[发明专利]一种两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋及其制备方法

说明书

本发明涉及一种两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋及其制备方法，芯部为单向碳纤维增强环氧树脂基体复合材料，筋材的端部作为锚固段，锚固段的外表面具有连续的螺旋肋构造，筋材的中间段为光圆的外表面。筋材中碳纤维束的体积含量为65％‑78％。筋材表面的固化树脂按照不同区域的用途按需要可成型出螺旋肋或保持光圆状态。以作为桥梁拉索为例，筋材两端加工为螺旋肋结构，作为锚固段可提高锚固可靠性，在锚固段成型出树脂螺旋肋，两锚固段之间的中间段保持光圆状，有利于张拉应力的均匀分布。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，主要涉及一种两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋及其制备方法。

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、减震性能好等特点，将其作为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。但是一般表面光圆的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，国内外已开发出四种表面存在凹凸结构的碳纤维复合材料筋，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，在其表面缠绕浸渍环氧树脂的纤维束，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。

第二种方法是将F4带(四氟缠绕带)缠绕在浸渍环氧树脂未固化的预成型筋材，F4缠绕带和筋材一起牵引进入定型模具中固化，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下降；二是缠绕了F4带后，筋材表面凹凸不平，牵引进入定型模具固化的过程中摩擦力非常大，容易发生堵模的问题。

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。

第四种方法是浸渍环氧树脂的碳纤维束通过光圆模具后，在圆形纤维束表面缠绕尼龙带，控制缠绕张紧力，尼龙带只与筋材毛胚表面贴合而不勒紧筋材毛坯，筋材毛胚表面碳纤维束取向保持平直，经过多道烘箱固化，筋材毛胚内部的环氧树脂受热后发生膨胀并且流动性变得非常好，开始从筋材毛胚内部往外溢出，逐渐填充满尼龙带间的缝隙，最后发生固化。接着对缠绕带进行退绕，尼龙带间隙溢出的环氧树脂形成螺旋树脂肋，尼龙带退绕部位形成螺旋式凹槽。这种工艺方法生产出的筋材表面通长都带有螺旋树脂肋，而表面螺旋树脂肋主要是用于筋材两端锚固性能提升，除锚固部位以外的筋材的螺旋树脂肋并没有实际作用，且为了制造表面带螺旋树脂肋筋材，采用了模外多道烘箱固化工艺，存在传热效率低，生产效率低的缺点。

发明内容

本发明内容的目的在于克服上述不足，设计出一种两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋及其制备方法，该筋材两端表面带有螺旋树脂肋结构，筋材中间表面为光圆结构。该制备方法具有一次加工成型，工艺简便，不易堵模的优点，本发明制成的两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋具有高强度高模量的特点，同时解决了光圆碳纤维复合材料筋难锚固的难点。

本发明的技术方案为：一种两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋，芯部为单向碳纤维增强环氧树脂基体复合材料，筋材的端部一般作为锚固段，锚固段的外表面具有连续的螺旋树脂肋构造，筋材的中间段为光圆的外表面。

优选地，所述螺旋树脂肋的厚度为0.1mm-0.5mm，宽度为4mm-10mm，相邻螺旋肋的间距为2mm-4mm。

具体地，所述锚固段和中间段之间为过渡段，所述过渡段的螺旋肋从锚固段向中间段的方向厚度逐渐减小。

优选地，筋材中碳纤维束的体积含量为65％-78％。

上述碳纤维复合材料筋的制备方法，包括如下步骤：