一种运用编织技术增强FRP拉挤型材横向强度的方法

摘要

一种运用编织技术增强FRP拉挤型材横向强度的方法，它涉及增强FRP材料的方法。本发明的目的是要解决现有方法制备的FRP拉挤型材横向强度较弱的缺点。步骤：一、制备树脂基体；二、烘干排纱；三、浸润；四、纵向纤维预成型；五、编织表面层；六、编织层预成型；七、固化定型。优点：一、本发明制备的FRP拉挤型材横向拉伸强度达到50MPa～90MPa，与FRP拉挤型材横向拉伸强度相比提高了20%～50%；二、本发明制备的FRP拉挤型材纵向拉伸强度达到600MPa～900MPa；三、拉挤型材的表面层纤维呈螺旋线轨迹，相互交织成为无边缝的整体。本发明可提供一种运用编织技术增强FRP拉挤型材横向强度的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及增强FRP材料的方法。

背景技术

纤维增强树脂基体材料，简写FRP材料。FRP材料是各向异性材料，其纵向既纤维 方向的抗拉强度很高，可以达到钢筋的2倍～4倍，但横向既垂直于纤维方向的强度较弱。 传统FRP拉挤型材沿纤维方向拉挤生产，横向强度主要靠树脂粘接力获得，这种拉挤生 产方法使FRP材料横向强度较弱的缺点更为明显，同时，横向力的减弱也在一定程度上 也影响纵向拉伸强度等力学性能，因而传统FRP拉挤型材满足不了需要FRP高横向强度 的使用要求。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方法制备的FRP拉挤型材横向强度较弱的缺点，而提供 的一种运用编织技术增强FRP拉挤型材横向强度的方法。

一种运用编织技术增强FRP拉挤型材横向强度的方法具体是按以下步骤完成的：

一、制备树脂基体：①按重量份数称取100份树脂、1份～3份引发体系、10份～60 份填料和0.2份～2.5份脱模剂；②将步骤一①称取100份树脂、1份～3份引发体系、10 份～60份填料和0.2份～2.5份脱模剂置于搅拌器皿中，在搅拌速度为100r/min～500r/min 的条件下搅拌30min～120min后倒入浸胶槽中，得到含有树脂、引发体系、填料和脱模剂 的树脂基体；

步骤一①中所述的树脂为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基脂树脂或酚醛树脂；

步骤一①中所述的引发体系为过氧化物苯甲酰、酸酐、胺类或咪唑中的一种或几种的 混合物；

步骤一①中所述的脱模剂为磷酸酯、三乙醇胺油或硬脂酸锌；

步骤一①中所述的填料为高岭土、重质碳酸钙或氢氧化铝；

二、烘干排纱：首先利用烘干房对增强纤维进行烘干处理，得到烘干除水后的增强纤 维，然后利用纱架对烘干除水后的增强纤维进行排纱处理，得到整齐的增强纤维；

步骤二①中所述的增强纤维为玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维；

三、浸润：将步骤二得到的整齐的增强纤维浸入到步骤一②得到的含有树脂、引发体 系、填料和脱模剂的树脂基体中浸润，得到浸润的纵向增强纤维；

四、纵向纤维预成型：①将步骤三得到的浸润的纵向增强纤维通过预成型工装整理， 使浸润的纵向增强纤维整理成为型材形状，得到具有型材形状的纵向增强纤维；②对步骤 四①得到的具有型材形状的纵向增强纤维进行表面刮胶处理，得到树脂基体均匀浸润后的 具有型材形状的纵向增强纤维；

步骤四②中所述树脂基体均匀浸润后的具有型材形状的纵向增强纤维中具有型材形 状的纵向增强纤维的体积与树脂基体的体积比为X:(1－X)，其中0.2≤X≤0.8；

五、编织表面层：利用12锭～96锭的卧式编织机、以编织角度为15°～60°将纤维在编 织层预成型工装末端编织出角度为15°～60°的圆管形编织表面层；

步骤五中所述的纤维为玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维；

步骤五中所述的编织层预成型工装前端为FRP拉挤型材形状，末端为圆形；

六、编织层预成型：使用牵引速度为0.3m/min～3m/min，牵引力为50KN～100KN的 牵引装置将角度为15°～60°的圆管形编织表面层牵引至编织层预成型工装前端，得到FRP 拉挤型材形状的编织层；

七、固化定型：使用牵引速度为0.3m/min～3m/min，牵引力为50KN～100KN的牵引 装置的带动下将步骤六得到的FRP拉挤型材形状的编织层包覆在步骤四得到的树脂基体 均匀浸润后的具有型材形状的纵向增强纤维外部，在温度为95℃～210℃的成型模具中固 化定型，得到运用编织技术增强的FRP拉挤型材。

本发明的优点：一、本发明制备的FRP拉挤型材横向拉伸强度达到50MPa～90MPa， 与FRP拉挤型材横向拉伸强度相比提高了20%～50%；二、本发明制备的FRP拉挤型材 纵向拉伸强度达到600MPa～1000MPa；三、本发明拉挤型材的表面层纤维呈螺旋线轨迹， 相互交织成为无边缝的整体。

本发明可提供一种运用编织技术增强FRP拉挤型材横向强度的方法。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种运用编织技术增强FRP拉挤型材横向强度的方 法，具体是按以下步骤完成的：

一、制备树脂基体：①按重量份数称取100份树脂、1份～3份引发体系、10份～60 份填料和0.2份～2.5份脱模剂；②将步骤一①称取100份树脂、1份～3份引发体系、10 份～60份填料和0.2份～2.5份脱模剂置于搅拌器皿中，在搅拌速度为100r/min～500r/min 的条件下搅拌30min～120min后倒入浸胶槽中，得到含有树脂、引发体系、填料和脱模剂 的树脂基体；

步骤一①中所述的树脂为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基脂树脂或酚醛树脂；

步骤一①中所述的引发体系为过氧化物苯甲酰、酸酐、胺类或咪唑中的一种或几种的 混合物；

步骤一①中所述的脱模剂为磷酸酯、三乙醇胺油或硬脂酸锌；

步骤一①中所述的填料为高岭土、重质碳酸钙或氢氧化铝；

二、烘干排纱：首先利用烘干房对增强纤维进行烘干处理，得到烘干除水后的增强纤 维，然后利用纱架对烘干除水后的增强纤维进行排纱处理，得到整齐的增强纤维；

步骤二①中所述的增强纤维为玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维；

三、浸润：将步骤二得到的整齐的增强纤维浸入到步骤一②得到的含有树脂、引发体 系、填料和脱模剂的树脂基体中浸润，得到浸润的纵向增强纤维；

四、纵向纤维预成型：①将步骤三得到的浸润的纵向增强纤维通过预成型工装整理， 使浸润的纵向增强纤维整理成为型材形状，得到具有型材形状的纵向增强纤维；②对步骤 四①得到的具有型材形状的纵向增强纤维进行表面刮胶处理，得到树脂基体均匀浸润后的 具有型材形状的纵向增强纤维；

步骤四②中所述树脂基体均匀浸润后的具有型材形状的纵向增强纤维中具有型材形 状的纵向增强纤维的体积与树脂基体的体积比为X:(1－X)，其中0.2≤X≤0.8；

五、编织表面层：利用12锭～96锭的卧式编织机、以编织角度为15°～60°将纤维在编 织层预成型工装末端编织出角度为15°～60°的圆管形编织表面层；

步骤五中所述的纤维为玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维；

步骤五中所述的编织层预成型工装前端为FRP拉挤型材形状，末端为圆形；

六、编织层预成型：使用牵引速度为0.3m/min～3m/min，牵引力为50KN～100KN的 牵引装置将角度为15°～60°的圆管形编织表面层牵引至编织层预成型工装前端，得到FRP 拉挤型材形状的编织层；

七、固化定型：使用牵引速度为0.3m/min～3m/min，牵引力为50KN～100KN的牵引 装置的带动下将步骤六得到的FRP拉挤型材形状的编织层包覆在步骤四得到的树脂基体 均匀浸润后的具有型材形状的纵向增强纤维外部，在温度为95℃～210℃的成型模具中固 化定型，得到运用编织技术增强的FRP拉挤型材。

本实施方式步骤七得到的运用编织技术增强的FRP拉挤型材可根据实际需要切割成 所需的长度。

本实施方式的优点：一、本实施方式制备的FRP拉挤型材横向拉伸强度达到 50MPa～90MPa，与FRP拉挤型材横向拉伸强度相比提高了20%～50%；二、本实施方式 制备的FRP拉挤型材纵向拉伸强度达到600MPa～1000MPa；三、本实施方式拉挤型材的 表面层纤维呈螺旋线轨迹，相互交织成为无边缝的整体。

本实施方式可提供一种运用编织技术增强FRP拉挤型材横向强度的方法。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一①中①按重量份数 称取100份树脂、1份～2.5份引发体系、10份～50份填料和0.2份～2份脱模剂。其他步骤 与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一①中①按 重量份数称取100份树脂、1份～3份引发体系、20份～50份填料和0.5份～2份脱模剂。 其他步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一①中①按 重量份数称取100份树脂、1份～2份引发体系、30份～60份填料和0.5份～2.5份脱模剂。 其他步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一②中②将 步骤一①称取100份树脂、1份～3份引发体系、10份～60份填料和0.2份～2.5份脱模剂置 于搅拌器皿中，在搅拌速度为200r/min～400r/min的条件下搅拌50min～100min后倒入浸 胶槽中，得到含有树脂、引发体系、填料和脱模剂的树脂基体。其他步骤与具体实施方式 一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤四②中所述 树脂基体均匀浸润后的具有型材形状的纵向增强纤维中具有型材形状的纵向增强纤维的 体积与树脂基体的体积比为X:(1－X)，其中0.4≤X≤0.8。其他步骤与具体实施方式一至五 相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤五中利用 24锭～96锭的卧式编织机、以编织角度为30°～60°将纤维在编织层预成型工装末端编织出 角度为30°～60°的圆管形编织表面层。其他步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤五中步骤五 中利用24锭～80锭的卧式编织机、以编织角度为15°～50°将纤维在编织层预成型工装末端 编织出角度为15°～50°的圆管形编织表面层。其他步骤与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤六中使用牵 引速度为0.5/min～2.5m/min，牵引力为50KN～80KN的牵引装置将角度为15°～60°的圆管 形编织表面层牵引至编织层预成型工装前端，得到FRP拉挤型材形状的编织层。其他步 骤与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤七中使用牵 引速度为0.5m/min～2.5m/min，牵引力为50KN～80KN的牵引装置的带动下将步骤六得到 的FRP拉挤型材形状的编织层包覆在步骤四得到的树脂基体均匀浸润后的具有型材形状 的纵向增强纤维外部，在温度为95℃～190℃的成型模具中固化定型，得到运用编织技术 增强的FRP拉挤型材。其他步骤与具体实施方式一至九相同。

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：一种运用编织技术增强FRP拉挤型材横向强度的方法具体是按以下步骤完 成的：

一种运用编织技术增强FRP拉挤型材横向强度的方法具体是按以下步骤完成的：

一、制备树脂基体：①按重量份数称取100份树脂、2份引发体系、20份填料和0.5 份脱模剂；②将步骤一①称取100份树脂、2份引发体系、20份填料和0.5份脱模剂置于 搅拌器皿中，在搅拌速度为200r/min的条件下搅拌30min后倒入浸胶槽中，得到含有树 脂、引发体系、填料和脱模剂的树脂基体；

步骤一①中所述的树脂为不饱和聚酯树脂；

步骤一①中所述的引发体系为过氧化物苯甲酰；

步骤一①中所述的脱模剂为磷酸酯；

步骤一①中所述的填料为氢氧化铝；

二、烘干排纱：首先利用烘干房对增强纤维进行烘干处理，得到烘干除水后的增强纤 维，然后利用纱架对烘干除水后的增强纤维进行排纱处理，得到整齐的增强纤维；

步骤二①中所述的增强纤维为玻璃纤维；

三、浸润：将步骤二得到的整齐的增强纤维浸入到步骤一②得到的含有树脂、引发体 系、填料和脱模剂的树脂基体中浸润，得到浸润的纵向增强纤维；

四、纵向纤维预成型：①将步骤三得到的浸润的纵向增强纤维通过预成型工装整理， 使浸润的纵向增强纤维整理成为型材形状，得到具有型材形状的纵向增强纤维；②对步骤 四①得到的具有型材形状的纵向增强纤维进行表面刮胶处理，得到树脂基体均匀浸润后的 具有型材形状的纵向增强纤维；

步骤四②中所述树脂基体均匀浸润后的具有型材形状的纵向增强纤维中具有型材形 状的纵向增强纤维的体积与树脂基体的体积比为X:(1－X)，其中X=0.6；

五、编织表面层：利用24锭的卧式编织机、以编织角度为45°将纤维在编织层预成 型工装末端编织出角度为45°的圆管形编织表面层；

步骤五中所述的纤维为玻璃纤维；

步骤五中所述的编织层预成型工装前端为FRP拉挤型材形状，末端为圆形；

六、编织层预成型：使用牵引速度为1m/min，牵引力为50KN的牵引装置将角度为 45°的圆管形编织表面层牵引至编织层预成型工装前端，得到FRP拉挤型材形状的编织层；

七、固化定型：使用牵引速度为1m/min，牵引力为50KN的牵引装置的带动下将步 骤六得到的FRP拉挤型材形状的编织层包覆在步骤四得到的树脂基体均匀浸润后的具有 型材形状的纵向增强纤维外部，在温度为140℃的成型模具中固化定型，得到运用编织技 术增强的FRP拉挤型材。

本试验制备的运用编织技术增强的FRP拉挤型材的横向拉伸强度达到67MPa，与FRP 拉挤型材横向拉伸强度46MPa相比提高了45.6%。

本试验制备的运用编织技术增强的FRP拉挤型材的纵向拉伸强度达到720MPa。

本试验拉挤型材的表面层纤维呈螺旋线轨迹，相互交织成为无边缝的整体。