[发明专利]一种表面带树脂肋的高强度碳纤维复合材料筋材及其制备方法

说明书

本发明涉及一种表面带树脂肋的高强度碳纤维复合材料筋材及其制备方法，涉及建筑材料技术领域。本发明包括碳纤维及环氧树脂基体，所述筋材表面有连续螺旋式的环氧树脂肋，树脂肋的厚度在0.2mm‑0.4mm范围，树脂肋的宽度在5mm‑7mm范围，树脂肋的螺距在2mm‑4mm范围。本发明通过在成型过程中，尼龙带缠绕不对碳纤维束进行挤压，并且由于碳纤维束张力的存在，碳纤维束沿筋材长度方向保持平直，因此采用本发明方法制造的筋材具有高强度高模量的特点。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，主要涉及一种表面带树脂肋的高强度碳纤维复合材料筋材，及一种表面带树脂肋的高强度碳纤维复合材料筋材的制备方法。

背景技术

碳纤维复合材料筋材具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳、减震性能好等优异性能，将其用于桥梁缆索中的拉索部件，已成为提高桥梁跨径与耐久性的一个发展方向。但是一般光圆碳纤维复合材料筋锚固较为困难，这是制约其目前不能得到广泛应用的关键因素。目前，国内外开发出了三种表面带肋的碳纤维复合材料筋材，用于增加筋材表面与锚固料之间的机械咬合力，提高筋材的锚固效率。

第一种方法是先通过拉挤成型工艺生产光圆碳纤维复合材料筋材，纤维束浸渍环氧树脂在其表面缠绕，环氧树脂固化粘结成肋。这种方法制成带肋筋材的缠绕纤维束与光圆筋材的粘结强度低，容易脱粘，并不能充分发挥碳纤维复合材料筋材的拉伸性能。

第二种方法在将F4带缠绕在浸渍环氧树脂未固化的预成形筋材，一起牵引进入定型摸具中固化，固化后将F4带退绕，在筋材表面形成螺旋形凹槽。这种方法存在两个问题：一是由于F4带缠绕，使内部连续碳纤维束沿筋材长度方向取向发生波动，导致筋材的拉伸强度与弹性模量均大幅度下降；二是缠绕了F4带后，筋材表面凹凸不平，牵引进入定型摸具固化的过程中摩擦力非常大，容易发生堵模的问题。经过试验测试，该方法生产出来的筋材拉伸强度为2400MPa左右，拉伸模量为150GPa左右。

第三种方法是通过机械法在筋材表面加工形成螺纹结构。这种方法会切断筋材表面碳纤维束，影响筋材的拉伸强度及刚度，造成一定的材料浪费

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，设计出一种表面带树脂肋的高强度碳纤维复合材料筋材及其制备方法，该制备方法具有一次加工成型，工艺简便，不易堵模的的优点，制成的表面带环氧树脂肋的高强度碳纤维复合材料筋材，表面具有连续的螺旋形环氧树脂肋，具有便于锚固，高强度高模量的特点。

本发明的目的是这样实现的：一种表面带树脂肋的高强度碳纤维复合材料筋材，包括碳纤维及环氧树脂基体，所述筋材表面有连续螺旋式的环氧树脂肋，树脂肋的厚度在0.2mm-0.4mm范围，树脂肋的宽度在5mm-7mm范围，树脂肋的螺距在2mm-4mm范围。

一种表面带树脂肋的高强度碳纤维复合材料筋材制备方法如下：

步骤一、将若干束碳纤维束从纱架引出，碳纤维束的数量根据需要制成筋材的直径调整，通过纤维维束的数量控制纤维体积含量为70％-78％范围调整，牵引速度为300mm/min-600mm/min范围调整，使用张力控制器控制好线的张力，为了保证碳纤维束在浸渍时取向保持平直，张力取5.88N-9.80N范围调整；

步骤二、将碳纤维束牵引进入环氧树脂槽浸渍环氧树脂，出环氧树脂槽后进入预成型摸具，挤出多余环氧树脂，得到预定尺寸的筋材毛胚，预成型模具的内径为2mm-10mm范围调整，环氧树脂是采用树脂基体、固化剂和催化剂配制而成，其质量配比为1000:860:13.6；

步骤三、牵引筋材毛胚前进的同时，在筋材毛胚上缠绕尼龙带，尼龙带缠绕间距保持在5mm-7mm范围，控制缠绕张紧力，保证尼龙带只与筋材毛胚表面贴合，不勒紧筋材毛胚，筋材毛胚表面碳纤维束取向保持平直，不发生波动，尼龙带宽度2mm-4mm，厚度0.5mm-1mm；