CN108102302A - 一种结构加固用玄武岩纤维复合片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加固用玄武岩纤维复合片，包括本体，所述本体使用玄武岩纤维作为加固材料，使用环氧树脂、不饱和聚酯树脂或者乙烯基树脂作为加固片的基体树脂。玄武岩纤维是用天然的玄武岩矿石在1450℃下熔融拉丝得到的高性能纤维，相比普通玻璃纤维具有拉伸强度高、弹性模量大、使用温度高、耐酸碱腐蚀和耐紫外线老化的优点。使用玄武岩纤维制成的结构加固纤维复合片，拉伸强度大于1600MPa，弹性模量大于54GPa，断裂伸长率大于1.3％，并且耐腐蚀和耐老化性能好，并且成本比碳纤维复合片要低很多。

Description

一种结构加固用玄武岩纤维复合片及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，特别是涉及一种结构加固用玄武岩纤维复合片及其制备方法。
背景技术
改革开放以来，我国经济快速发展，我国的房屋建筑面积和基础设施数量也急剧增加。然而随着实际使用载荷的增加或施工质量的影响，导致许多建筑结构件的承载力不足，存在安全隐患，需对其进行加固处理。
结构加固中传统的预应力加固法、增大截面加固法和改变受力体系加固法，工程量大、影响原结构外观并减小建筑使用空间，存在较大的局限性。粘钢加固法施工便捷，周期短，加固后24h即可投入使用，且加固后对原结构自重、外观尺寸和原有净空无明显影响，能显著提高构件的刚度和承载能力。
钢板作为加固材料，不仅强度低、重量大，而且在潮湿和腐蚀性气体环境下易生锈腐蚀。纤维复合材料(FRP)的拉伸强度是钢板的2倍以上，并且耐腐蚀性好、重量轻，近年来在结构加固中的实际应用越来越多。碳纤维复合片，拉伸强度2000MPa以上，弹性模量与钢板接近，是应用最多的加固片，但成本较高。玻璃纤维复合片的拉伸强度、弹性模量和成本稍低，耐腐蚀、耐老化性能差。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供结构一种加固用玄武岩纤维复合片，兼顾碳纤维复合片和玻璃纤维复合片的优点。
本发明的另一目的是提供一种加固用玄武岩纤维复合片的制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种加固用玄武岩纤维复合片，包括本体，所述本体使用玄武岩纤维作为加固材料，使用环氧树脂、不饱和聚酯树脂或者乙烯基树脂作为加固片的基体树脂。
上述技术方案中，优选的，所述玄武岩纤维的含量是40～85％。
上述技术方案中，优选的，所述玄武岩纤维的直径是6～25μm，所述本体的长度是0.1～20m，所述本体的宽度是宽度0.02～1m，所述本体的宽度是厚度1～6mm。
玄武岩纤维复合片的制备方法，包含如下步骤，
(1)排布，将玄武岩纤维粗纱排布于纱架上；
(2)浸胶，将所述玄武岩纤维粗砂浸渍树脂胶液；
(3)预成型，浸渍好的玄武岩纤维纱穿过预成型装置；
(4)挤压模塑及固化，经过预成型的玄武岩纤维纱在80～150℃的模具中固化；
(5)牵引，将固化好的型材以0.5～3m/s的速度从模具中拉出；
(6)切割，将固化好的产品切割成指定长度。
上述技术方案中，优选的，步骤(1)中，所述玄武岩纤维分为两层，两层所述玄武岩纤维交叉布置。交叉布置的方式，可以让最终制成的产品各个方向上的性能都维持均衡。
前一技术方案中，优选的，其中一层所述玄武岩纤维与最终制成所述本体的长度方向平行布置，另一层所述玄武岩纤维与这一层所述玄武岩纤维垂直布置。
本发明具有如下有益效果：玄武岩纤维是用天然的玄武岩矿石在1450℃下熔融拉丝得到的高性能纤维，相比普通玻璃纤维具有拉伸强度高、弹性模量大、使用温度高、耐酸碱腐蚀和耐紫外线老化的优点。使用玄武岩纤维制成的结构加固纤维复合片，拉伸强度大于1600MPa，弹性模量大于54GPa，断裂伸长率大于1.3％，并且耐腐蚀和耐老化性能好，并且成本比碳纤维复合片要低很多。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
一种加固用玄武岩纤维复合片，包括本体，所述本体使用玄武岩纤维作为加固材料，使用环氧树脂、不饱和聚酯树脂或者乙烯基树脂作为加固片的基体树脂。所述玄武岩纤维的含量是40～85％。所述玄武岩纤维的直径是6～25μm，所述本体的长度是0.1～20m，所述本体的宽度是宽度0.02～1m，所述本体的宽度是厚度1～6mm。
一种加固用玄武岩纤维复合片的制备方法。
实施例1
1)排布，将20个线密度为2400tex的玄武岩纤维粗纱整齐排布于纱架上；
2)浸胶，玄武岩纤维粗砂通过压纱浸渍的方法，浸渍环氧树脂胶液；
3)预成型，浸渍好的玄武岩纤维纱穿过预成型装置，形成初步的形状结构并排除多余的树脂和气泡；
4)挤压模塑及固化，预成型的玄武岩纤维纱在1mm×25mm×800mm的模具中固化，预热区、凝胶区和固化区的温度分别为60℃、90℃和120℃；
5)牵引和切割，将固化好的型材以1.5m/s的速度从模具中拉出，用砂轮片切割成1mm×25mm×1000mm的产品。
实施例2
1)排布，将160个线密度为2400tex的玄武岩纤维粗纱整齐排布于纱架上；
2)浸胶，玄武岩纤维粗砂通过压纱浸渍的方法，浸渍环氧树脂胶液；
3)预成型，浸渍好的玄武岩纤维纱穿过预成型装置，形成初步的形状结构并排除多余的树脂和气泡；
4)挤压模塑及固化，预成型的玄武岩纤维纱在2mm×100mm×1000mm的模具中固化，预热区、凝胶区和固化区的温度分别为60℃、90℃和125℃；
5)牵引和切割，将固化好的型材以1.0m/s的速度从模具中拉出，用砂轮片切割成2mm×100mm×2000mm的产品。
实施例3
1)排布，将80个线密度为2400tex的玄武岩纤维粗纱整齐排布于纱架上；
2)浸胶，玄武岩纤维粗砂通过直槽浸渍的方法，浸渍乙烯基树脂胶液；
3)预成型，浸渍好的玄武岩纤维纱穿过预成型装置，形成初步的形状结构并排除多余的树脂和气泡；
4)挤压模塑及固化，预成型的玄武岩纤维纱在2mm×50mm×800mm的模具中固化，预热区、凝胶区和固化区的温度分别为90℃、120℃和140℃；
5)牵引和切割，将固化好的型材以1.2m/s的速度从模具中拉出，用砂轮片切割成2mm×50mm×1500mm的产品。
实施例4
1)排布，将30个线密度为2400tex的玄武岩纤维粗纱整齐排布于纱架上；
2)浸胶，玄武岩纤维粗砂通过压纱浸渍的方法，浸渍不饱和聚酯树脂胶液；
3)预成型，浸渍好的玄武岩纤维纱穿过预成型装置，形成初步的形状结构并排除多余的树脂和气泡；
4)挤压模塑及固化，预成型的玄武岩纤维纱在1mm×25mm×800mm的模具中固化，预热区、凝胶区和固化区的温度分别为70℃、87℃和105℃；
5)牵引和切割，将固化好的型材以1.5m/s的速度从模具中拉出，用砂轮片切割成1mm×25mm×1000mm的产品。
实施例5
1)排布，将150个线密度为2400tex的玄武岩纤维粗纱整齐排布于纱架上；
2)浸胶，玄武岩纤维粗砂通过压纱浸渍的方法，浸渍环氧树脂胶液；
3)预成型，浸渍好的玄武岩纤维纱穿过预成型装置，形成初步的形状结构并排除多余的树脂和气泡；
4)挤压模塑及固化，预成型的玄武岩纤维纱在5mm×100mm×1500mm的模具中固化，预热区、凝胶区和固化区的温度分别为70℃、90℃和130℃；
5)牵引和切割，将固化好的型材以0.6m/s的速度从模具中拉出，用砂轮片切割成5mm×100mm×4500mm的产品。
实施例6
1)排布，将150个线密度为2400tex的玄武岩纤维粗纱整齐排布于纱架上，玄武岩纤维分为两层，其中底层的玄武岩纤维排布方向与产品的长度方向相同，上层的玄武岩纤维与底层的玄武岩纤维垂直布置，长度方向布置的玄武岩纤维密度是宽度方向布置的玄武岩纤维密度的两倍以上。长度方向是主要的受力方向，因此需要更多的纤维加强。
2)浸胶，玄武岩纤维粗砂通过压纱浸渍的方法，浸渍环氧树脂胶液；
3)预成型，浸渍好的玄武岩纤维纱穿过预成型装置，形成初步的形状结构并排除多余的树脂和气泡；
4)挤压模塑及固化，预成型的玄武岩纤维纱在5mm×100mm×1500mm的模具中固化，预热区、凝胶区和固化区的温度分别为70℃、90℃和130℃；
5)牵引和切割，将固化好的型材以0.6m/s的速度从模具中拉出，用砂轮片切割成5mm×100mm×4500mm的产品。
实施例1～6性能测试结果
从以上五组实施例中可以看出，对不同纤维含量和树脂基体的玄武岩纤维复合片，均有较高的力学性能结果，拉伸强度大于1600MPa，弹性模量大于54GPa。另外采用两层玄武岩纤维交叉布置的方式，能够进一步的提高本发明的各项性能。
应该理解，在本发明的权利要求书、说明书中，所有“包括……”均应理解为开放式的含义，也就是其含义等同于“至少含有……”，而不应理解为封闭式的含义，即其含义不应该理解为“仅包含……”。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种结构加固用玄武岩纤维复合片，包括本体，其特征在于：所述本体使用玄武岩纤维作为加固材料，使用环氧树脂、不饱和聚酯树脂或者乙烯基树脂作为加固片的基体树脂。
2.根据权利要求1所述的一种结构加固用玄武岩纤维复合片，其特征在于：所述玄武岩纤维的含量是40～85％。
3.根据权利要求1所述的一种结构加固用玄武岩纤维复合片，其特征在于：所述玄武岩纤维的直径是6～25μm，所述本体的长度是0.1～20m，所述本体的宽度是宽度0.02～1m，所述本体的宽度是厚度1～6mm。
4.根据权利要求1所述的一种结构加固用玄武岩纤维复合片的制备方法，其特征在于：包含如下步骤，
(1)排布，将玄武岩纤维粗纱排布于纱架上；
(2)浸胶，将所述玄武岩纤维粗砂浸渍树脂胶液；
(3)预成型，浸渍好的玄武岩纤维纱穿过预成型装置；
(4)挤压模塑及固化，经过预成型的玄武岩纤维纱在80～150℃的模具中固化；
(5)牵引，将固化好的型材以0.5～3m/s的速度从模具中拉出；
(6)切割，将固化好的产品切割成指定长度。
5.根据权利要求4所述的一种结构加固用玄武岩纤维复合片的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述玄武岩纤维分为两层，两层所述玄武岩纤维交叉布置。
6.根据权利要求5所述的一种结构加固用玄武岩纤维复合片的制备方法，其特征在于：其中一层所述玄武岩纤维与最终制成所述本体的长度方向平行布置，另一层所述玄武岩纤维与这一层所述玄武岩纤维垂直布置。
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