專利名稱：一種熱塑性樹(shù)脂包覆鋼筋結(jié)構(gòu)材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高速鐵路板式無(wú)砟軌道板中的具有增強(qiáng)、絕緣、防腐性能的 鋼筋包覆熱塑性樹(shù)脂結(jié)構(gòu)材料，作為鋼筋混凝土中的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料，特別是涉及非圓形鋼 結(jié)構(gòu)材料與熱塑性樹(shù)脂復(fù)合成型的制備方法。
背景技術(shù)：
目前無(wú)砟軌道所采用的結(jié)構(gòu)模式無(wú)論是整體道床的雙塊式、CRTS I型板式還是 CRTS II型板式軌道模式，為了保證路軌基礎(chǔ)的可靠性都需要大量采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以 保證整體強(qiáng)度。鋼軌作為信號(hào)傳輸?shù)妮斔洼d體要求對(duì)地具有很高絕緣性，對(duì)于埋在水泥混 凝土中的良導(dǎo)體鋼筋必須進(jìn)行絕緣處理。否則就會(huì)在軌道板中產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，從而就會(huì)增 大鋼軌阻抗。并且在水泥構(gòu)件潮濕后或雨雪中就可能發(fā)生漏電短路現(xiàn)象，從而又會(huì)降低道 床阻抗，影響軌道信號(hào)傳輸與機(jī)車的安全運(yùn)行。目前世界范圍內(nèi)，解決鐵路修建時(shí)鋼筋混凝土中鋼筋絕緣的主要方式有三種一 是最簡(jiǎn)單的方法即在鋼筋鋪設(shè)時(shí)交叉接點(diǎn)處用塑料套進(jìn)行綁扎，使鋼筋之間互相絕緣，這 種方法因?yàn)樗芰吓c水泥不兼容，塑料套在其中影響鋼筋混凝土整體強(qiáng)度，另一方面，鋼筋交 叉接點(diǎn)非常之多，靠人工綁扎工作量巨大，耗費(fèi)人工很大，且可靠性還不高。二是采用環(huán)氧 粉末涂料對(duì)鋼筋進(jìn)行絕緣涂裝，比前一種方法有了很大改進(jìn)，也是目前鐵路鋼筋絕緣所采 用的主要方式。環(huán)氧粉末涂裝鋼筋材料存在兩大難以逾越的缺陷，其一，螺紋鋼筋表面形狀 復(fù)雜，粉末熔融流動(dòng)時(shí)鋼筋根部與頂部尖端處難以作到均勻包覆，很容易產(chǎn)生漏點(diǎn)；由于環(huán) 氧樹(shù)脂屬熱固性材料，本身有一定脆性，在運(yùn)輸使用過(guò)程中與低溫環(huán)境下，稍不注意就可能 使鋼筋頂部出現(xiàn)涂層磨損，失去絕緣；此外，噴涂好的絕緣鋼筋在使用時(shí)要進(jìn)行彎制，由于 環(huán)氧粉末涂層具有較高硬度，延伸率不高，在彎曲過(guò)程特別是低溫狀態(tài)下可能出現(xiàn)開(kāi)裂，即 使當(dāng)時(shí)沒(méi)有看到裂紋，但彎曲過(guò)程產(chǎn)生內(nèi)裂紋在現(xiàn)場(chǎng)還不容易發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)，在埋入水泥中后 在長(zhǎng)期疲勞應(yīng)力作用下就可能發(fā)生開(kāi)裂，影響絕緣。因此，環(huán)氧粉末涂裝絕緣不能從根本上 解決鋼筋在濕態(tài)環(huán)境下的絕緣問(wèn)題。本發(fā)明的熱塑性樹(shù)脂包覆鋼筋結(jié)構(gòu)材料具有以下特點(diǎn)其一，由于在鋼筋外表面 整體包覆了一層電絕緣性優(yōu)良的熱塑性樹(shù)脂，從根本上解決鋼筋的絕緣問(wèn)題；其二，由于 熱塑性樹(shù)脂本身具有極好的耐水、耐化學(xué)腐蝕、耐冷熱沖擊性能，可滿足不同地域氣候條件 (高熱、高濕、寒冷)的絕緣要求；其三，熱塑性樹(shù)脂具有很好的韌性和伸長(zhǎng)率，因此熱塑性 樹(shù)脂包覆鋼筋結(jié)構(gòu)材料完全可解決彎曲開(kāi)裂問(wèn)題，確保施工質(zhì)量的可靠性；其四，熱塑性樹(shù) 脂可以回收利用，因此生產(chǎn)過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)零排放，無(wú)環(huán)境污染，在經(jīng)濟(jì)與環(huán)境影響方面熱塑 性樹(shù)脂包覆絕緣鋼筋比環(huán)氧粉末涂裝絕緣鋼筋更為優(yōu)越。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種熱塑性樹(shù)脂包覆鋼結(jié)構(gòu)材料的制備方法，尤其適用于非圓形鋼結(jié) 構(gòu)材料與熱塑性樹(shù)脂的復(fù)合成型。該方法制備的高速鐵路板式無(wú)砟軌道板所用的鋼筋包覆熱塑性樹(shù)脂結(jié)構(gòu)材料，具有高強(qiáng)度、高韌性、抗彎曲開(kāi)裂、絕緣、防腐、耐磨等性能，克服了環(huán) 氧粉末涂裝鋼筋結(jié)構(gòu)材料涂層易產(chǎn)生針孔絕緣性能難保障、結(jié)構(gòu)材料彎曲開(kāi)裂、受沖擊時(shí) 易破壞涂層等不足。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是依次包括如下步驟(1)鋼筋等結(jié)構(gòu)材料表面噴砂處理，除去銹斑和油脂等污垢，提高鋼筋與熱塑性樹(shù) 脂的粘接性能；(2)鋼筋放入具有矯直、當(dāng)量直徑矯正的輸送裝置，為鋼筋包覆樹(shù)脂作準(zhǔn)備，其輸 送速度可以無(wú)極可調(diào)；(3)對(duì)鋼筋進(jìn)行快速加熱，采用渦流加熱裝置；(4)預(yù)熱的鋼筋送入熱塑性樹(shù)脂復(fù)合非圓形鋼結(jié)構(gòu)的成型模具(成型機(jī)頭)進(jìn)行 樹(shù)脂包覆鋼筋的復(fù)合成型。該復(fù)合成型模具具有五大功能①對(duì)鋼筋的定位功能；②環(huán)形流道對(duì)非圓結(jié)構(gòu) 鋼筋的零間隙包覆功能；③真空負(fù)壓對(duì)樹(shù)脂復(fù)合鋼筋緊密結(jié)合功能，防止在復(fù)合層之間產(chǎn) 生氣泡；④正壓對(duì)高溫樹(shù)脂復(fù)合鋼筋外形的保持和冷卻功能；⑤樹(shù)脂復(fù)合層厚度的調(diào)節(jié)功 能；(5)將樹(shù)脂包覆鋼筋結(jié)構(gòu)材料送入冷卻裝置進(jìn)行冷卻定型；(6)將樹(shù)脂包覆鋼筋結(jié)構(gòu)材料進(jìn)入牽引和切割裝置，保障生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行和產(chǎn)品按 要求定長(zhǎng)切斷。本發(fā)明采用的熱塑性樹(shù)脂主要為具有高強(qiáng)度、高韌性、絕緣、耐磨、防腐等性能的 高分子材料，如改性PA6、PA12、PP、PE等。本發(fā)明設(shè)計(jì)了特殊的復(fù)合成型模具解決了非圓形鋼結(jié)構(gòu)材料與熱塑性樹(shù)脂零間 隙連續(xù)復(fù)合的關(guān)鍵技術(shù)，消除了高分子材料與鋼結(jié)構(gòu)材料之間的應(yīng)力，保證了樹(shù)脂與非圓 形鋼結(jié)構(gòu)材料之間的粘合性能。方法簡(jiǎn)約容易實(shí)施，生產(chǎn)工藝自動(dòng)化程度高，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生 產(chǎn)，而且生產(chǎn)成本低，效率高，復(fù)合生產(chǎn)速度在10米/分以上，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響，無(wú) 三廢排放。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的產(chǎn)品實(shí)物照片；圖2是本發(fā)明的制備工藝路線和設(shè)備布置簡(jiǎn)圖；圖3是圖2中復(fù)合成型模具4的結(jié)構(gòu)與裝配示意圖。1、鋼筋2、輸送裝置3、快速加熱裝置4、復(fù)合成型模具5、擠出機(jī)6、冷卻裝置 7、牽引和切割裝置8、樹(shù)脂包覆鋼筋結(jié)構(gòu)材料9、定位圈10、環(huán)形流道11、復(fù)合成型模具 基體12、環(huán)形過(guò)渡流道13、環(huán)形口模調(diào)節(jié)塊14、正壓室15、正壓室擋塊16、正壓室氣道 17、負(fù)壓室氣道18、負(fù)壓室
具體實(shí)施例方式如圖1產(chǎn)品實(shí)物照片可知，鋼筋是非圓形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，表面有許多短小凸臺(tái)、正反向 對(duì)稱的斜紋和兩條縱向凸筋，樹(shù)脂復(fù)合層表面設(shè)計(jì)成許多縱向紋路，這些設(shè)計(jì)主要是提高
4復(fù)合結(jié)構(gòu)材料與混凝土之間的結(jié)合力和長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性。鋼筋的非圓形設(shè)計(jì)和樹(shù)脂復(fù)合層表面紋路都給熱塑性樹(shù)脂復(fù)合鋼筋帶來(lái)很大的 成型困難，其一，高凸不平的外形可能導(dǎo)致樹(shù)脂復(fù)合層的厚度不均勻，甚至?xí)a(chǎn)生破裂；其 二，采用常規(guī)的管狀復(fù)合模具，則樹(shù)脂膜管尺寸一定大于鋼筋外形的最大尺寸，復(fù)合時(shí)對(duì)樹(shù) 脂膜管要進(jìn)行拉伸和負(fù)壓貼合成型，這樣樹(shù)脂膜管會(huì)產(chǎn)生回彈效應(yīng)，使樹(shù)脂對(duì)鋼筋的粘合 性能下降，在凸臺(tái)根部出產(chǎn)生氣孔；其三，常規(guī)樹(shù)脂膜管復(fù)合成型技術(shù)難以調(diào)節(jié)和控制膜管 的壁厚，樹(shù)脂復(fù)合層的厚度主要依靠拉伸來(lái)改變(本技術(shù)要求樹(shù)脂厚度為0. 25-0. 5mm)。如圖2、3所示，準(zhǔn)備好表明處理過(guò)的鋼筋1(每根長(zhǎng)度12米)和熱塑性樹(shù)脂(改性 PA6、PA12、PP、PE等)，熱塑性樹(shù)脂在單螺桿擠出機(jī)5內(nèi)，在合理的工藝條件下，使其成為可 流動(dòng)的熔體，進(jìn)入復(fù)合成型模具4的流道，為連續(xù)復(fù)合成型做好準(zhǔn)備。將表面處理過(guò)的鋼筋 1放入具有矯直、外形矯正的輸送裝置2，經(jīng)矯正被送入快速加熱裝置3，調(diào)節(jié)加熱裝置的輸 出功率與鋼筋運(yùn)動(dòng)速度匹配，使鋼筋達(dá)到預(yù)期要求的溫度，進(jìn)入復(fù)合成型模具4，在復(fù)合模 具內(nèi)，樹(shù)脂熔料通過(guò)模具環(huán)形過(guò)渡流道12和環(huán)形口模10實(shí)現(xiàn)零間隙包覆鋼筋，并在負(fù)壓室 18作用下進(jìn)行復(fù)合成型，同時(shí)經(jīng)熔料復(fù)合鋼筋被模內(nèi)正壓室14壓粘和表面冷卻，并獲得樹(shù) 脂復(fù)合層表面紋路，然后進(jìn)入冷卻定型裝置6，最后在牽引切割裝置7的牽引、分段切割下， 獲得熱塑性樹(shù)脂包覆鋼筋結(jié)構(gòu)材料制品8。復(fù)合成型模具4是本發(fā)明的關(guān)鍵工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了熱塑性樹(shù)脂緊密包覆非圓形鋼 筋的工藝技術(shù)，確保熱塑性樹(shù)脂復(fù)合層厚度均勻和復(fù)合層表面紋路。由圖3所示，首先，鋼 筋1進(jìn)入安裝在模具基體11中的定位圈9內(nèi)，實(shí)現(xiàn)鋼筋的定位，防止鋼筋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的震 動(dòng)和熔料包覆偏心；其二，環(huán)形流道10具有徑向鋸齒紋路結(jié)構(gòu)，有二個(gè)功能，一是使環(huán)形口 模10內(nèi)的熔料對(duì)非圓形鋼筋1可以實(shí)現(xiàn)零間隙包覆，二是成型出樹(shù)脂復(fù)合層表面紋路；其 三，負(fù)壓室18確保熔料緊密貼合在運(yùn)動(dòng)鋼筋的表面，而且可以消除氣泡；其四，正壓室14 有三個(gè)作用，一是確保環(huán)形口模內(nèi)熔料壓緊包覆鋼筋，二是由于熔料溫度較高，熔體強(qiáng)度較 低，正壓室可以防止熔料因自重而下垂，三是冷卻復(fù)合層表面、保持復(fù)合層表面紋路，使樹(shù) 脂復(fù)合層具有一定的包覆強(qiáng)度離開(kāi)成型模具4 ；其五，環(huán)形口模調(diào)節(jié)塊13可以調(diào)節(jié)環(huán)形口 模的間隙，從而達(dá)到調(diào)節(jié)樹(shù)脂復(fù)合層的厚度。
權(quán)利要求
一種熱塑性樹(shù)脂包覆鋼筋結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征是將表面處理過(guò)的鋼筋(1)結(jié)構(gòu)材料放入輸送裝置(2)，經(jīng)矯正后被送入快速加熱裝置(3)中，調(diào)節(jié)快速加熱裝置(3)的輸出功率與鋼筋(1)運(yùn)動(dòng)速度匹配，使鋼筋(1)達(dá)到預(yù)期要求的溫度，進(jìn)入復(fù)合成型模具(4)中，經(jīng)定位圈(9)對(duì)鋼筋(1)定位，擠出機(jī)(5)連續(xù)輸送熔融樹(shù)脂通過(guò)成型模具(4)的環(huán)形流道(10)對(duì)鋼筋(1)實(shí)現(xiàn)零間隙包覆，負(fù)壓室(18)使熔融樹(shù)脂緊密貼合鋼筋(1)，正壓室(14)使貼合鋼筋(1)的高溫樹(shù)脂層保持外形和對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行冷卻；成型后將樹(shù)脂包覆鋼筋結(jié)構(gòu)材料(8)送入冷卻裝置(6)進(jìn)行冷卻定型；再將樹(shù)脂包覆鋼筋結(jié)構(gòu)材料(8)進(jìn)入牽引和切割裝置(7)，保障生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行和產(chǎn)品按要求定長(zhǎng)切斷。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述鋼筋(1)為非圓形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述熱塑性樹(shù)脂為改性PA6、PA12、PP或 PE，樹(shù)脂厚度為0. 25-0. 5mm。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述鋼筋輸送裝置(2)具有對(duì)鋼筋的矯 直、當(dāng)量直徑矯正功能，為鋼筋包覆樹(shù)脂作準(zhǔn)備，輸送速度能無(wú)極可調(diào)。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述快速加熱裝置(3)為渦流加熱裝置， 加熱功率可以根據(jù)鋼筋輸送速度連續(xù)可調(diào)。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述預(yù)期要求的鋼筋溫度為140°C 220 °C。
7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述復(fù)合成型模具(4)由定位圈(9)、環(huán) 形流道(10)、復(fù)合成型模具基體(11)、環(huán)形過(guò)渡流道(12)、環(huán)形口模調(diào)節(jié)塊(13)、正壓室 (14)、正壓室擋塊(15)、正壓室氣道(16)、負(fù)壓室氣道(17)和負(fù)壓室(18)組成；定位圈(9) 位于復(fù)合成型模具基體(11)的鋼筋(1)進(jìn)入端，復(fù)合成型模具基體(11)與環(huán)形口模調(diào)節(jié) 塊(13)之間為環(huán)形過(guò)渡流道(12)和環(huán)形流道(10)，上下兩端為環(huán)形過(guò)渡流道(12)，中間 為環(huán)形流道(10)；環(huán)形口模調(diào)節(jié)塊(13)能夠左右移動(dòng)進(jìn)而調(diào)節(jié)環(huán)形過(guò)渡流道(12)和環(huán)形 流道(10)的大??；環(huán)形流道(10)左右側(cè)分別為負(fù)壓室(18)和正壓室(14)，負(fù)壓室(18)和 正壓室(14)下方分別開(kāi)有負(fù)壓室氣道(17)和正壓室氣道(16)。
8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是所述環(huán)形流道(10)具有徑向鋸齒紋路結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種熱塑性樹(shù)脂包覆鋼筋結(jié)構(gòu)材料的制備方法，涉及高速鐵路板式無(wú)砟軌道鋼筋混凝土中的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料，其特征是將表面處理過(guò)的鋼筋結(jié)構(gòu)材料放入輸送裝置，經(jīng)矯正后被送入快速加熱裝置中，調(diào)節(jié)快速加熱裝置的輸出功率與鋼筋運(yùn)動(dòng)速度匹配，使鋼筋達(dá)到預(yù)期要求的溫度，進(jìn)入復(fù)合成型模具中，經(jīng)定位圈對(duì)鋼筋定位，擠出機(jī)連續(xù)輸送熔融樹(shù)脂通過(guò)成型模具的環(huán)形流道對(duì)鋼筋實(shí)現(xiàn)零間隙包覆，負(fù)壓室使熔融樹(shù)脂緊密貼合鋼筋，正壓室使貼合鋼筋的高溫樹(shù)脂層保持外形和對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行冷卻；成型后將其送入冷卻裝置進(jìn)行冷卻定型。該方法制備的結(jié)構(gòu)材料克服了環(huán)氧粉末涂裝鋼筋結(jié)構(gòu)材料涂層易產(chǎn)生針孔絕緣性能難保障、結(jié)構(gòu)材料彎曲開(kāi)裂、受沖擊時(shí)易破壞涂層等不足。
文檔編號(hào)E01B3/34GK101929219SQ201010259850
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者陶國(guó)良 申請(qǐng)人:常州大學(xué)