纤维增强环氧树脂产品及其制造方法 技术领域
本发明涉及一种纤维增强环氧树脂产品及其制造方法，更具体地说，涉及一种包含硬化环氧树脂混合物的纤维增强环氧树脂产品及其制造方法，其中该混合物中含有环氧树脂、二氧化硅和增强材料如玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维和凯夫拉纤维，以及至少一层玻璃纤维粗纱织物。
背景技术
一般地，可采用各种方法如钢板粘合法、预加应力法以及横截面增长法用于增强和修补混凝土构件。
采用钢板粘合法增强桥面的弯曲强度或桥墩的剪切强度。当预应力的大小小于希望值时在混凝土铸造中采用预应力法。当增强棒的数量和混凝土构件的横截面大小不够时，采用横截面增强法。
最近，钢板粘合法在上述提及的方法中是被使用的最广泛的一种方法。在该方法中，钢板通过粘固剂材料如环氧树脂被粘合到混凝土表面，能够保证在混凝土表面和钢板之间剪切应力的传递和具有足够的粘合强度。
然而，在这种方法中，需要持续维护以保持混凝土表面与钢板之间的粘合强度。并且，当混凝土构件暴露于海水中，因为钢板的腐蚀或与粘固剂材料耐久性相关的问题很难进行充分的增强或维修。而且，随着钢板数量的增加构件负载也增加，其中钢具有相对较高的比重。此外，钢板通常被粘合在构件的底面上。因此，需要大量的工时和工人，由此增加了成本。
通过利用纤维增强塑料(FPP)板代替钢板，由腐蚀引起的问题就会得到避免。但是，FPP板具有如此低的强度以致于它的作用只能是作为混凝土表面的覆盖物。
为了解决这些问题，曾提出了几种改进的方法，例如题目为“用于增强混凝土构件的环氧树脂板及其制造方法”地由本申请人提交的韩国公开出版物No.174,161、或题目为“热固性树脂复合材料板”的日本公开出版物No.4-67946所述的方法。这些方法中提出的树脂板包括作为增强材料的金属线。但是，金属线使用一段时间后会被腐蚀，使树脂材料与金属线之间的粘合强度下降，并且还会使树脂板中的裂缝或脱层扩展。另外，金属线的耐候性和耐化学性不够充分，且大多数情况下，物理性能如拉伸强度或压缩强度因粘合强度减弱而遭到破坏。
发明概述
因此，本发明的一个目的是提供一种纤维增强环氧树脂产品，通过将环氧树脂与短纤维混合后并将混合物铸塑到布置有至少一层玻璃纤维粗纱织物的模具中，使该产品具有改进的物理和化学性能并具有较好的耐候性和耐化学性。本发明的另外一个目的是提供一种制造这种纤维增强环氧树脂产品的方法。
本发明的纤维增强环氧树脂板可用在各种领域，如，1)增强和维修各种混凝土构件，2)保护处于海水、污水、冰冻—融化破坏或其他化学作用中的混凝土构件的表面，3)隧道衬里的增强，4)容器接线柱的角铸塑板，5)车辆滑块等等。
按照本发明的优选实施方案，提供了一种制造纤维增强环氧树脂产品的方法，包括以下步骤：为产品提供模具；将脱模剂涂于模具的内表面；在模具中放置至少一层玻璃纤维粗纱织物；将一种未硬化环氧树脂混合物铸塑到模具中；在模具中压缩环氧树脂混合物；在约20℃-约80℃之间使环氧树脂混合物在模具中硬化30分钟以上；将硬化环氧树脂混合物从模具中脱模；然后在约20℃-35℃之间将硬化环氧树脂混合物固化约24小时形成产品。
根据本发明另一个优选实施方案，提供一种纤维增强环氧树脂产品，包含硬化环氧树脂混合物，该混合物中包含环氧树脂、二氧化硅和纤维材料，其中纤维材料是选自玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维和凯夫拉纤维或者它们的混合物的一种材料，以及按照彼此互相平行的位置被放置在硬化环氧树脂混合物中的至少一层玻璃纤维粗纱织物。
发明简述
通过下面结合附图对优选实施方案进行的描述，本发明的上述及其它目的和特征将会变得更加清楚，其中：
图1A-1F表示制造本发明纤维增强环氧树脂产品的示例性方法；
图2表示的是按照本发明方法制造的纤维增强环氧树脂板的截面图；
图3描述的是本发明的纤维增强环氧树脂板粘合在混凝土构件表面进行增强的截面图；
图4A表示的是本发明纤维增强环氧树脂产品的一个应用，即角铸塑板的平面图；
图4B是图4A所示角铸塑板的侧视图；
图4C显示的是本发明板的安装图；
图5A-5C显示的是按照本发明方法制造的车辆滑块；
图6是已安装的车辆滑块的仰视图；
图7描绘的是沿图6线I-I得到的截面图。
具体实施方案的描述
图1A-图1F表示的是按照本发明制造纤维增强环氧树脂产品的示例性方法。
步骤(a)：提供一个预定大小的矩形模具(10)并去除上面的污物或其他不必要的物质。根据最终产品的用途模具(10)有各种大小和形状。优选地，模具(10)由耐久性的金属组成且清理内表面后可再次利用。
步骤(b)：将常用型脱模剂以均匀厚度涂布在模具(10)的内表面上，脱模剂(20)易于使最终产品与模具分离。
步骤(c)：将具有预定网眼大小的第一层纤维网(30A)布置在模具(10)中脱模剂(20)上。在此之前，第一层纤维网(30A)被切割成适于模具的合适尺寸并可以被环氧树脂浸渍以增强强度。优选地，用于浸渍的环氧树脂具有以下物理性能：粘度小于或等于380mPas(380csp)，凝胶时间约15分钟，压缩强度大于或等于1000kg/cm2，弯曲强度大于或等于500kg/cm2，剪切强度大于或等于800kg/cm2，粘合强度大于或等于130kg/cm2，拉伸断裂应变速率大于或等于0.02，膨胀系数为1.0×10-5-2.0×10-5cm/cm/℃，热变形温度50-70℃。
步骤(d)：将环氧树脂与增强纤维材料按照比例9∶1混合并将混合物铸塑在浸渍过环氧树脂的第一层纤维网(30A)上(第一铸塑步骤)。该混合物包括环氧树脂、少量粘固剂、二氧化硅及切割后的增强纤维材料。增强纤维材料选自玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维和凯夫拉纤维或其混合物。
优选地，该步骤中的环氧树脂具有以下性能：比重1.15-1.20，硬度M70-M80，粘度19,000-24,000cps，吸收率小于或等于0.14％，收缩率小于或等于1.1％，环氧当量为180-230。二氧化硅的优选性能如下：纯度大于或等于95％，比重2.25-2.65，莫氏硬度6.5-7.0及PH值7-9。
步骤(e)：第一铸塑步骤后，将与第一层纤维网(30A)的大小和形状相同的第二层纤维网(30B)放置到模具中，并且将环氧树脂混合物铸塑在其上(第二铸塑步骤)。当第二铸塑步骤完成后，将第三层纤维网(30C)按照与第一和第二纤维网(30A，30B)平行的方向配置到模具中。纤维网层的数目根据最终环氧树脂产品的用途可改变。当用于增强和修理混凝土构件时，最终环氧树脂产品优选具有多层，并且，例如层数和纤维数可根据由结构分析得到的所需的强度增加情况而决定。
当第一和第二铸塑步骤完成后，通过振动器对模具(10)施加振动这样使得纤维网络被移到环氧树脂混合物中如图1E所示。
振动步骤完成后，环氧树脂混合物在60℃下硬化30分钟，然后用1000kg负载压缩。下一步，环氧树脂混合物在80℃下硬化3小时。
步骤(f)：将硬化的环氧树脂混合物从模具(10)脱模并在25℃-30℃之间固化一段预定时间形成纤维增强环氧树脂产品(1)。模具(10)在将其上面的污物去除后可被再次使用。
图2表示根据本发明方法制造的纤维增强环氧树脂板的截面图。
图3是粘合在混凝土构件表面用于增强的纤维增强环氧树脂板的截面图。
首先，混凝土构件(80)的表面被预处理。确定被增强和修理的表面积并测量混凝土构件的压缩强度。增强板的大小根据所需强度确定。去除混凝土构件的损坏部件并预处理表面。如果需要，修复腐蚀的钢增强条板。
其次，将纤维增强环氧树脂板(1)通过锚定螺栓或化学锚定螺栓(84)而固定在混凝土构件(80)的表面上。环氧树脂板(1)与被锚定的表面间留有约2-约6mm的间隙。将粘合环氧树脂注射到板与表面二者间的间隙。优选板与表面间的空隙尽可能地小些。锚定螺栓(84)的头被去除或者用锚定螺栓盖覆盖以防止被腐蚀。优选锚定螺栓(84)到板边缘间的距离不超过100mm以及锚定螺栓的长度至少是被破坏部件深度的2-3倍。每平方米约安装9个锚定螺栓且通常情况下两个锚定螺栓之间的间距是30cm。
随后，将粘合环氧树脂(90)注射到空隙中。在注射前，板(1)的外围用密封胶密封，优选密封胶与粘合环氧树脂同类型。优选地，粘合环氧树脂(90)与构成环氧树脂混合物的环氧树脂具有相同性能但其粘度较低。优选用模型试验检查粘合环氧树脂(90)的性能和工作条件。粘合环氧树脂(90)在一定注射压力下如0.5-2.5kg/cm2被注射到空隙中。注射过程中开始压力较低然后慢慢加压以避免产生气泡。这一步骤在5-30℃下进行。
该注射步骤完成后，粘合环氧树脂被固化3天，环氧树脂板用乙烯基板材或其他材料等覆盖以防雨水或污物。为了美观去除锚定螺栓的头。
图4A显示作为本发明纤维增强环氧树脂产品的一个应用的角铸塑板的平面图。图4B表示其侧视图，图4C表示板的装配。
角铸塑板(100)是用于保护容器接头表面(110)免受容器箱角部件破坏的一个制品。放置这些板(100)用于支承容器箱的各个角。
这些角铸塑板用如上所述的同样步骤制造，只是要包括更多的纤维网层和为增加强度使一些组分的组成不同。板可被制成各种大小，如：{420mm×1350mm×20mm}、{420mm×600mm×20mm}或{1000mm×1350mm×20mm}。
图5A-5C表示按照本发明方法制造的车辆滑块。
这些车辆滑块(200，200A，200B)用与上述同样方法按各种大小制造的。车辆滑块(200，200A，200B)上具有通孔(212)用于固定螺栓(210)。优选地，固定螺栓(210)比车辆滑块(200，200A，200B)的高度大2倍以上。通孔(212)的数量可以根据滑块的长度而改变。
图6是装配车辆滑块的仰视图。图7表示沿图6中线I-I取的截面图。
这些车辆滑块是用与上述同样的方法制造的，只是环氧树脂混合物优选具有以下组成：10-30重量％的环氧树脂、20-39wt％的二氧化硅、30-68％的卵石以及0.01-0.1重量％的增强物质，且更优选13.64重量％的环氧树脂、39.59重量％二氧化硅、46.70重量％的卵石和0.07重量％增强纤维材料。
优选地，纤维网具有以下性能：重量550-610g/m2，密度大于或等于6.3，拉伸强度大于或等于1500kg/mm2和弯曲强度大于或等于1295kg/mm2。
而且，环氧树脂混合物可以包含具有耐火和自熄特性的无机材料，如氢氧化铝、氧化锑、溴化氢。为了保持构件强度，优选环氧树脂混合物包含的无机材料相对于环氧树脂混合物总重量而言不能超过5重量％。
如附图所示，车辆滑块(200，200C)被以预定间隔排列。该间隔取决于车辆的宽度，并且具有倾斜面的车辆滑块(200B)布置在车辆滑块线的两端。
将所需固定滑块的位置表面(300)清洁后，用螺栓(210)将车辆滑块(200)固定在该位置。下一步，每块滑块的外围用密封胶密封后形成树脂浇口和空气出口。粘合环氧树脂(220)被注射到表面和滑块之间的界面以防止水的渗透并确保滑块被牢牢地固定在该表面上。优选地，粘合环氧树脂层的厚度约2mm-6mm。注射步骤开始于较低的注射压力，然后逐渐地、慢慢地增加到较高压力目的是为了防止产生气泡。优选注射压力0.5-2.5kg/cm2。粘合环氧树脂与上述的粘合环氧树脂性能相同，只是该粘合环氧树脂具有较低粘度且凝结时间约3小时。
注射步骤完成后，粘合环氧树脂被固化3小时以上。可将环氧基漆涂布在车辆滑块的表面上。上述步骤也可用于角铸塑板制造中。
实施例
下面描述制造混凝土增强板和车辆滑块的实施例。实施例1
准备大小1000mm×1000mm×11mm的模具，在模具的内表面涂布脱模剂，在模具中放置至少三层纤维网。随后，将包含30.1％的环氧树脂、0.5重量％的粘固剂、69.3重量％的二氧化硅及0.1重量％的短纤维的环氧树脂混合物铸塑到模具中然后振动模具。在60℃下硬化30分钟后，用1000kg负载压缩环氧树脂混合物。在80℃下另外再硬化环氧树脂混合物3小时并从模具中脱模。硬化的环氧树脂混合物在25-30℃、湿度为40-50％下固化3天。测试最终环氧树脂板的性能并得到以下结果：
表1 力学性能 测试结果 备注压缩强度(kg/cm2) 800断裂应变速率0.017直接拉伸强度(kg/cm2) 340断裂应变速率0.017弯曲强度(kg/cm2) 400弹性模量压缩(kg/cm2) 74,000拉伸(kg/cm2) 34,000泊松比压缩 0.34拉伸 0.22断裂应变速率压缩 0.020 0.017-0.037拉伸 0.010 0.010-0.014热膨胀系数 6.5×10-6耐候性水中固化基本不受影响 3个月置于空气中基本不受影响 3个月耐化学性很强的耐酸和耐碱性
如表1所示，纤维增强环氧树脂板的压缩强度和拉伸强度比混凝土的高，且弯曲强度也相当高。
从水中固化的样品和置于低温空气中的样品看，本发明的环氧树脂产品的性能不受气候条件如湿度、置于水中时间的影响，环氧树脂产品也具有很强的耐酸和耐碱性能。因此证明环氧树脂产品适用于具有苛刻条件如海水、污水、车辆尾气这类的地方。实施例2
制造大小800mm×1500mm×11mm的模具，在模具的内表面涂布脱模剂，在模具中放置至少三层纤维网。随后，将包含23.9％的环氧树脂、1.5重量％的粘固剂、74.5重量％的二氧化硅及0.1重量％的短纤维的环氧树脂混合物铸塑到模具中然后振动模具。在60℃下硬化30分钟后，用1000kg负载压缩环氧树脂混合物。在80℃下进一步硬化环氧树脂混合物3小时并从模具中脱模。硬化的环氧树脂混合物在25-30℃、湿度为40-50％下固化3天。测试最终环氧树脂板的性能得到的结果基本与表1相同。实施例3
制造大小170mm×150mm×1000mm的模具，在模具的内表面涂布脱模剂例如700-NC或者PS-100，在模具中放置多层纤维网。随后，将包含环氧树脂、二氧化硅、增强纤维、卵石和无机材料的环氧树脂混合物铸塑到模具中并去除模具中的气泡，气泡残余量要低于4％。对环氧树脂混合物施加负载为800-1000kg的压力并硬化1-3小时，然后从模具中脱模。硬化的环氧树脂混合物在25-30℃、湿度为40-50％下固化3天固化24小时。测试最终环氧树脂车辆滑块的性能得到的结果如下：
表2性能 测试结果 混凝土压缩强度(kg/cm2) 1128 300直接拉伸强度(kg/cm2) 360 340弯曲强度(kg/cm2) 450 400耐候性水中固化 基本不受影响 有影响置于空气中 基本不受影响 有影响耐化学性 很强的耐酸和耐碱性 较差
如图2所示，纤维增强环氧树脂车辆滑块的压缩强度和拉伸强度比混凝土高且弯曲强度也相当高。而且，持久性比混凝土好。从水中固化的样品和置于低温空气中的样品看，本发明中环氧树脂产品基本不受气候条件如温度和湿度以及置于水中的时间的影响。环氧树脂产品也具有很强的耐酸和耐碱性。因此证明环氧树脂产品适于用在苛刻条件如海水、污水及车辆尾气这类地方。
参照优选的实施方案已经表示和描述了本发明。但是本领域的技术人员清楚在不脱离如下述权利要求所限定的本发明宗旨和范围的情况下，可以进行各种变形和修改。