[发明专利]一种高强度纤维复合材料片材的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于纤维复合材料制备技术领域，具体涉及用于增强和加固工程结构的高强度纤维复合材料片材的制造方法。

二、背景技术

高强度纤维布(如碳纤维布、芳纶纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布、聚乙烯纤维布等)具有自重轻、强度高、耐腐蚀、抗疲劳等优良特性，是一种用于增强和加固工程结构(如混凝土结构、钢结构、木结构、砌体结构等)的较理想的材料，可以在不增加工程结构重量下，提高其承载力或加强其抗震能力，延长其使用寿命。高强度纤维布在增强和加固工程结构时，目前主要采用直接粘贴的方法，该方法虽然施工方便，但材料的强度利用率较低。为了充分发挥高强度纤维布的优良特性，进一步提高其增强和加固工程结构的效果，需将高强度纤维布浸渍树脂后制成高强度纤维复合材料片材，再进行预应力张拉，用预应力技术来提高对工程结构加固的效果。

工程应用中的高强度纤维复合材料片材(简称FRP片材，英文名称Fiber ReinforcedPolymer)，主要为高强度纤维板和高强纤维布两种。高强度纤维板为在工厂浸渍树脂并固化成型的板状片材，其材质均匀，强度高，使用时与被增强和加固的工程结构直接粘贴和锚固，施工进度快。但是现有的高强度纤维板有两大缺点：其一是厚度薄，一般在1.5mm左右，其极限拉力一般在12吨左右，能用作预应力的拉力一般也就在8吨以下，因此只能用在小型构件的加固使用；其二是，当用平板夹具锚夹持和锚固纤维板时，很容易发生纤维板从平板夹具锚中滑移，可靠性很差。若采用波形齿夹具锚夹持和锚固时，因为纤维板不能随意弯曲，其弯曲度有严格的限制，只能用波形齿比较平缓的锚夹具，这在一定程度上又降低了波形齿夹具锚的可靠性和经济性。高强纤维布由纤维丝直接编织而成，未浸渍树脂，非常柔软，可随意弯曲、剪裁，运输和使用都比较方便，但这种纤维布也有三大缺点：其一是厚度薄，一般在0.1～0.4mm左右，造成其单位宽度上的极限拉力较小；其二是直接张拉未浸渍树脂的纤维布，其实际张拉强度很低，能使用的预应力张拉吨位就更低，也只能在小型工程结构上使用；其三是在现场使用时必须浸渍树脂，而现场浸渍树脂的质量难于保证，其实际强度低于工厂制作的纤维板材，并且施工周期也长。

现有的高强纤维复合材料片材的制作方法，如申请号为200910104360.5“预应力纤维预浸带加固混凝土构件的施工方法”专利中，公开的预浸带的制作方法是用碳纤维丝和浸渍胶先编织成碳纤维预浸带，再根据被加固混凝土构件确定其长度，然后将碳纤维预浸带的两端锚固部分预先加热固化。该制备碳纤维预浸带的主要缺点是：

1.碳纤维预浸带很薄，单条带子的极限拉力低，用于预应力加固时其张拉的吨位小，只适用于小跨径混凝土梁的加固，并且该碳纤维预浸带的两端只能采用平板网纹夹板锚具进行夹持和锚固，很容易发生预浸带从平板锚具中滑移，锚固可靠性不高。

2.在施工现场对预浸带进行直接张拉，由于浸渍树脂未固化，张拉时纤维丝的受力是不均匀的，其实际张拉强度很低。

3.众所周知，已经浸渍树脂但还未固化的碳纤维预浸带很难长时间保存，在较高的温度下，浸渍树脂在几个小时内就完全固化，将导致其不能使用。而采用低温保存技术可以一定程度上延长保存时间，但需要使用制冷设备等昂贵措施，费用高，不经济。

4.该碳纤维预浸带的两端锚固部分虽预先加热固化，但其余部分仍然是未固化的状态。在使用时，需要采用下顶挤压的方式对粘贴后的碳纤维预浸带实施顶压，并在这种顶压状态下养护，待预浸带全部固化后才能拆除。这种施工方法过于复杂，特别是当碳纤维预浸带很长时，使用的辅助设施就很多，施工起来很麻烦，施工费用就非常高。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有制造高强度纤维复合材料片材方法的不足，提供一种高强度纤维复合材料的制备方法，具有方法实用、工艺简单、施工方便、制备灵活，既可以用工厂化的方式大量生产，也可以在施工现场临时批量制作，所需设备少，生产成本低，并且也便于存贮和运输等特点。

实现本发明目的的技术方案是：一种高强度纤维复合材料片材的制备方法，先制备混合纤维布，再经过两端局部加强，然后经折叠和两端预制成波形状的简单工艺而得成品。具体方法步骤如下：

(1)制备混合纤维布

用高强度纤维丝，即碳纤维丝、玻璃纤维丝、芳纶纤维丝、玄武岩纤维丝、聚对苯并双恶唑(Poly-para-phenylene Benzo-bis Oxazole，简称PBO)纤维丝、高强度聚乙烯纤维丝等中的2～4种，用常规编织技术编织成具有各种性能和强度的混合纤维布，备用。