Ребра из композита на основе базальтового волокна (высокоэффективный армированный волокном композитный материал, состоящий из базальтовых волокон в качестве армирующего материала, термореактивной смолы (например, эпоксидной смолы) в качестве матрицы и добавок в соответствующем количестве. Производственный процесс сочетает в себе армирование волокном, композицию из смолы и процессы формования. Ниже приведены подробный производственный процесс, основные технические моменты и характеристики применения:
1. Основные сырьевые материалы
Базальтовые волокна
Источник: Непрерывные волокна, изготовленные из природной базальтовой руды (такой как базальт и т.д.), обычно имеют диаметр 9-13 мкм после высокотемпературного плавления (1450-1500℃).
Характеристики: Прочность на разрыв ≥2500 МПа, модуль упругости 40-100 ГПа, высокая термостойкость (высокая температура выше 1000℃), коррозионная стойкость (кислотостойкость, щелочестойкость, солестойкость), высокая адгезия со смолой.
Смоляная матрица
Обычно используемые типы: эпоксидная смола (EP), виниловый эфир (VE), при этом эпоксидная смола обладает лучшими комплексными характеристиками (высокая прочность и низкая усадка при отверждении).
Функция: Фиксация положения волокон, передача нагрузки и защита волокон от воздействия окружающей среды.
Добавки
Отвердитель: Вступает в реакцию со смолой для поперечного сшивания и отверждения системы (например, амины, отвердители на основе ангидридов кислот).
Связующее вещество: Улучшает межфазную совместимость между волокном и смолой (например, силановый связующий агент).
Наполнитель: Повышает жесткость ребер или снижает затраты (например, кварцевый песок, карбонат кальция).
2. Производственный процесс
Для производства композитных ребер из базальтового волокна в основном используется метод пултрузии, который обладает преимуществами высокой производительности, высокой точности размеров изделий и стабильного объемного содержания волокон. Конкретные этапы следующие:
1. Подготовка и расположение волокон
Связка волокон: Несколько прядей базальтовых волокон (например, некрученые ровинги) собираются в пучки, а направление волокон контролируется с помощью направляющего устройства (доля осевых волокон ≥60%, обеспечивая прочность вдоль оси).
Предварительная пропитка волокон: В некоторых процессах пучок волокон предварительно пропитывается в резервуаре со смолой для удаления пузырьков и равномерного обволакивания волокон смолой.
2. Пропитка смолой и композиция
Смешивание смолы: Смола, отвердитель, связующее вещество и т.д. смешиваются в определенной пропорции, и с помощью смесительного устройства получают однородный клеевой раствор.
Пропитка волокон: Пучок волокон поступает в пропиточный резервуар и полностью пропитывается клеевым раствором. Избыток смолы удаляется с помощью резинового экструзионного устройства (например, резинового валка или металлической формы) для контроля содержания смолы (обычно 30%-40%).
3. Пултрузия и отверждение
Нагрев формы: Металлическая форма (обычно стальная форма) предварительно нагревается до 80-120℃, а температура контролируется по участкам (например, гелеобразование при низкой температуре на первом участке и отверждение при высокой температуре на последующих участках).
Тяжение и формование: Пропитанный пучок волокон проходит через форму под действием тянущего устройства (например, гусеничного тянущего устройства), а поперечное сечение формы определяет внешний вид материала ребра (например, круг, ребристая форма).
Реакция отверждения: Смола сшивается и отверждается в форме, образуя композитные ребра с определенной жесткостью. Время отверждения зависит от длины формы, температуры и смоляной системы (обычно от нескольких минут до более чем десяти минут).
4. Поверхностная обработка и резка
Формирование ребер на поверхности: Внутренняя стенка формы обрабатывается кольцевыми или спиральными канавками для образования ребер на поверхности композитных ребер и повышения адгезии с бетоном (высота ребра 1-2 мм, расстояние 8-12 мм).
Резка и фиксация длины: Отвержденный материал ребра разрезается резаком на заданную длину (например, 6 м, 12 м), и готовая продукция проходит проверку (например, отклонение диаметра ≤±0,3 мм, погрешность длины ≤±5 мм).
3. Основные технические моменты
Связь на границе раздела волокно-смола
Обработка связующим веществом: После обработки поверхности базальтового волокна силановым связующим веществом могут образовываться химические связи, что повышает прочность связи на границе раздела (прочность на сдвиг ≥40 МПа) и предотвращает повреждение типа «выдергивание волокон».
Контроль объемного содержания волокон
Пропорция волокон: Объемная доля волокон обычно составляет 55%-65%. Слишком высокое значение может легко привести к недостаточной пропитке смолой, а слишком низкое — повлияет на прочность ребер. Точный контроль осуществляется путем регулировки количества пучков волокон и размера формы.
Оптимизация процесса отверждения
Температурный градиент: Температура в передней части формы низкая (например, 80℃) для гелеобразования смолы, а в задней части формы — высокая (120℃) для ускорения отверждения, что предотвращает образование внутренних пузырьков или трещин из-за чрезмерного повышения температуры.
Скорость протяжки: обычно 0,5-2 м/мин. Слишком высокая скорость может привести к недостаточному отверждению, а слишком низкая — снизит производительность.
4. Типовые характеристики и показатели
Показатель Типовые параметры Стандарты испытаний
Диаметры Φ6, Φ8, Φ10, Φ12, Φ16, Φ20 и т.д. GB/T 32773-2016
Прочность на разрыв ≥600 МПа (выше, чем у стальных стержней HRB400) GB/T 30022-2013
Модуль упругости 40-55 ГПа (примерно 1/5-1/4 от стальных стержней) GB/T 30022-2013
Коэффициент линейного расширения 8×10⁻⁶/℃ (приблизительно равен бетону для предотвращения образования трещин из-за перепада температур) JGJ/T 224-2010
Сопротивление коррозии в соляном тумане 1000 ч Сохранение прочности ≥95% GB/T 10125-2021
5. Преимущества и области применения
Преимущества
Коррозионная стойкость: Полностью устойчивы к воздействию кислот, щелочей, солевого тумана и хлоридных ионов, подходят для суровых условий, таких как морская вода и химические вещества.
Легкость и высокая прочность: Плотность составляет около 1,9-2,1 г/см³, что составляет всего 1/4 от стальных стержней, а прочность на разрыв более чем в 2 раза выше, чем у стальных стержней.
Немагнитность: Отсутствие электромагнитной индукции, подходит для зон с чувствительностью к электромагнетизму (например, больницы и тоннели).
Удобство монтажа: Легкий вес, может разрезаться вручную без механического соединения.
Типичные сценарии применения
Армирование железобетонных конструкций: замена стальных стержней для новых строительных или ремонтных проектов (таких как мосты, тоннели, балки и колонны зданий).
Морское машиностроение: замена стальных стержней в доках, волнорезах и морских мостах для решения проблемы коррозии стальных стержней.
Химическая промышленность и очистка сточных вод: корпус бассейна и трубопроводная конструкция в коррозионной среде.
Высокотемпературная среда: жаростойкие детали, такие как промышленные печи и дымовые трубы (кратковременная термостойкость до 600℃)