專利名稱：用來增強材料的筋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及增強混凝土一類材料用的增強復(fù)合桿或筋，此桿是由連續(xù)纖維和基體材料制成的。
可在一條生產(chǎn)線工藝中或與第二生產(chǎn)線工藝并用通過對連續(xù)纖維和基體(樹脂)進行拉擠(pultruding)、擠壓或模塑或這些工藝的組合加工而在成形過程中形成這種增強筋，并形成一種專為充分粘附到待強化材料上設(shè)計的表面紋理質(zhì)地和幾何形狀?？捎么私顝娀牟牧先缃饘?、混凝土、木材、塑料、石材、陶瓷等。其表面被分為角部和邊帶紋理質(zhì)地區(qū)，可使其幾何形狀分別按半徑和寬度而變、使之專門化，并使之適應(yīng)待強化的產(chǎn)品。筋是用重量百分比至少為50％的增強纖維與通過液浴、噴射或施壓來浸漬纖維的基體在成形過程中制成的。表面紋理則是在機械上借助用于筋成型和固化養(yǎng)護的工具內(nèi)外的連續(xù)運行帶或輥子，采用裂板(vip off sheet)在成形生產(chǎn)線上加上的。筋的紋面也可在單獨進行模塑、擠壓或拉擠的過程中作為外層而加上，其后筋的幾何形狀即在如上所述的主成形過程中形成。
上面這類復(fù)合筋是在筋和金屬、混凝土、木材、塑料、石料和它們的組合間需有充足的粘附力以提高結(jié)構(gòu)功能的場合用來強化和增強這些材料所制成的不同產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的。許多由金屬、混凝土、木材、塑料、復(fù)合材料、石材和陶瓷制成的增強產(chǎn)品，需在細(xì)長度、重量、尺寸和成本上恰當(dāng)選配，而這卻通常是基于強度、剛性或通過變得易于氧化而取得的，例如鋼和其他金屬會因腐蝕、斑漬產(chǎn)生問題并由此造成結(jié)構(gòu)強度的損失。在一些用金屬來強化或增強產(chǎn)品的場合，存在著與造成開裂或造成產(chǎn)品材料與強化構(gòu)件即鋼筋間粘附不足的材料物理行為上的變化或延伸相關(guān)的問題。
本發(fā)明增強材料為通常稱為FRP(纖維增強聚合物)的連續(xù)纖維與基體復(fù)合材料，F(xiàn)RP因物理材料性能優(yōu)良柔韌如比強度高、重量輕、不導(dǎo)電或電導(dǎo)率低、無磁性、高度耐酸和氯化物或惡劣環(huán)境以及成形性和造型良好而正被用于各種結(jié)構(gòu)材料。
如上所述，一般來說鋼和各種金屬易于氧化，因水的存在源自大氣中氧的氧化物和鐵的氫氧化物會引起鐵金屬的腐蝕和生銹。只要pH值保持為高堿性(pH12-14)，與極為良好的所澆注混凝土的性能相結(jié)合，鋼就保持鈍態(tài)定向。對低的pH值，低的混凝土質(zhì)量、不夠好的產(chǎn)品質(zhì)量、不良的施工或與強酸接觸均可造成應(yīng)保護鋼筋的保護性混凝土層的穿透，即源自被鹽污染的聚集體、路鹽(road salt)、海洋環(huán)境、海水、碳化、與CO2的接觸、與氧的接觸和水汽的氯化物的滲透。此外，因硫酸鹽或酸導(dǎo)致混凝土的化學(xué)損傷或因潮濕條件下凍結(jié)和融化導(dǎo)致機械損傷的條件也可使鋼筋生銹腐蝕，使混凝土開裂并使結(jié)構(gòu)強度受損。當(dāng)鋼筋開始腐蝕(生銹)時，鐵的氧化物就會擴張，就會因銹蝕引起的內(nèi)應(yīng)力而在混凝土中產(chǎn)生開裂。混凝土將會散落，鋼筋也會與大氣和環(huán)境接觸，這就會引發(fā)腐蝕過程，過程的速度會進一步加快，結(jié)構(gòu)強度會受損，最壞時會毀壞。很難對這些參數(shù)進行控制，全世界都有混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟和結(jié)構(gòu)問題，不容小視。由于缺氣其他替代的強化材料，鋼筋在許多情況下一直在混凝土結(jié)構(gòu)中被濫用。
如上所述，復(fù)合增強筋人們過去是知道的并已在很大程度上得到使用。但這種已知的筋被一個主要缺點所累，即產(chǎn)品材料(混凝土)與強化筋(FRP筋)間的粘附不良，事實上傳統(tǒng)筋設(shè)計成圓形使之難以為表面提供所需的粗糙度。
本發(fā)明提供一種粘附性能優(yōu)良的復(fù)合增強筋，其中所需表面粗糙度是以一種簡單和便宜的方式提供的。
本發(fā)明特征在于，筋為矩形，最好為方形，并帶圓角，如所附權(quán)利要求1所界定的那樣。筋的各面可具有凹槽以增加表面積和粘附力。另外，本發(fā)明之方法其特征在于，纖維是通過樹脂浴或通過噴射或通過一噴淋區(qū)加以浸漬的，由此，筋料在一成形過程中得到成形，如權(quán)利要求7所界定的那樣。獨立權(quán)利要求2-6和8-9界定了本發(fā)明的最佳實施例。
現(xiàn)擬參照附圖對本發(fā)明進一步詳加描述，其中

圖1示出部分埋入混凝土的本發(fā)明筋料之一短件的垂直剖視圖，圖2a)放大示出本發(fā)明筋的橫向剖視圖，圖2b)和2c)示出同一件筋的側(cè)視圖，圖3則示出具有一種特定的表面紋樣的一件筋的側(cè)視圖，圖4中的表示出用于表面紋理圖案的不同凹部或凹槽及這些凹部或凹槽的各種深度。
增強筋料是打算在任何一種材料的結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品中用作強化構(gòu)件的。筋可被模制、固化養(yǎng)護或粘結(jié)而與任何一種其他材料成為一體，它們?yōu)椋幌抻?，混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)或構(gòu)件、任何一種塑料產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)、金屬制結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品或由于經(jīng)濟或結(jié)構(gòu)上的理由需予以強化的任何一種材料。
本發(fā)明增強筋(1)可包括任何將玻璃、碳、芳族聚酰胺(aramid)、聚脂、陶瓷、合成纖維、天然纖維或類似物一但不限于這些一所制連續(xù)纖維與任何一種浸漬著纖維的熱塑樹脂和熱固樹脂等樹脂系統(tǒng)組合在一起的混合物。圖1-3所示增強筋(1)形狀為矩形，具有圓角(2)并具有沿每側(cè)延伸的連續(xù)帶(3)。
復(fù)合筋最好是用纖維制成，該纖維是通過樹脂浴或通過用樹脂系統(tǒng)對纖維加以噴淋的噴射系統(tǒng)來浸漬的，并具有由指定壓痕或凹槽構(gòu)成的外部紋理，此紋理可以是用機械方法貫入表面的，或是模塑或擠壓到筋外表面的，也可以是通過在外表面上復(fù)制果皮層紋理或類似物而形成的。
增強筋的橫截面示于圖2。本發(fā)明增強筋被設(shè)計成具有圓角(角(corner)1-4)和縱向側(cè)帶(帶(bands)1-4)，每個圓角均由一角度(角度(ang)t-4)和一半徑(r1-4)界定，側(cè)帶則可以有被界定的厚度(d1-4)。將這些參數(shù)綜合起來增強筋就可得到規(guī)范并可就打算應(yīng)用的場合專門化。本發(fā)明增強筋另一獨特的設(shè)計特點是其外表面紋理和在筋上設(shè)置這種紋理的方法，如以上所述。表面紋理界定了一種粗糙度，它會在增強筋與待強化基材間提供充足的粘附力。目的是將此筋在源自外部負(fù)荷或內(nèi)部應(yīng)變的力將被轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品基材和筋中的內(nèi)應(yīng)力時將此筋用作結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的強化增強構(gòu)件。
本發(fā)明使得有可能按主產(chǎn)品試驗所需和所確定的幾何形狀和粗糙度或按任何為其種類、用途或應(yīng)用作出規(guī)定的設(shè)計規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)中的要求來生產(chǎn)增強筋產(chǎn)品。粗糙度，即壓痕或凹槽及其深度，是在當(dāng)圖2中界定的參數(shù)在下面表1中界定的范圍內(nèi)變化以便獲得適合所需產(chǎn)品的幾何形狀時達到的。
表1，幾何參數(shù)可將粗糙度加到曲形角部、角(corners)1-4、邊帶、帶(band)1-4上分別單個地，或它們的任意組合。粗糙度必須按應(yīng)用領(lǐng)域并按粗糙度必備的要求來加以界定和應(yīng)用。例如，粗糙度可以圖3所示方式來加以選擇，它為如何擺放和安排壓痕或凹槽重心位置的原則界定了一套系統(tǒng)，這些壓痕或凹槽的形狀類別，如圖4所示，是由三個長度l1-3和角度θ界定的。三個長度和角度形成一三角形，三角形的角代表將形成圖3和圖4中所示紋樣的壓痕/凹槽的重心位置。
長度l1-3和角θ的變化范圍示于下面表2。
表2，紋理類型參數(shù)粗糙度，即凹部的紋樣，可如上述通過沖壓、刻印、壓印、果皮層紋樣復(fù)印、紋膜、模塑、擠壓或類似方法獲得。深度必須由試驗和計算來確定，以便在產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)的材料與增強筋之間得到恰當(dāng)?shù)恼掣搅Σ⒖杉右哉{(diào)整和專門化，以適合所使用的各種場合。
圖4上下二表示出按本發(fā)明分別與構(gòu)成表面紋樣的凹部、壓痕或凹槽的形狀與深度有關(guān)的設(shè)計的一些例子。但應(yīng)予強調(diào)的是，本發(fā)明不限于這些設(shè)計。因此紋樣和壓痕或凹槽可采用任何可取的設(shè)計并可有不同于上面所示和所描述的深度、寬度和角度。
權(quán)利要求
1.用來增強混凝土一類材料(5)的增強復(fù)合筋(1)，桿(1)是由連續(xù)纖維和基體材料制成的，其特征在于，筋(1)為矩形，優(yōu)選為正方形，并帶有圓角。
2.如權(quán)利要求1所述的增強筋，其特征在于，筋一個以上側(cè)面設(shè)置有縱向連續(xù)帶(3)。
3.如權(quán)利要求1-2所述的增強筋，其特征在于，相應(yīng)的帶(3)的寬度大于各側(cè)面總寬的1/3。
4.如權(quán)利要求1-3所述的增強筋，其特征在于，相應(yīng)的帶(3)的厚度均大于同帶寬度的1/50。
5.如權(quán)利要求1-4所述的增強筋，其特征在于，桿的角部和/或側(cè)面的表面設(shè)置有形成一種紋理質(zhì)地的大量凹部、壓痕或凹槽。
6.如權(quán)利要求5所述的增強筋，其特征在于，其紋理具有肋條狀、圓點狀、圓形、方形、三角形或橢圓形。
7.由復(fù)合基體材料與連續(xù)纖維制成的增強筋的生產(chǎn)方法，其特征在于，纖維是通過樹脂浴、噴射、通過施壓或這些制造方法的任意組合加以浸漬的，由此筋通過模塑、拉擠、拉纏(pull-winding)或擠壓在成形過程中形成。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，紋理是用壓力借助在表面上具有與筋上所需紋理相對應(yīng)的球珠的輥子、板或連續(xù)運行帶在一步中在筋表面上設(shè)置的。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，紋理可在單獨進行模塑、擠壓或拉擠的過程中在筋表面加以設(shè)置。
全文摘要
用來增強混凝土一類材料(5)的增強復(fù)合筋(1)，桿(1)是由連續(xù)纖維和基體材料制成的。筋(1)為矩形，最好為方形，并帶圓角。筋或桿一個以上側(cè)面可設(shè)置有縱向連續(xù)帶(3)。各帶(3)寬度可大于該側(cè)面總寬的1/3，各帶(3)厚度則可大于同帶寬度的1/50。
文檔編號B29L31/10GK1602380SQ02824805
公開日2005年3月30日 申請日期2002年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月12日
發(fā)明者阿爾內(nèi)·R·霍勒 申請人:復(fù)合加強系統(tǒng)公司