管(42)的内壁(45)之间的摩擦力从而带动内壁(45)转动从而减少摩擦热量以及钢纤维损耗。
6.根据权利要求4所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述带端钩成型模具相较于所述无端钩成型模具在所述送线组件(2)与所述圆弧型和螺旋型纤维回转成型组件(4)之间增设有端钩压制组件(5)，所述端钩压制组件(5)包括一组相互咬合设置的咬合齿轮(51)，所述钢纤维穿过所述咬合齿轮(51)之间的间隙从而在钢纤维上形成凹形压痕。
7.根据权利要求3所述的异形钢纤维的制备生产装置，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：李贺东，刘凤山，李亚彪，潘迪挺，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：
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