申请/专利权人：贵州省材料产业技术研究院;贵州省材料技术创新基地

申请日：2019-02-01

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN109706928B

主分类号：E02D5/76

分类号：E02D5/76;E21D21/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.06.14#著录事项变更;2019.05.28#实质审查的生效;2019.05.03#公开

摘要：本发明公开了一种高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆及其制备方法。本发明能通过编织层上的纤维编织的角度变化上实现纤维增强的各向力量补强，这种锚杆增加了顺轴向的正向方向纤维排布，从而增加了顺向扭力与反向扭力，得到的全螺纹树脂纤维锚杆纤维间互相紧密排列，当顺向受力时纤维没有顺向受力变形的空间，因而顺向力也基本不受影响，在显著增加材料扭力的同时，也不降低锚杆顺向拉伸强度。且本发明结构简单，易于生产，成本低廉，使用效果理想。

主权项：1.一种高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆的制备方法，其特征在于：将纤维通过浸胶槽进行浸胶后，将纤维拉伸绷直，并集束成棒状，获得杆体（1）；然后立刻用纤维在浸胶后的杆体（1）表面进行左缠及右缠，交错形成麻花状的左缠绕纤维（2）及右缠绕纤维（3），由左缠绕纤维（2）及右缠绕纤维（3）组成纤维层，且纤维层被杆体（1）上的多余浸胶完全浸渍；再将纵横交错的两向纤维编织在纤维层外，形成编织层（4），并使杆体（1）上的多余浸胶也将编织层（4）完全浸渍；采用成型线（5）在编织层（4）上均匀等距地勒出左旋或右旋螺纹；将完成螺纹加工的纤维束进行加热固化，最后进行切断、包装，获得成品；该成品包括杆体（1），杆体（1）是由径向排布的纤维组成，在杆体（1）外部设有螺旋缠绕的纤维层，纤维层的组成包括左缠绕纤维（2）及右缠绕纤维（3），在纤维层外设有编织层（4），在编织层（4）上设有成型线（5），成型线（5）压在编织层（4）外，并将编织层（4）压成螺纹结构；通过编织层上的纤维编织的角度变化上实现纤维增强的各向力量补强，这种锚杆增加了顺轴向的正向方向纤维排布，从而增加了顺向扭力与反向扭力，得到的全螺纹树脂纤维锚杆纤维间互相紧密排列，当顺向受力时纤维没有顺向受力变形的空间，因而顺向力也几乎不受影响，在显著增加材料扭力的同时，也不降低锚杆顺向拉伸强度。

全文数据：高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆及其制备方法技术领域本发明涉及材料技术领域，具体是一种高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆及其制备方法。背景技术锚杆是一种带全螺纹的圆杆物，由与锚杆螺纹相匹配的螺母及锚盘相组合成深入地层及岩层的受拉构件，用于矿山坑道内坑壁支护，在市政工程中也可对边坡，坝体隧道进行加筋主动加固，深入土层或岩层的部分为锚固段，锚固段被由水泥浆体在凝固后将已作为加强应力筋的锚杆包裹与土层或岩层完整不留空隙的填接在一起，其功能是将锚固段与土层或岩层完整地握裹住，并使其之间抗拔拉力增大，如同植物根茎牢牢抓住土层，由锚盘组成的承载端面，增加了锚固段的承压载面积，由此组成了如同植物根茎段的连接体，避免了边坡的垮塌，碎落及破坏。锚杆现有的材料有：金属钢，树脂纤维基复合材料等等。树脂纤维基复合材料属于非金属材料，它是由粘结树脂及沿锚杆方向排布的单向纤维相粘结组成。按照使用的基本性能要求，粘结用树脂可以是：不饱和聚酯树脂，聚氨酯树脂或由改性的环氧乙烯基树脂，不饱和乙烯基树脂等热固性树脂类。这类非金属特别适用于煤矿矿井的井下综采切割。因为过去由金属锚杆制成的锚固件，在对煤层开采时，要由金属切割刀对煤层切割，遇到金属锚杆时会产生火花并损坏刀具，当遇到有可燃气体的瓦斯层时，就会引起火灾事故。当切割煤层的切割刀切割非金属锚杆时，它较金属锚杆更易切断不会损坏刀具及不会产生火花，并且非金属类锚杆不会锈蚀，能够有效抵抗矿井中酸碱的侵蚀。因而非金属锚具是以塑代钢，降低能耗绿色环保的实现矿用产品轻型化的新产品，对于矿井下产品需达到阻燃抗静电要求，可由树脂内加抗静电剂及阻燃剂达到要求。这种非金属树脂单向纤维组成的锚杆，由于在顺锚杆方向的单向纤维承受着锚具顺向的拉伸强度，这种纤维组合能满足产品承受的顺向拉伸强度，但在矿井及边坡土层及岩层存在蠕动及地壳运动时，除了顺向拉伸受力及锚杆剪切受力外，还有一种以锚杆为圆心的土层及岩层的左旋或右旋的扭力作用。金属锚杆由于是均质材料材料各个方向受力一致，承受扭力没有问题。但目前的非金属树脂纤维复合材料锚杆以顺锚杆方向的纤维及粘合树脂组成是非均质材料，这种产品有严重的性能取向，由于和锚杆垂直方向没有纤维顺向和反向排布，这种锚杆在承受可能的扭力仅靠纤维间粘结的树脂承受扭力是远远不够的。发明内容本发明的目的是：提供一种高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆及其制备方法，它为非金属树脂纤维复合材料，能增加材料扭力，同时也不降低锚杆顺向拉伸强度，以克服现有技术的不足。本发明是这样实现的：高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆，包括杆体，杆体是由径向排布的纤维组成，在杆体外部设有螺旋缠绕的纤维层，纤维层的组成包括左缠绕纤维及右缠绕纤维，在纤维层外设有编织层，在编织层上设有成型线，成型线压在编织层外，并将编织层压成螺纹结构。所述的纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维或尼龙纤维。所述的编织层为一层以上，编织层为纵横交错的两向纤维编织组成，编织层包覆在纤维层后，编织层的编织纤维的排布方向与杆体轴向成30-45°。高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆的制备方法，将纤维通过浸胶槽进行浸胶后，将纤维拉伸绷直，并集束成棒状，获得杆体；然后立刻用纤维在浸胶后的杆体表面进行左缠及右缠，交错形成麻花状的左缠绕纤维及右缠绕纤维，由左缠绕纤维及右缠绕纤维组成纤维层，且纤维层被杆体上的多余浸胶完全浸渍；再将纵横交错的两向纤维编织在纤维层外，形成编织层，并使杆体上的多余浸胶也将编织层完全浸渍；采用成型线在编织层上均匀等距地勒出左旋或右旋螺纹；将完成螺纹加工的纤维束进行加热固化，最后进行切断、包装，获得成品。所述的浸胶为热固性树脂，具体为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂，或这些树脂经过改性得到的改性树脂。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明能通过编织层上的纤维编织的角度变化上实现纤维增强的各向力量补强，这种锚杆增加了顺轴向的正向方向纤维排布，从而增加了顺向扭力与反向扭力，得到的全螺纹树脂纤维锚杆纤维间互相紧密排列，当顺向受力时纤维没有顺向受力变形的空间，因而顺向力也基本不受影响，在显著增加材料扭力的同时，也不降低锚杆顺向拉伸强度。且本发明结构简单，易于生产，成本低廉，使用效果理想。附图说明附图1为本发明的结构示意图；附图2为本发明的截面示意图；附图3为本发明的编织层的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。本发明的实施例：高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆，包括杆体1，杆体1是由径向排布的纤维组成，在杆体1外部设有螺旋缠绕的纤维层，纤维层的组成包括左缠绕纤维2及右缠绕纤维3，在纤维层外设有编织层4，在编织层4上设有成型线5，成型线5压在编织层4外，并将编织层4压成螺纹结构。所述的纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维或尼龙纤维。所述的编织层4为一层以上，编织层4为纵横交错的两向纤维编织组成，编织层4包覆在纤维层后，编织层4的编织纤维的排布方向与杆体1轴向成30-45°。高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆的生产方法，通过现有的非金属锚杆成型机连续生产，首先用众多纤维纱錠组成的纱架，将纤维通过浸胶槽进行浸胶后，将纤维拉伸绷直，并通过导板集束成棒状，获得杆体1；然后用被一前一后的纤维缠绕机立即对浸胶后的杆体1表面进行左缠及右缠，交错形成麻花状的左缠绕纤维2及右缠绕纤维3，由左缠绕纤维2及右缠绕纤维3组成纤维层，由于左缠绕纤维2及右缠绕纤维3有一定拉力缠上杆体1的，因此纤维层被杆体1上的多余浸胶完全浸渍；再将缠绕了纤维层的杆体通过一圆管壁纤维编织机，纤维被完整地纵横交错编织在纤维层外，形成圆管形的编织层4，并使杆体1上的多余浸胶也将编织层4完全浸渍；采用尼龙线作为成型线5，通过一定转速运动以杆体1为圆心的旋转的尼龙线绕线机在束编织层4上均匀等距地勒出左旋或右旋螺纹；将完成螺纹加工的纤维束通过固化通道进行加热固化，最后进行切断、包装，获得成品。所述的浸胶为热固性树脂，具体为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂，或这些树脂经过改性得到的改性树脂。本实施例中，杆体1的纤维占50％左右，左缠绕纤维2、右缠绕纤维3、编制层4的纤维剩余50％左右。为了验证本发明的技术效果，申请人进行了如下测试，按MT146.1-2002进行测试。普通的树脂锚杆不饱和聚酯树脂+玻璃纤维的抗拉强度≥800nmm2，螺纹承载力大于等于14KN扣，抗剪切强度120MPa。本实施例的产品的抗拉强度≥1000nmm2，螺纹承载力大于等于20KN扣，抗剪切强度150MPa。

权利要求：1.一种高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆，包括杆体1，其特征在于：杆体1是由径向排布的纤维组成，在杆体1外部设有螺旋缠绕的纤维层，纤维层的组成包括左缠绕纤维2及右缠绕纤维3，在纤维层外设有编织层4，在编织层4上设有成型线5，成型线5压在编织层4外，并将编织层4压成螺纹结构。2.根据权利要求1所述的高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆，其特征在于：所述的纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维或尼龙纤维。3.根据权利要求1所述的高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆，其特征在于：所述的编织层4为一层以上，编织层4为纵横交错的两向纤维编织组成，编织层4包覆在纤维层后，编织层4的编织纤维的排布方向与杆体1轴向成30-45°。4.一种如权利要求1所述的高强抗扭的树脂纤维复合材料锚杆的制备方法，其特征在于：将纤维通过浸胶槽进行浸胶后，将纤维拉伸绷直，并集束成棒状，获得杆体1；然后立刻用纤维在浸胶后的杆体1表面进行左缠及右缠，交错形成麻花状的左缠绕纤维2及右缠绕纤维3，由左缠绕纤维2及右缠绕纤维3组成纤维层，且纤维层被杆体1上的多余浸胶完全浸渍；再将纵横交错的两向纤维编织在纤维层外，形成编织层4，并使杆体1上的多余浸胶也将编织层4完全浸渍；采用成型线5在编织层4上均匀等距地勒出左旋或右旋螺纹；将完成螺纹加工的纤维束进行加热固化，最后进行切断、包装，获得成品。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的浸胶为热固性树脂，具体为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂，或这些树脂经过改性得到的改性树脂。

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