玻璃钢筋的形状、成型工艺及产品规格

  FRP筋是以有机、无机纤维为增强材料,以合成树脂及含有各种填料、阻燃、固化剂等各种功能的助剂的胶液为基体,经拉挤成型技术和必要的表面处理形成的一种新型复合材料。具有比强度高,耐腐蚀性、抗疲劳性能好,耐电磁,可设计性强等独特优点。由于该复合材料可设计性强,且纤维合成树脂、助剂品种多,规格多,加工方法及形状也就千变万化,现介绍几种基本的常用成型法。
(一)成型方法
  典型的FRP筋材的常用直径有:¢9、¢13、¢16、¢19、¢22、¢25等规格。
  FRP筋按形状分为直线形、异形、格栅笼形(见图4-13);按制造工艺可分为拉挤法、缠绕法、手糊法、格栅制造法等;按结构类型可分为编织型、绳索型、拉挤型等。现按FRP筋的结构类型,将编织型、绳索型、拉挤型扼要说明如下:


  编织型是利用编织机将纤维束浸胶后编织成辫子状,经固化而成。日本20世纪八九十年代大部分企业采用该法生产。
    绳索型是将纤维束浸胶、定型后,再经过制绳工艺制成索状固化而成。西欧及国内均有厂家生产。
  拉挤型是将纤维束浸胶后,通过特有的热成形模在一定的张力下拉挤成型(如图4-14)。具有生产速度快,质量控制好、生产成本低等特点,是制造建筑工业用FRP筋的普遍方法。欧美等国大多数都采用该法生产FRP筋。


  为了提高FRP筋材与混凝土的粘固性,各制造厂在成型部分采用以下方法对FRP筋材进行表面加工。其方法如下:
  (1) FRP筋材固化前在筋上螺旋形地缠绕纤维束;
  (2)在FRP筋材上纤维纺织带子,形成凹凸状;
  (3)在FRP筋材表面覆以料状物(如喷覆砂粒);
    (4)让FRP筋材通过凹凸内表面的模头,使筋材形成凹凸状;
    (5)用机械方法直接对FRP筋材进行变形加工,例如用车床加工成表面凸棱,或用牵引链在FRP筋材表面制出皱纹,即就是拉挤机模头出口用两根套筒夹持筋材,把模头成型区的温度降低25%~30%,而把牵引链的温度提高,直接在筋材上制出螺纹;
  (6)在拉挤成型的光棒上进行表面处理,然后将浸胶的纤维束用缠绕机缠绕到光棒上,经固化成螺纹钢型FRP筋材;
  (7)对于变径、弯曲、连接件等工程应用中需要的特别形状FRP筋材均采用手糊法、缠绕法、长纤维模压法等方法生产。尽管该类产品用量不大,但是它是工程推广应用中必不可少的配件。
  (二)FRP筋所用原材料及基本配比
  无论FRP筋材采用何种方法生产,其主要原辅材料都包括增强材料、树脂基体、填料、固化剂等。
  增强材料是FRP筋材承受拉力的关键材料,通常使用纤维材料,分为有机材料和无机材料,常用的纤维有玻璃纤维(E-玻璃纤维粗纱、C-玻璃纤维粗纱、高强、高模量玻璃纤维粗纱、耐碱玻璃纤维粗纱)、聚芳基酰胺纤维、碳纤维,其性能如表4-17。

                            表4-17 增强纤维的特性

 品 种

 丝径/μ

 密 度

 拉伸强度/MPa

拉伸弹性模量MPa

断裂伸长率 

 使用形态

 E-玻璃纤维

 13.22

 2.54

 350

 7400

 4.8

 无捻粗纱

 S-玻璃纤维

 

 2.49

 475

 8000

 5.5

 无捻粗纱

 高强度碳纤维

 7

 1.77

 350

 24000

 1.5

 丝束

 高弹性碳纤维

 6.5~8

 1.80

 270

 35000

 0.7

 丝束

 芳纶纤维KEVLAR

 12

 1.45

 280

 13000

 2.4

 无捻粗纱

 Technora

 12

 1.45

 310

 7100

 2.4

 无捻粗纱


  基体材料的基体是粘结成分,用来把纤维粘结约束在一起,也起保护纤维,稳定FRP筋材尺寸的作用。常用的基体有不饱和聚酯树脂(邻苯型、间苯型、乙烯基型)、环氧树脂及酚醛树脂等。根据工艺、性能、成本等因素,通常用乙烯基、间苯型不饱和聚酯树脂,高性能的采用环氧树脂。
  FRP筋的材料基本配比:增强材料50%~78%,树脂20%~30 %,填料5%~30%,固化剂1%~4%,助剂适量。