高强度一体式复合材料锚杆.pdf

本发明涉及锚杆，具体为一种高强度一体式复合材料锚杆。解决现有复合材料锚杆因杆体与螺帽之间为螺纹配合的分体式结构、复合材料的配方不合理所造成的锚杆强度差、经常发生螺纹结合处剪切断裂或螺帽环向开裂等问题。由带螺纹的复合材料杆体、螺帽和托盘组成，螺帽直接模压成型于杆体的端部；构成螺帽的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：短玻璃纤维35％－42％，191#或196#树脂30％－35％，过氧化甲乙铜2％－4％，异锌酸钴苯乙烯3％－7％，碳酸钙15％－20％，氢氧化铝6％－12％，抗静电剂2％－6％。本发明极大地提高了复合材料锚杆的强度。经过长时间的使用检验，该复合材料锚杆未发生螺纹结合处剪切断裂或螺帽环向开裂现象。

1、  一种高强度一体式复合材料锚杆，由带螺纹的复合材料杆体(1)、螺帽(2)和托盘(3)组成，其特征为：螺帽(2)直接模压成型于杆体(1)的端部；构成螺帽的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：短玻璃纤维35％-42％，191#或196#树脂30％-35％，过氧化甲乙铜2％-4％，异锌酸钴苯乙烯3％-7％，碳酸钙15％-20％，氢氧化铝6％-12％，抗静电剂2％-6％。

2、  如权利要求1所述的高强度一体式复合材料锚杆，其特征为：构成杆体的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：连续玻璃纤维束50％-57％，短玻璃纤维5％-10％，191#或196#树脂25％-35％，过氧化甲乙铜1％-2％，异锌酸钴苯乙烯2％-3％，氢氧化铝3％-6％，抗静电剂2％-6％。

高强度一体式复合材料锚杆
技术领域
本发明涉及用于矿山井巷、公路、铁路隧道和边坡支护的支护装置——锚杆，具体为一种高强度一体式复合材料锚杆。
背景技术
锚杆是一种矿山井巷、公路、铁路隧道和边坡的支护用品，过去使用的锚杆材质主要是木质、竹质和钢质等，木质或竹质锚杆虽然重量轻、造价低，但强度低支护效果差，易腐朽，使用寿命短；钢质锚杆虽强度高、支护效果较好，但是钢质锚杆也存在两大缺陷，即极易受腐蚀而降低强度和因采煤机截割与锚杆碰撞产生火花，引发局部瓦斯爆炸，给采矿生产作业带来安全隐患。
从上世纪九十年代始，相继开发了多种复合材料锚杆，其中玻璃钢锚杆因其重量轻、造价低、耐腐蚀、寿命长、使用安全及安装方便等特点，已开始逐渐代替传统金属锚杆和竹、木质锚杆等在矿山井巷、公路、铁路隧道和边坡上的使用，是目前锚杆支护用品的发展方向。
现有的复合材料锚杆与钢质锚杆结构类似，由带螺纹的复合材料杆体、螺帽和托盘组成。复合材料大多采用玻璃钢。现有的复合材料锚杆的杆体与螺帽之间为螺纹配合的分体式结构，使用时将托板套于杆体上，再将螺帽拧于杆体下端；由于杆体与螺帽之间的螺纹是在复合材料成型过程中形成的粗螺纹，要么是螺纹配合过紧，螺帽无法拧上，要么是螺纹配合间隙过大，造成螺纹结合处剪切断裂，形成螺帽脱扣；同时，由于复合材料的配方不合理，杆体特别是螺帽本身的抗拉、抗扭强度较低，经常造成螺帽环向开裂。目前采用了一些改良技术以克服上述的缺陷：1、在粗螺纹的杆体外表再加工螺纹，如经二次模压在粗螺纹的杆体外表再成型螺纹，但这样又因两种材料性能不一，界面粘接不可靠，抗拉、抗扭强度仍难以达到国家标准，并且工艺复杂、加工成本高，并且模压外螺纹质量较差，仍存在上述的螺帽与杆体之间的螺纹配合问题。2、在粗螺纹杆体上套金属管，在金属管外再加工螺纹；但这样不但工艺复杂、加工成本高，而且采煤机截割具与锚杆碰撞易产生火花，引发局部瓦斯爆炸。
发明内容
本发明为了解决现有复合材料锚杆因杆体与螺帽之间为螺纹配合的分体式结构、复合材料的配方不合理所造成的锚杆强度差、经常发生螺纹结合处剪切断裂或螺帽环向开裂等问题，提供一种高强度一体式复合材料锚杆。
本发明是采用如下技术方案实现的：高强度一体式复合材料锚杆，由带螺纹的复合材料杆体、螺帽和托盘组成，螺帽直接模压成型于杆体的端部；构成螺帽的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：短玻璃纤维35％-42％，191#或196#树脂30％-35％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)2％-4％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)3％-7％，碳酸钙(作为填料)15％-20％，氢氧化铝(作为阻燃剂)6％-12％，抗静电剂2％-6％。其中，异锌酸钴苯乙烯是异锌酸钴以任意比例在苯乙烯中的溶液。
为进一步提高锚杆的强度，构成杆体的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：连续玻璃纤维束50％-57％，短玻璃纤维5％-10％，191#或196#树脂25％-35％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)1％-2％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)2％-3％，氢氧化铝(作为阻燃剂)3％-6％，抗静电剂2％-6％。
制造时，以现有的或本发明所述的原料、配比制得杆体复合材料，以现有技术进行杆体成型，即将复合材料穿过现有拉挤成型模具的模孔，制得横截面与模孔形状相同且表面有粗螺纹的杆体，按规定长度截断，制成复合材料杆体。以上述的原料、配比制得螺帽的复合材料，将螺帽直接模压成型于杆体的端部，从而制得杆体与螺帽一体的锚杆。将复合材料的螺帽模压成型于杆体端部是本领域技术人员容易实现的。
本发明通过螺帽直接模压成型于杆体的端部的结构设计和优化的螺帽及杆体的复合材料配方，极大地提高了复合材料锚杆的强度。经过长时间的使用检验，该复合材料锚杆未发生螺纹结合处剪切断裂或螺帽环向开裂现象。本发明所述的复合材料锚杆具有产品强度高、制作工艺简单、安全可靠且成本低等优点，有着广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述的高强度一体式复合材料锚杆的结构示意图；
图2为锚杆的使用状态图；
具体实施方式
实施例1
高强度一体式复合材料锚杆，由带螺纹的复合材料杆体1、螺帽2和托盘3组成，螺帽2直接模压成型于杆体1的端部；构成螺帽的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：短玻璃纤维35％，191#或196#树脂30％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)4％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)3％，碳酸钙(作为填料)20％，氢氧化铝(作为阻燃剂)6％，抗静电剂2％。其中，异锌酸钴苯乙烯是异锌酸钴以任意比例在苯乙烯中的溶液，如采用50％的异锌酸钴的苯乙烯溶液。
为进一步提高锚杆的强度，构成杆体的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：连续玻璃纤维束50％，短玻璃纤维10％，191#或196#树脂25％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)1％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)3％，氢氧化铝(作为阻燃剂)6％，抗静电剂5％。
制造时，以现有的或本发明所述的的原料、配比制得杆体复合材料，以现有技术进行杆体成型，即将复合材料穿过现有拉挤成型模具的模孔，制得横截面与模孔形状相同且表面有粗螺纹的杆体，按规定长度截断，制成复合材料杆体。以上述的原料、配比制得螺帽的复合材料，将螺帽直接模压成型于杆体的端部，从而制得杆体与螺帽一体的锚杆。
实施例2
高强度一体式复合材料锚杆，由带螺纹的复合材料杆体1、螺帽2和托盘3组成，螺帽2直接模压成型于杆体1的端部；构成螺帽的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：短玻璃纤维42％，191#或196#树脂30％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)2％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)3％，碳酸钙(作为填料)15％，氢氧化铝(作为阻燃剂)6％，抗静电剂2％。其中，异锌酸钴苯乙烯是异锌酸钴以任意比例在苯乙烯中的溶液，如采用30％的异锌酸钴的苯乙烯溶液。
为进一步提高锚杆的强度，构成杆体的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：连续玻璃纤维束53％，短玻璃纤维5％，191#或196#树脂30％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)2％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)2％，氢氧化铝(作为阻燃剂)4％，抗静电剂4％。
制造方法同实施例1。
实施例3
高强度一体式复合材料锚杆，由带螺纹的复合材料杆体1、螺帽2和托盘3组成，螺帽2直接模压成型于杆体1的端部；构成螺帽的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：短玻璃纤维35％，191#或196#树脂35％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)2％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)3％，碳酸钙(作为填料)16％，氢氧化铝(作为阻燃剂)7％，抗静电剂2％。其中，异锌酸钴苯乙烯是异锌酸钴以任意比例在苯乙烯中的溶液，如采用60％的异锌酸钴的苯乙烯溶液。
为进一步提高锚杆的强度，构成杆体的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：连续玻璃纤维束57％，短玻璃纤维8％，191#或196#树脂27％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)1％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)2％，氢氧化铝(作为阻燃剂)3％，抗静电剂2％。
制造方法同实施例1。
实施例4
高强度一体式复合材料锚杆，由带螺纹的复合材料杆体1、螺帽2和托盘3组成，螺帽2直接模压成型于杆体1的端部；构成螺帽的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：短玻璃纤维35％，191#或196#树脂30％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)2％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)3％，碳酸钙(作为填料)15％，氢氧化铝(作为阻燃剂)12％，抗静电剂3％。其中，异锌酸钴苯乙烯是异锌酸钴以任意比例在苯乙烯中的溶液，如采用80％的异锌酸钴的苯乙烯溶液。
为进一步提高锚杆的强度，构成杆体的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：连续玻璃纤维束55％，短玻璃纤维8％，191#或196#树脂26％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)1％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)2％，氢氧化铝(作为阻燃剂)5％，抗静电剂3％。
制造方法同实施例1。
实施例5
高强度一体式复合材料锚杆，由带螺纹的复合材料杆体1、螺帽2和托盘3组成，螺帽2直接模压成型于杆体1的端部；构成螺帽的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：短玻璃纤维37％，191#或196#树脂30％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)2％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)3％，碳酸钙(作为填料)16％，氢氧化铝(作为阻燃剂)6％，抗静电剂6％。其中，异锌酸钴苯乙烯是异锌酸钴以任意比例在苯乙烯中的溶液，如采用50％的异锌酸钴的苯乙烯溶液。
为进一步提高锚杆的强度，构成杆体的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：连续玻璃纤维束50％，短玻璃纤维7％，191#或196#树脂35％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)1％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)2％，氢氧化铝(作为阻燃剂)3％，抗静电剂2％。
制造方法同实施例1。
实施例6
高强度一体式复合材料锚杆，由带螺纹的复合材料杆体1、螺帽2和托盘3组成，螺帽2直接模压成型于杆体1的端部；构成螺帽的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：短玻璃纤维35％，191#或196#树脂33％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)3％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)3％，碳酸钙(作为填料)15％，氢氧化铝(作为阻燃剂)6％，抗静电剂5％。其中，异锌酸钴苯乙烯是异锌酸钴以任意比例在苯乙烯中的溶液。
为进一步提高锚杆的强度，构成杆体的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：连续玻璃纤维束50％，短玻璃纤维5％，191#或196#树脂33％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)1％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)2％，氢氧化铝(作为阻燃剂)3％，抗静电剂6％。
制造方法同实施例1。
实施例7
高强度一体式复合材料锚杆，由带螺纹的复合材料杆体1、螺帽2和托盘3组成，螺帽2直接模压成型于杆体1的端部；构成螺帽的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：短玻璃纤维40％，191#或196#树脂30％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)2％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)5％，碳酸钙(作为填料)15％，氢氧化铝(作为阻燃剂)6％，抗静电剂2％。其中，异锌酸钴苯乙烯是异锌酸钴以任意比例在苯乙烯中的溶液。
为进一步提高锚杆的强度，构成杆体的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：连续玻璃纤维束52％，短玻璃纤维5％，191#或196#树脂32％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)1％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)2％，氢氧化铝(作为阻燃剂)3％，抗静电剂5％。
制造方法同实施例1。
实施例8
高强度一体式复合材料锚杆，由带螺纹的复合材料杆体1、螺帽2和托盘3组成，螺帽2直接模压成型于杆体1的端部；构成螺帽的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：短玻璃纤维35％，191#或196#树脂30％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)2％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)7％，碳酸钙(作为填料)15％，氢氧化铝(作为阻燃剂)9％，抗静电剂2％。其中，异锌酸钴苯乙烯是异锌酸钴以任意比例在苯乙烯中的溶液。
为进一步提高锚杆的强度，构成杆体的复合材料是以如下重量百分比的原料构成：连续玻璃纤维束56％，短玻璃纤维5％，191#或196#树脂30％，过氧化甲乙铜(作为固化剂)1％，异锌酸钴苯乙烯(作为促进剂)2％，氢氧化铝(作为阻燃剂)3％，抗静电剂3％。
制造方法同实施例1。