涂敷的采矿锚杆 【发明领域】
本发明涉及一种采矿锚杆(mining bolt)及其应用方法。具体来说，本发明涉及一种用于矿顶加固的灌浆的(grouted)系统，该系统包括一种采矿锚杆，该采矿锚杆具有由第一材料形成的中心部分，和第二材料形成的周围部分。
【发明背景】
煤矿使用的主要顶部支架系统包括通常长度为4-6英尺、直径为3/4和5/8英寸的撑帽(headed)钢筋锚杆，该钢筋锚杆与灌注的树脂一起用于直径为1英寸的孔内。
通常使用多隔间(compartment)树脂筒(cartridge)进行灌浆。例如，如Llewellyn在美国专利第3,861,522号中所述，可使用一种分隔的包装(package)，在此包装中由薄膜制成的纵向薄膜密封在同样由隔膜制成的圆管形部件的内壁上，以一定的形式在它们之间形成至少两个连续的纵向线性连接，使得所得隔间的体积可变。优选的是两个隔间之间具有无穷多的相对体积变化性的的双隔间包装。
Gilbert在美国专利第4,239,105中揭示了另一种用于采矿顶部锚杆接固定的树脂胶囊(capsule)。多隔间胶囊具有包含催化剂的纵向延伸的管状内隔间，以及在所述内隔间周围纵向延伸的包含树脂组合物的管状外隔间。所述纵向延伸的管状内隔间和外隔间通过聚酯材料的单层膜带形成，在此单层膜带上，沿相对的纵向边缘焊接有双层带，该双层带包括聚酯材料的第一个层和聚乙烯材料的第二层带，所述第一个层与所述单层带聚酯膜带焊接起来。所述由单层带和双层带形成的复合板材自身沿一个双层边缘余量折叠，形成管状内隔间，使得在折叠时复合带边缘的聚乙烯层材料与该层(ply)材料接触，并焊接起来。然后将所述复合带的相对双层边缘余量折叠到形成的内隔间上面，使得边缘的聚乙烯层材料与其他边缘的聚乙烯层材料相接触，并焊接起来形成管状外隔间。
树脂筒会出现显著的刚性方面的问题。具体来说，如Simmons等人在美国专利第6,545,068B1号中所揭示，在大约两个月内，树脂筒会变得柔软或缺乏刚性或牢固性，使得包含灌浆组合物的筒不再像刚包装的筒那样具有刚性。对于消费者来说，柔软的筒是一个问题，这是由于柔软的筒难以置入顶部的钻孔内。揭示了一种通过在灌浆组合物内加入可压缩性物质，充分提高灌浆组合物的稳固性的方法。所述可压缩性物质选自氮气、氧气、空气、二氧化碳、泡沫橡胶、二氧化碳、氩气、以及其中两种或更多种的组合。
下面来看与树脂筒结合使用的采矿锚杆，3/4英寸的采矿锚杆的性能显著优于5/8英寸的采矿锚杆。首先，与5/8英寸采矿锚杆的应用相比，当将3/4英寸采矿锚杆安装在直径1英寸的孔内时，采矿锚杆和钻孔壁之间的环状空隙(环状空隙)较小，从而可以改进所述环状空隙内树脂和催化剂的混合。对于其中具有高树脂-催化剂比的树脂筒，这种改进的混合性是特别重要的。这种树脂筒的树脂/催化剂比通常约为60/40至90/10。其次，通常使用树脂筒对孔内的锚杆进行灌浆的时候，必须在原位将树脂筒″切碎″，以释放出筒内的树脂和催化剂，然后使它们混合。通常人们知道，当环状空隙大于1/8英寸时，切碎了的树脂筒的大块碎片会显著影响树脂/催化剂的混合，随之会导致采矿锚杆和钻孔壁之间的强度很差。已知当形成树脂筒的塑料薄膜进入并固定在与周围的岩石邻近的钻孔内，从而影响树脂和岩石之间形成所需的力学的结合的情况下，会出现这种″手指伸进手套(glove fingering)″现象。第三，3/4英寸的采矿锚杆在1英寸的孔内提供的较小的环状空隙(例如1/8英寸的环状空隙)会提供更坚硬的支承系统，在每单位作用力作用下的移动更小，蠕变更小。
在澳大利亚和美国进行的广泛研究中已经证明了这些强度的优点，实际上发现1/16英寸的环状空隙甚至效果更好。例如参见C.Mark，C.Compton，D.Oyler和D.Dolinar，″Anchorage pull testing for fully grouted bolts，″21st International Conferenceon Ground Control in Mining中的第13号论文，2002年8月6-8，2002，ISBN0-939084-56-9。
尽管5/8英寸锚杆具有上述缺点，但是优于其相对于3/4英寸锚杆具有重量轻、使用方便和成本低的特点，大约50％的煤矿在使用5/8英寸锚杆。在矿山装置中，较轻的锚杆是有益的。当将采矿锚杆插入例如直径1英寸、长4-6英尺的孔内时，锚杆和孔之间的间隙必须用树脂完全填充，以确保灌浆有足够的强度。由于锚杆的比重约为8.6，而树脂的比重约为2.0，通过使用较小直径的锚杆和更多的树脂，可以降低灌浆系统的总重量。在4英尺长的孔内，用树脂完全灌浆的5/8英寸锚杆和3/4英寸拴的重量差异约为1磅/根锚杆。尽管可以通过钻较小直径的孔、使用较少的树脂来抵消该重量差异，但是在采矿操作中，钻直径小于1英寸的孔更加困难，成本更高，这是由于钻屑去除和通常的钻头的刚度的限制造成的。
废弃的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)聚合物既无法环境生物降解也不能堆肥(compostable)，因此其处理是一个问题。回收利用已经成为了长期积累的垃圾的可行性替代方案，可回收的PET废料可以大量获得。例如，例如来自软饮料瓶的使用后的PET可以以较低的成本大量获得。已知瓶级(bottle grade)PET是各种PET级别中高质量的级别，特别是可以以洗涤过的薄片的形式获得。环保因素和政府的规定是促使人们探寻PET废料的新的和改进的用途的主要因素。
英国公开专利申请第GB 2138732A号涉及一种可用于采矿、建筑和土木工程的锚杆(anchor)。该公开专利申请揭示了一种形成于锚固件(例如钢筋)端部的套筒(sleeve)，其具体方法是将所述锚固件的一端置入可反复使用的塑料模内，所述塑料模具有至少一条螺纹的模型，而且包含自固化收缩组合物。根据该专利申请，该组合物可以是水泥材料或树脂材料：聚酯或环氧树脂组合物。如上所述，向模具内提供一定量的聚酯薄浆Lokset，从而在有螺纹的锚杆上浇注套筒。然而，该公开的专利申请并未讨论PET的应用，使用使用过的回收PET的迫切性，或者注塑的聚合物涂层在矿井支架中的应用。
英国专利说明书第1,382,054号涉及在盲孔中固定锚杆，揭示了一种将锚杆固定在孔内的方法，该方法包括在锚杆的一个端部添加一个套筒。根据其说明书，该套筒可以由木材或可硬化组合物形成，所述可硬化组合物包括例如填充的树脂或水泥灰浆。该套筒还可由塑料预制成形，根据该说明书描述，适用于这种套筒的合适的塑料为：聚缩醛或聚甲醛树脂，聚酰胺(例如尼龙丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物)，聚烯烃或具有必需的或所需性质的任何其他聚合物。该说明书还揭示了可将锚杆的一端插入模具内，向该模具倒入可浇注组合物以形成套筒；在制备套筒时，该组合物发生固化和收缩。然而，该公开的专利说明书并未讨论PET的应用，使用使用过的回收PET的迫切性，或者注塑的聚合物涂层在矿井支架中的应用。
尽管已经有了这些发展，但是仍然需要部分地由PET之类的使用后回收聚合物制成的矿井支架。还需要具有通过浇注以外的方法(例如注塑法)形成的聚合物材料涂层的矿井支架。还需要一种矿井支架，该支架部分地由模塑在所述支架上的热塑性聚合物涂层形成。
作为一种不加固的半晶态热塑性聚酯，PET具有极佳的耐磨性，极佳的硬度和刚性，非常好的抗蠕变性，低摩擦系数，高挠曲模量，和优异的尺寸稳定性。然而，PET——特别是熔融并重新固化之后的使用过的回收废料——会非常脆，不适用于一些用途。
Li等人在美国专利第6,583,217B1号中涉及一种由粉煤灰和废料PET组成的复合材料。在一个容器中将熔融的废料、化学改性的PET材料和粉煤灰相混合，使粉煤灰颗粒分散在熔融的PET材料中。然后冷却所得的混合物，使熔融的PET材料固化形成一种复合材料，该复合材料包含含有PET的基质，以及分散在该基质中的包含粉煤灰颗粒的分散质。
需要一种能够克服树脂封装胶囊混合不良和破碎不良的采矿锚杆系统。具体来说，需要一种复合采矿锚杆系统，该系统在12英寸的锚固长度时，能够支承十吨的负载，而挠度小于1/2英寸。
另外，尽管已有了已知的复合材料，但是需要比较不易变脆的的替代的PET材料。更具体来说，需要适合用来涂敷用在严酷机械条件应用的金属的PET材料。还需要由水泥和循环PET形成的复合材料，及其制备方法。
发明简述
本发明涉及一种复合的灌浆的采矿锚杆系统，该系统包括具有第一比重的第一中心部分，位于所述第一中心部分上的具有第二比重的第二周围部分，以及与第二周围部分相邻的浆料。所述第二比重显著小于第一比重，第二周围部分的最大厚度至少为1毫米，浆料的最大厚度约为0.5-6毫米。在一些实施方式中，浆料的最大厚度不大于约3毫米。第二比重可约小于3.0，第一比重可约大于6.0。还可以是第二比重约小于3.0，第一比重可约大于7.0。第二周围部分的最大厚度可至少为2毫米，至少为3毫米或至少为4毫米。在一些实施方式中，第二周围部分的最大厚度可至少为2毫米且不超过6毫米，或者第二周围部分的最大厚度可至少为3毫米且不超过6毫米，或者第二周围部分的最大厚度可至少为3毫米且不超过5毫米。
所述复合采矿锚杆的第一中心部分可由金属形成，第二周围部分可由聚合物形成。所述金属可以是钢，所述聚合物可以是聚(对苯二甲酸乙二酯)。聚合物还可包括聚乙烯和/或矿物填料。或者该聚合物可以是聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚碳酸酯。所述第二周围部分也可由聚乙烯，聚丙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和尼龙之类的其他聚合物形成。
在一个实施方式中，第二周围部分可以由任选包含矿物填料的聚合物形成，所述聚合物选自聚(对苯二甲酸乙二酯)，聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，聚丙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，尼龙，聚(氯乙烯)，芳族聚酰胺，及其混合物。
在另一实施方式中，所述第一中心部分由玻璃纤维制成。
所述第二周围部分可包含聚合物和填料。例如，第二周围部分可包含水泥。可用的填料包括二氧化硅，石灰石，水泥和粉煤灰。
所述第一中心部分可位于纵轴周围，第二周围部分沿纵轴的厚度可以是不均匀的。例如，第一中心部分可包括其上具有锚头(head)的第一端和第二自由端，第二周围部分的厚度从第一端向第二端逐渐变化(taper)。第二周围部分在自由端附近的厚度也可大于锚头端附近的厚度。
在一些实施方式中，第二周围部分可包括螺纹(thread)，第二周围部分在螺纹处的厚度可以是最大的。
第二周围部分的热导率可小于第一中心部分。另外，第二周围部分的剪切强度可至少为4000psi，至少为5000psi，或至少为6000psi。
第一中心部分的最大径向厚度可比第二周围部分的最大厚度至少大两个数量级，或者至少大1.5个数量级。
第二周围部分的最大厚度可至少为第一中心部分最大厚度的十分之一，或者至少五分之一。
所述第二周围部分可具有纹理(texturing)。第一中心部分可具有外部纹理，第二周围部分可至少部分地遵循该纹理。
复合采矿锚杆的第一中心部分和第二周围部分可具有一定的形状和尺寸，使得复合采矿锚杆在12英寸的锚固长度下，能够支承十吨的负荷，且挠度小于1/2英寸。
本发明还涉及一种复合采矿锚杆，其包括：细长的金属部件；位于该部件上的最大厚度至少为1毫米的外部聚合物层；所述部件和层具有一定的结构和尺寸，使得合采矿锚杆在12英寸的锚固长度下，能够支承十吨的负荷，且挠度小于1/2英寸。
另外，本发明涉及一种复合采矿锚杆，其包括：细长的金属部件；位于该部件上的最大厚度至少为1毫米的外部聚合物层；该外部聚合物层由包含聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚乙烯的混合物形成；所述部件和层具有一定的结构和尺寸，使得合采矿锚杆在12英寸的锚固长度下，能够支承十吨的负荷，且挠度小于1/2英寸。在一些实施方式中，该混合物可包含不超过5％的聚乙烯。在另外的实施方式中，该混合物可包含不超过15％的聚乙烯。在另外的实施方式中，该混合物可包含不超过25％的聚乙烯。
另外，本发明涉及矿顶支架系统，该系统包括：细长的金属部件；第一聚合物的第一层；位于所述部件和第一层之间的第二聚合物的第二层。所述第二聚合物可以是聚(对苯二甲酸乙二酯)，所述第一聚合物可以是聚酯树脂。
另外，本发明涉及一种支承矿顶的方法，该方法包括：提供一种锚杆，这种锚杆包括具有第一比重的第一中心部分和位于所述第一部分上的具有第二比重的第二周围部分，第二周围部分上具有突出的倾斜表面，第二比重显著低于第一比重，第二周围部分的最大厚度至少为1毫米；在矿顶形成钻孔；将锚杆置入钻孔内；对钻孔内的锚杆灌浆，使得锚杆在12英寸的锚固长度下，能够支承十吨的负荷，且挠度小于1/2英寸。
另外，本发明涉及一种支承矿顶的方法，该方法包括：提供一种锚杆，这种锚杆包括具有第一比重的第一中心部分和位于所述第一部分上的具有第二比重的第二周围部分，第二周围部分上具有突出的倾斜表面，第二比重显著低于第一比重，第二周围部分的最大厚度至少为1毫米；在矿顶形成具有一个封闭端的钻孔；将包含浆料的容器插入该钻孔内；将锚杆插入钻孔内；用锚杆刺穿该容器，使得浆液从容器内释放出来；在钻孔内旋转该锚杆，通过突出的倾斜表面使得释放的浆液向钻孔的封闭端分散。
锚杆的旋转可能会使浆液摩擦生热，这种摩擦生热足以显著地加快浆液的固化。另外，在锚杆旋转的同时，浆液还会混合并向钻孔的封闭端部扩散。
突出的倾斜表面可形成螺纹(threading)，该螺纹可以是不连续的。该螺纹还可围绕锚杆的纵轴是不连续的，其中至少一条螺纹仅延伸过180°。另外，螺纹还可围绕锚杆的纵轴是不连续的，至少两条螺纹各自具有两个端部。
锚杆的最大宽度可至少为所述容器的最大宽度。所述容器可具有至少两个隔间，锚杆的最大宽度可至少为两个隔间的宽度。浆料可与钻孔内壁的实质部分接触。
所述容器可被切碎。在该方法的一个实施方式中，容器被切碎，使得容器切碎的部分处于远离钻孔内壁的位置。在本发明另一实施方式中，容器被基本切碎，使得容器切碎的部分分散在整个树脂中。另外，容器可基本被切碎，使得容器被切碎的部分基本均匀地分散在整个树脂中。容器可以基本被切碎，使得切碎的容器部分基本不会影响钻孔内的锚杆的锚固强度。
所述容器可具有两个隔间，其中第一个隔间包含不饱和聚酯树脂和交联剂，第二个隔间包含过氧化苯甲酰催化剂。所述两个隔间中的至少一个还包含石灰石。
在一个实施方式中，浆料在10-30秒内固化。在另一实施方式中，浆料在15秒至1分钟内固化。在另一实施方式中，浆料在不超过10分钟内固化。
另外，本发明还涉及一种支承矿顶的方法，该方法包括：在矿顶形成具有一个封闭的端的钻孔，该钻孔具有钻孔最大宽度；提供包含具有第一比重的第一材料的锚杆；用具有第二比重的第二材料涂敷该锚杆，使得锚杆的最大轴宽小于钻孔最大宽度的差值不超过6毫米；用第二材料形成突出的倾斜表面；将包含浆料的容器插入钻孔内；将锚杆插入钻孔内；用锚杆刺穿该容器，使得浆料从容器内释放出来；使锚杆在钻孔内旋转，通过突出的倾斜表面使得释放的浆料向着钻孔闭合的端分散。锚杆最大轴宽可大于钻孔的最大宽度。
本发明还涉及一种形成采矿锚杆的方法，该方法包括：用可流动的聚合物涂敷中心的金属部件，使得涂层的最大厚度至少为1毫米；使聚合物在中心金属部件上固化；在聚合物上形成纹理。所述涂敷步骤可包括浸涂、注塑和/或热锻。
本发明还涉及一种复合采矿锚杆系统，该系统包括：包括以下部分的部件：(1)具有第一比重的第一中心部分，(2)具有第二比重的第二周围部分，所述第二周围部分位于第一部分上；用来在其中保持一定体积的树脂的插口容器(receptacle)；所述第二比重显著小于第一比重；第二周围部分的尺寸设计成当将该部件插入该插口容器中时，其取代至少约30％的树脂体积。
第二周围部分的尺寸设计成当将该部件插入该插口容器中时，其取代至少约50％、或者至少约75％的树脂体积。
所述插口容器可具有第三比重，第二比重可至少比第三比重小20％。插口容器可具有第三比重，第二比重可比第三比重小大约40-70％。
另外，本发明涉及一种支承矿顶的方法，该方法包括：在矿顶形成直径为0.75-1.25英寸的孔；将容纳有一定体积的插口容器插入孔内；将具有纹理的部件插入孔内，该具有纹理的部件包括具有第一比重的第一中心部分和具有第二比重的位于第一部分上的第二周围部分，所述第二比重小于第一比重；用具有纹理的部件穿透该插口容器，以释放其中的树脂，第二周围部分取代至少约30％的树脂体积。
该孔的直径约为0.9-1.1英寸，具有纹理的部件的直径可约为0.6-0.7英寸。所述孔和具有纹理的部件可设计成一定的尺寸，使得将具有纹理的部件插入孔内时，它们之间最大的间隙不大于0.125英寸。
该方法还可包括：在插口容器中铰连(articulating)该具有纹理的部件，以切碎该插口容器。该方法还可包括插口容器中铰连该具有纹理的部件，以混合树脂。
该方法还可包括：使树脂固化，从而将具有纹理的部件固定在孔内。
本发明涉及一种矿井支架，该支架包括细长的金属部件和形成于该部件上的包含使用过的循环聚(对苯二甲酸乙二酯)的涂层。该涂层可以是注塑的涂层。在一些实施方式中，该涂层可包括厚度至少约为0.1毫米、结晶度约为16-30％的第一层，还任选地包括厚度至少约为0.1毫米、结晶度约为6-14％的第二层。该第一层或第二层可与细长的金属部件接触。第一层的厚度还可至少约为1.0毫米，第二层的厚度可至少约为0.2毫米。该涂层还可包括厚度至少约为0.1毫米、结晶度约为6-14％的第三层，第一层位于第二层和第三层之间。在其它实施方式中，第一层的厚度可至少约为0.1毫米，结晶度约为16-28％，第二层的厚度可至少约为0.1毫米，结晶度约为8-12％，第三层的厚度可至少约为0.1毫米，结晶度约为8-12％。在另一个实施方式中，第一层的厚度可至少约为0.1毫米，结晶度约为16-26％，第二层的厚度可至少约为0.1毫米，结晶度约为8-12％，第三层的厚度可至少约为0.1毫米，结晶度约为8-12％。
该涂层还可包含基本不溶于使用后再循环的聚(对苯二甲酸乙二酯)的第二聚合物。所述第二聚合物可以是玻璃化转变温度约低于20℃或约低于0℃的聚合物。另外，该第二聚合物可以是聚乙烯或聚丙烯之类的聚烯烃，以涂层中聚合物的重量为基准计，该涂层可包含至少80％的聚(对苯二甲酸乙二酯)。
本发明还涉及一种矿井支架，该支架包括细长的金属部件和位于该部件上的包含使用后再循环的热塑性塑料的涂层。该热塑性塑料可以是使用后再循环的聚(对苯二甲酸乙二酯)或使用后再循环的聚碳酸酯，所述涂层可以是注塑的涂层。以涂层中聚合物的重量为基准计，该涂层还可包含等于或小于1重量％的金属，该金属可以是铝。热塑性塑料还可包含玻璃化转变温度约低于20℃或约低于0℃的第二聚合物。在一些实施方式中，热塑性塑料还可包含第二聚合物，该聚合物可以是聚乙烯或聚丙烯之类的聚烯烃，以涂层中聚合物的重量为基准计，该涂层可包含至少80％的聚碳酸酯。该第一聚合物的特性粘度可至少约为0.35dL/g，不超过约0.75dL/g。
另外，本发明涉及一种矿顶支架，该支架包括细长的金属部件和位于该部件上的涂层，该涂层包含使用后再循环的第一和第二聚合物相的非均匀混合物。所述第一聚合物相可以是聚(对苯二甲酸乙二酯)，第二聚合物相可以是玻璃化转变温度约小于20℃或约小于0℃的聚合物。第二聚合物相可以是聚乙烯或聚丙烯之类的聚烯烃，以涂层中聚合物的重量为基准计，该涂层可包含至少80％的聚(对苯二甲酸乙二酯)。在其它实施方式中，第一聚合物相可以是聚碳酸酯，第二聚合物相可以是聚甲基丙烯酸甲酯。以涂层中的聚合物重量为基准计，该涂层还可包含约等于或小于1％的金属，该金属可以是铝。在某些实施方式中，所述第一聚合物相可以是聚碳酸酯，第二聚合物相可以是玻璃化转变温度约低于20℃、或约低于0℃的聚合物。在其它实施方式中，所述第一聚合物相可包含聚萘二甲酸乙二酯。
在一些实施方式中，本发明还涉及一种矿顶支架，该支架包括细长的金属部件和至少部分地由聚(对苯二甲酸乙二酯)形成的涂层。该涂层位于该部件上，包括厚度至少约为0.1毫米、结晶度至少约为30％的第一层。该涂层还可包括厚度至少约为0.1毫米、结晶度约等于或小于28％的第二层。在一示例性实施方式中，第二层与细长的金属部件相接触。在另一示例性实施方式中，第一层与细长的金属部件相接触。所述第一层的厚度可至少约为1.0毫米，第二层的厚度可至少约为0.2毫米。该涂层还可包括厚度至少约为0.1毫米、结晶度约等于或小于28％的第三层，所述第一层位于第二层和第三层之间。该涂层可基本上由新的聚(对苯二甲酸乙二酯)形成，或者该涂层可基本由使用过的聚(对苯二甲酸乙二酯)形成。
本发明还涉及一种矿顶支架，该支架包括细长的金属部件和位于该部件上的涂层。该涂层至少部分地由基本不互溶的第一聚合物和第二聚合物形成。在一个实施方式中，所述第一聚合物可以是聚(对苯二甲酸乙二酯)，在另一实施方式中，第一聚合物可以是聚碳酸酯，可任选地为使用过的聚碳酸酯。所述第二聚合物可以是玻璃化转变温度约低于20℃、或约低于0℃的聚合物。第二聚合物可以是聚乙烯或聚丙烯之类的聚烯烃，以涂层中聚合物的重量为基准计，该涂层可包含至少80％的聚(对苯二甲酸乙二酯)或至少80％的聚碳酸酯。以涂层中聚合物的重量为基准计，该涂层还可任选地包含约等于或小于1％的金属，该金属可以是铝。
本发明还涉及一种矿顶支架，该支架包括细长的金属部件和位于该部件上的涂层。该涂层由第一聚合物相和第二聚合物相的不均匀混合物形成。在一个实施方式中，所述第一聚合物相可以是聚(对苯二甲酸乙二酯)，在另一实施方式中，第一聚合物相可以是聚碳酸酯，可任选地为使用过的聚碳酸酯。所述第二聚合物相可以是玻璃化转变温度约低于20℃、或约低于0℃的聚合物。第二聚合物相可以是聚乙烯或聚丙烯之类的聚烯烃，以涂层中聚合物的重量为基准计，该涂层可包含至少80％的聚(对苯二甲酸乙二酯)或至少80％的聚碳酸酯。以涂层中聚合物的重量为基准计，该涂层还可任选地包含约等于或小于1％的金属，该金属可以是铝。
在另一个实施方式中，本发明涉及一种细长的金属部件和位于该部件上的涂层。该涂层可有第一聚合物形成，该第一聚合物的特性粘度至少约为0.35dL/g，不大于约0.75dL/g，该第一聚合物包含聚(对苯二甲酸乙二酯)。该涂层还可包含第二聚合物，以涂层中聚合物的重量为基准计，该涂层可包含至少80％的聚(对苯二甲酸乙二酯)。该涂层还可由第二聚合物形成，第一聚合物和第二聚合物不互溶。所述第一聚合物和第二聚合物可以在部件上形成纤维状结构、带状结构和/或交织结构。
本发明还涉及一种形成矿顶支架的方法，该方法包括：将细长的金属部件置入模具内，该部件的外表面具有第一温度；将聚合物注入模具内，模具的内表面具有不同于第一温度的第二温度；形成与部件的外表面相邻的聚合物第一半晶体膜；形成与模具的内表面相连的聚合物的第一基本无定形层。在一些优选实施方式中，所述第一半晶体层的结晶度可约为16-30％，第一基本无定形层的结晶度可约为6-14％。在其它实施方式中，所述第一半晶体层的结晶度可约大于30％，所述第一基本无定形层的结晶度可约小于28％。第一半晶体层的厚度可至少约为0.1毫米，第一基本无定形层的厚度可至少约为0.1毫米。所述聚合物至少可部分地包括：(1)聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚乙烯的不均匀混合物，(2)聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚丙烯的不均匀混合物，(3)聚碳酸酯和聚乙烯的不均匀混合物，或(4)聚碳酸酯和聚丙烯的不均匀混合物。该聚合物可包含基本不互溶的第一聚合物相和第二聚合物相。在某些实施方式中，该聚合物可包含聚萘二甲酸乙二酯。
该方法还可包括在部件上形成纤维状结构、带状结构和/或交织结构。所述第一温度可低于第二温度。所述第一温度可至少比第二温度高50℃、100℃或200℃。该聚合物可包含：(1)具有第一熔体流动速率的第一聚合物和(2)具有第二熔体流动速率的第二聚合物，在大约270℃下，第二熔体流动速率至少约比第一熔体流动速率小10％。该聚合物还可包含第一聚合物相和第二聚合物相，其中至少一相的玻璃化转变温度约低于20℃，或约低于0℃。所述第一聚合物相和第二聚合物相可以是基本不互溶的。
可以在将细长的金属部件放入模具内之前对该金属部件进行加热。第一温度可至少约为50℃，第二温度可至少比第一温度约低50℃。
本发明还涉及一种采矿锚杆，这种锚杆包括金属部件和位于所述部件上的涂层，该涂层由乙二醇和两种二元酸(diabasic acid)。所述二元酸可以是对苯二甲酸和间苯二甲酸。
另外，本发明涉及韧化的聚对苯二甲酸乙二酯。更具体来说，本发明涉及由水泥和再循环的PET形成的复合材料，及其制备方法。因此，本发明涉及一种复合材料，该材料包含含有聚对苯二甲酸乙二酯的基质和分散在基质中的水泥颗粒。在一些实施方式中，该基质包含未化学改性的聚对苯二甲酸乙二酯材料。所述水泥颗粒可以包含以下材料或(主要)由Portland水泥组成，所述Portland水泥可以基本是Portland I型水泥或基本为Portland II型水泥。水泥颗粒可约占复合材料的50重量％或更少。或者水泥颗粒可约占复合材料的40重量％或更少。在一些实施方式中，水泥颗粒可约占复合材料的30重量％或更少，在其它实施方式中，水泥颗粒可约占复合材料的20重量％或更少。在一些实施方式中，水泥颗粒可约占复合材料的15重量％或更少。
在一些实施方式中，水泥颗粒可约占复合材料的5-15重量％，在其它实施方式中，水泥颗粒可约占复合材料的5-10重量％。所述水泥颗粒的平均粒度可不超过大约100微米。
附图简述
在附图中揭示了本发明优选的特征，在图中：
图1是涂敷的采矿锚杆的第一实施方式的侧视图；
图2是涂敷的采矿锚杆的第二实施方式的侧视图；
图2A是具有不均匀厚度的图2所示采矿锚杆的第二周围部分的第一示例性实施方式的侧视图；
图2B是具有不均匀厚度的图2所示采矿锚杆的第二周围部分的第二示例性实施方式的侧视图；
图2C是具有不均匀厚度的图2所示采矿锚杆的第二周围部分的第三示例性实施方式的侧视图；
图2D是具有不均匀厚度的图2所示采矿锚杆的第二周围部分的第四示例性实施方式的侧视图；
图2E是图2的采矿锚杆一个示例性端部附近的截面侧视图；
图2F是图2的采矿锚杆一个示例性端部附近的另一截面侧视图；
图2G是图2的采矿锚杆一个示例性端部附近的另一截面侧视图；
图2H是图2采矿锚杆一个示例性端部的第一实施方式的俯视图；
图2I是图2采矿锚杆一个示例性端部的第二实施方式的俯视图；
图3是涂敷了PET-芳纶的浸涂的采矿锚杆中作用力和锚头位移的变化关系图；
图4是用PET-砂子涂敷的浸涂的采矿锚杆中作用力和锚头位移的变化关系图；
图5是用PET-水泥涂敷的注塑涂敷的采矿锚杆中作用力和锚头位移的变化关系图；
图5A是图1或图2的锚杆的部分截面侧视图；
图6显示用大约90重量％的PET和大约10重量％的聚烯烃注塑的表面640倍放大的示例性扫描电子显微照片；
图7显示另一用大约90重量％的PET和大约10重量％的聚烯烃注塑的表面低倍放大的示例性照片；
图8是由透明的PET薄片形成的PET涂层的外表面上热流(毫瓦)随时间(分钟)的变化关系图；
图9是在由透明的PET薄片形成的PET涂层的中部，热流(毫瓦)随时间(分钟)的变化关系图；
图10是由彩色的PET薄片形成的PET涂层的外表面上热流(毫瓦)随时间(分钟)的变化关系图；
图11是在由彩色的PET薄片形成的PET涂层的中部，热流(毫瓦)随时间(分钟)的变化关系图；
图12是由琥珀色/棕色的PET薄片形成的PET涂层的外表面上热流(毫瓦)随时间(分钟)的变化关系图；
图13是在由琥珀色/棕色的PET薄片形成的PET涂层的中部，热流(毫瓦)随时间(分钟)的变化关系图；
图14是根据本发明在注塑与第一中心部件相邻的聚合物的示例性方法的侧视图；
图15是根据本发明在注塑与第一中心部件相邻的聚合物的另一示例性方法的侧视图；
图16是根据本发明使用垂直加载的示例性采矿锚杆模塑法的示意图；
图17是根据本发明使用水平加载的示例性采矿锚杆模塑法的示意图；
图18A是根据本发明使用的模具台板(mold platen)的侧视图；
图18B是与图18A的模具台板一起使用的插入件；
图18C显示与图18A的模具台板一起使用的插入件的插脚的位置。
优选实施方式的详述
现在来看图1，图中显示了根据本发明用于矿顶加固、具体来说是用来固定在岩石中的示例性采矿锚杆10。采矿锚杆10包括第一端部12和第二端部14。在近邻端部12处设置有具有台肩(shoulder)18的锚头16。第一中心部分20在端部12，14之间延伸，具有第一比重。在一优选的示例性实施方式中，第一中心部分20由钢形成。
在另一实施方式中，第一中心部分20由玻璃纤维形成。在端部12，14之间的第一中心部分上设置了具有第二比重的第二周围部分22。尽管在图l中未具体显示，第二周围部分22可完全延伸到采矿锚杆10的一个或多个法兰18和端部12，14。
在一优选的示例性实施方式中，第二周围部分22由聚合物形成，更优选由聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)形成。在另外的实施方式中，第二周围部分22由聚合物形成，任选包含矿物填料，所述聚合物选自PET，聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，聚丙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，尼龙，聚(氯乙烯)，芳族聚酰胺，聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)，聚萘二甲酸乙二酯(PEN)及其混合物。例如，可使用PET和PEN的混合物。填料可选自例如二氧化硅，石灰石，Portland水泥之类的水泥和粉煤灰。在一些实施方式中，可使用金属小颗粒之类的填料，例如铝颗粒或钢颗粒。这些颗粒的尺寸可达大约1/16英寸的最大宽度。可使用填料增加涂层的强度，改进涂层的弹性模数。在另一个实施方式中，可将与住宅建筑用“灰泥”类似的材料或用于矿井壁或隧道的喷射混凝土的材料用作第二周围部分22。例如，水泥第二周围部分可由水泥，石灰石砂，水和/或纤维的混合物形成。
第二周围部分22可由直链聚合物、支链聚合物、网状聚合物、热固性聚合物、化学固化聚合物、热塑性聚合物、无定形聚合物、半晶体聚合物、共聚物和/或聚合物混合物形成。″热固性″聚合物定义为能够通过加热硬化的聚合物，例如在加热时进一步发生(三维)聚合的聚合物。例如，酚醛塑料是热固性材料。热固性聚合物在固化态通常是不溶的。″化学固化″聚合物定义为通过反应或沉淀固化的聚合物，这种固化通常是在混合起来的两种或更多种独立的材料(例如单体、交联剂和引发剂)之间发生的。环氧树脂是一种化学固化聚合物，这种聚合物固化或凝固成一种形式，这种形式可以耐受直到聚合物分解温度的温度。化学固化聚合物经常描述为可流延或可浇注的。“热塑性”聚合物定义为随着温度升高会变软，从而变得可以模塑，而在冷却时会再次硬化的聚合物。PET之类的热塑性聚合物具有熔融温度或液化温度，通常具有溶剂。在本发明优选的示例性实施方式中，第二周围部分22主要由热塑性塑料聚合物形成。在描述聚合物的时候，在本文中，″无定形″表示原子结构非长程有序的材料，这种无定形的性质可通过例如差示扫描量热(DSC)图中聚合物结晶温度附近显著的峰这一点来证明。在描述聚合物的时候，在本文中，″半晶体″表示具有半-有序源自结构的材料，这种结构可通过例如DSC图中聚合物晶化温度附近几乎无峰或完全无峰来证明。
在本发明一些实施方式中，可以将反射组分分散入或通过其他方法加入中心锚杆部件的聚合物涂层中，以提高最终锚杆的可见性，特别是在矿井中阴暗区域内的可见性。例如，可将能够传递光的玻璃小珠(也称为微球体或微球透镜)加入涂层中。所述玻璃微球体可以是中空的。也可以在一部分上(例如每个微球体的一半上)添加镜面涂层，使得当光线照射到微球体的时候，其折射通过微球体的表面，反射回光源。
所述反射组分可以与固体聚合物进料材料混合，或者可以与待注塑到锚杆的表面上的聚合物熔体混合。或者甚至可将反射组分喷涂或通过其他方法分散到一个或多个模具腔内，使得锚杆的表面能够比远离表面的涂层区域优先被反射组分涂敷。可以用有机铬化合物、硅烷、钛酸酯、锆酸酯、氟代烃等对反射组进行化学处理。
在一些实施方式中，采矿锚杆中心部件上的聚合物涂层中玻璃微球体之类的反射组分的含量可至少约为10体积％，至少约为20体积％，或至少约为30体积％。
所述反射组分也可以是陶瓷微球体的形式，例如小珠。在本文中，″陶瓷″表示一种无机材料，其可以是晶体的(对于陶瓷，是指具有充分规整的原子结构，可以产生X射线特征衍射峰的材料)或无定形的(对于陶瓷，表示原子结构非长程有序，没有X射线特征衍射峰的材料)。无定形陶瓷是更加众所周知的，例如玻璃。
用于本发明的反射组分包括Purgett等人在美国专利第6,451,874B1号(转让给3M Innovative Properties Company(St.Paul，MN))中描述的组分，该专利参考结合入本文中。可用于本发明的其他材料包括棱柱光反射塑料。在本发明一些实施方式中，涂敷的采矿锚杆可包含3M Scotchlite逆向反光材料。
预期可用于本发明聚合物涂层的填料的非限制性例子为静电耗散纤维，陶瓷微球体，空心聚合物微球体(例如可从Akzo Nobel，Duluth，Ga.购得的商品名为EXPANCEL 55l DE的微球体)，以及空心玻璃微球体(例如从Minnesota Mining andManufacturing Co.，St Paul，Minn.购得的商品名为K37的微球体)。其他可提供反射性质的合适材料包括粒度合适的云母和砂子。
本发明还考虑在本发明的采矿锚杆聚合物涂层中使用颜料、增量剂、稀释剂、增塑剂、流平剂和表面活性剂。本发明采矿锚杆的聚合物涂层中可任选地包含荧光组分。
在优选的示例性实施方式中，在锚杆10上提供螺纹形式的纹理24。较佳的是，该第一中心部分还包括外部纹理，其上第二周围部分的纹理至少部分地相符合。例如，在浸涂法中，它们将符合，在注塑法中它们将部分地相符合。如图1所示，纹理24通过不连续的螺纹形成，例如参见成对的螺纹部分26，28。如果要使用例如两个半模将聚合物模塑在第一中心部分20上，沿中轴30可存在分型线。因此锚杆纵轴周围的纹理24是不连续的。在一优选示例性实施方式中，螺纹部分26，28中的至少一者仅延伸通过180°。在另一优选的示例性实施方式中，所述螺纹部分26，28中的至少二者各自具有两个端点。
参见图2，图中显示了根据本发明用于矿顶加固的另一示例性采矿锚杆40。与采矿锚杆10类似，该采矿锚杆40包括第一端部42和第二端部44。在近邻端部42处设置了具有台肩48的锚头46。第一中心部分50在端部42，44之间延伸，具有第一比重。
在一优选的示例性实施方式中，第一中心部分50由钢形成。在另一实施方式中，第一中心部分50由玻璃纤维形成。在端部42，44之间的第一中心部分上设置了具有第二比重的第二周围部分52。在一优选的示例性实施方式中，以螺纹的形式在锚杆40上提供了纹理54。优选的是，第一中心部分50还包括外部纹理，其上的第二周围部分52至少部分地与之相符合。例如，例如，在浸涂法中，它们将负荷，在注塑法中它们将部分地相符合。如图2所示，纹理54可由连续的螺纹56形成。尽管图2中未具体显示，但是第二周围部分52可完全延伸到采矿锚杆40的一个或多个法兰48和端部42，44。上文所述用于第二周围部分22也可类似地用于第二周围部分52。
在图1和图2的各个示例性实施方式中，第二周围部分22，52沿轴30，60分别可任选地具有不均匀的厚度。第二周围部分22，52的厚度分别可任选地从锚杆的第一端到第二端变化，在此情况下，自由端的厚度优选大于锚头附近的厚度，从而形成略微的斜度，在对锚杆头施加作用力的时候，该斜度可起到机械楔的作用。在一些实施方式中，第二周围部分的厚度在靠近纹理(例如螺纹)的位置可以是最大的。
图1和图2的矿顶支架的实施方式可任选地进行改变，使得支架纵向长度上以不连续涂层的形式包括不均匀的厚度，例如用来提供弯曲点。如图2所示，可以在采矿锚杆40上提供一个或多个区域A1，A2，A3，在这些区域中涂料未完全围绕锚杆延伸。具体来说，在一个或多个区域A1，A2，A3中，第二周围部分52可以是以下情况：(1)在一个或多个区域A1，A2，A3中，完全没有第二周围部分52，(2)仅围绕纵轴60延伸过锚杆40的一部分，(3)即使与第二周围部分52的非螺纹部分比也是显著变薄的，(4)在一个或多个区域A1，A2，A3逐渐变化，或者(5)围绕纵轴60、锚杆40周围的一个或多个区域A1，A2，A3中每个区域中的多个位置是不连续的。在一个实施方式中，涂层在一个或多个区域A1，A2，A3中仅延伸过锚杆40的大约180°。因此，与第二周围部分52的其它区域相比，可以在一个或多个区域A1，A2，A3中减少涂料的体积。例如，如图2A所示，在一个或多个区域A1，A2，A3中完全没有涂层52，在图2B-2D中，在一个或多个区域A1，A2，A3中部分地缺少涂层52，从而形成通过涂层暴露出第一中心部分50的涂层52桥或窗口。为了制备具有部分缺少或完全缺少涂层52的一个或多个区域A1，A2，A3的锚杆40，可以对锚杆40进行适当的模塑，或者可以在模塑之后通过旋转刀片或重熔、以及通过对特定的涂层区域52施加足够的热量将一个或多个区域A1，A2，A3内的涂层部分52除去。
例如，如果要将4英尺长的采矿锚杆40装入矿顶的钻孔内，则矿顶下必须有至少4英尺的空隙，用来插入锚杆40。如果空隙不足4英尺，则必须首先在锚杆40端部的中间将其弯曲，以便将锚杆的一部分对准钻孔，然后部分地插入钻孔中。然后可再次弯曲锚杆，使其接近初始的笔直形状，从而将最后的部分插入钻孔内。为了促进这种弯曲，可以沿纵轴60提供隔离的区域A1，A2，A3作为弯曲点。在一个示例性实施方式中，沿采矿锚杆靠近端部44后一半长度提供至少一个区域A1，A2，A3。较佳的是，在靠近端部44的采矿锚杆的大约1/4长度提供区域A3，以提供具有相当长度的杠杆臂来帮助弯曲。安装这种锚杆的矿工可以用手进行这种弯曲。
由于钢筋(优选用于第一中心部分50的材料)的公差(tolerance)通常很松(loose)，会在第二周围部分52的一个或多个区域A1，A2，A3中形成聚合物薄层。这种薄涂层是不可避免的，这是由于用来将第二周围部分52注塑到第一中心部分50上的模具的尺寸优选足以在特定公差内容纳所有可能尺寸的钢筋。
第二周围部分22，52可以如图1-2所示分别在到达采矿锚杆10、40的一个或多个端部14，44之前终止，或者第二周围部分22，52可任选地完全延伸到采矿锚杆10，40的一个或多个端部14，44。根据本发明，预期各种结构都靠近端部14，44。参见图2E，涂层52未完全延伸到端部44，该涂层52包括圆形的边缘52a，该边缘有助于将采矿锚杆插入钻孔内。如图2F所示，涂层52完全延伸到端部44，还包括圆形的边缘或凸缘52a，这有助于将采矿锚杆插入钻孔内。在优选的示例性实施方式中，端部44可以完全是平的，以利于在将锚杆和树脂筒插入钻孔时用来支承树脂筒，或者出于该目的可包括一个或多个平坦的部分。在图2G中，涂层52将第一中心部分50的自由端包封起来，其中包括凹陷44a，该凹陷可以如图2H所示为杯状的形式，或者可以如图2I所示为凹槽状形式。在一些实施方式中，可提供凹陷44a以便在将锚杆和树脂筒插入钻孔时，帮助将树脂筒支承在端部44。凹陷44a(例如图2H中所示的杯状凹陷)可以是在涂层冷却过程中由于涂层收缩形成的，有助于在模塑完成之后将采矿锚杆从模腔内很容易地取出。
为了使锚杆10的端部12，14和锚杆40的端部42，44分别不含第二周围部分22，52，例如可在模塑过程中使第一中心部分20，50延伸过模具腔的边缘。
本发明可采用各种锚杆长度，包括长度约为36英寸，42英寸和48英寸的锚杆。也可采用本领域已知的其他锚杆长度。
可以分别在本发明涂敷的采矿锚杆10，40上提供标记，例如将标记分别提供在第二周围部分22，52上。可以在模塑部分22，52的时候将标记模塑在采矿锚杆上，或者可以在模塑之后通过轻微地加热将标记印在部分22，52上，或者可以将标记刻在部分22，52上。合适的标记包括产品名或名称，表明产品的生产商或购买方、制造信息、符合政府规定的信息或专利表示数据的标记或名称。为了销售，可能需要包括消费者名称的标记，通常这种标记可以改进制造、运输和最终用户处的作业流程。较佳的是，相对于形成在可能由钢形成的第一中心部分20，50，这种标记更容易包括在由聚合物形成的第二周围部分22，52上。另外，可以提供标记使得使用者更容易确定锚杆的长度或锚杆预期的最终用途(例如安装在矿井的特定区域)。另外，锚杆上的聚合物涂层还可用来作为彩色代码，说明锚杆的一些情况，例如锚杆长度、锚杆直径、或锚杆强度，因此这些标记可以是彩色的形式。模塑领域已知，通过使用模具“插入件”，可以使用本文中将会描述的相同的模具很容易地改变在不同的锚杆上形成的标记。
在本发明一个优选的示例性实施方式中，第二周围部分22，52的厚度可约为1/16英寸至3/4英寸。更佳的是，第二周围部分22，52的厚度可约为0.1英寸至0.5英寸。纹理24，54、螺纹部分26，28和连续螺纹56附近的涂层的厚度可优选约为与之相邻的涂层厚度的两倍。
在上面本发明的简述中已详细描述了可用于各示例性采矿锚杆10，40的其它特征。
根据本发明，可将采矿锚杆10，40安装在矿顶中用来提供支承。如上文所述，支承矿顶的示例性的优选方法包括：提供锚杆10，40，该锚杆包括具有第一比重的第一中心部分，以及位于第一部分上的具有第二比重的第二周围部分，该第二周围部分上具有突出的倾斜表面，所述第二比重显著小于第一比重，第二周围部分的最大厚度至少为1毫米；在矿顶中形成钻孔；将锚杆置入钻孔；向钻孔内的锚杆灌浆，使得各合采矿锚杆10，40在12英寸的锚固长度下，能够支承十吨的负荷，且锚头12，42的挠度小于1/2英寸。
根据本发明另一方法，依照包括以下步骤的方法将矿井锚杆10，40装入矿顶以提供支承：提供锚杆10，40，该锚杆包括具有第一比重的第一中心部分，以及位于第一部分上的具有第二比重的第二周围部分，该第二周围部分上具有突出的倾斜表面，所述第二比重显著小于第一比重，第二周围部分的最大厚度至少为1毫米；在矿顶中形成具有一个封闭的端部的钻孔；将包含浆料的容器插入钻孔；将锚杆插入钻孔；用锚杆刺穿容器，使浆料从容器中释放出来；使锚杆在钻孔内旋转，通过突出的倾斜表面使得释放的浆料向钻孔的闭合端扩散。突出的倾斜表面可以是图1和图2所述的螺纹部分或螺纹的形式。锚杆10，40的旋转可能会使浆液摩擦生热，这种摩擦生热足以显著地加快浆液的固化。另外，在锚杆10，40旋转的同时，浆液还会混合并向钻孔的封闭端部扩散。
根据本发明另一方法，依照包括以下步骤的方法将矿井锚杆10，40装入矿顶以提供支承：在矿顶形成具有一个封闭的端部的钻孔，该钻孔具有钻孔最大宽度；提供包含具有第一比重的第一材料的锚杆10，40；用具有第二比重的第二材料涂敷该锚杆，使得锚杆的最大轴宽小于钻孔最大宽度的差值不超过6毫米；用第二材料形成突出的倾斜表面；将包含浆料的容器插入钻孔内；将锚杆插入钻孔内；用锚杆刺穿该容器，使得浆料从容器内释放出来；使锚杆10，40在钻孔内旋转，通过突出的倾斜表面使得释放的浆料向着钻孔闭合的端分散。在一个示例性实施方式中，锚杆最大宽度可大于钻孔的最大宽度。
在另一中用锚杆10，40支承矿顶的方法中，该方法包括以下步骤：在矿顶形成直径为0.75-13/8英寸的孔；将容纳有一定体积的插口容器插入孔内；将具有纹理的部件10，40插入孔内，该具有纹理的部件包括具有第一比重的第一中心部分和具有第二比重的位于第一部分上的第二周围部分，所述第二比重小于第一比重；用具有纹理的部件穿透该插口容器，以释放其中的树脂，与没有第二周围部分22，52的锚杆相比，第二周围部分取代至少约30％的树脂体积。树脂体积定义为填充锚杆和插孔之间的环状空隙的树脂的体积。该方法还可包括在插口容器中铰连该具有纹理的部件10，40，以切碎该插口容器。该方法还可包括在插口容器中铰连该具有纹理的部件，以混合树脂。该方法还可包括：使树脂固化，从而将具有纹理的部件10，40固定在孔内。
在上述各示例性方法中，可将包含浆料的容器切碎。在美国专利第3,861,522号和第4,239,105号中揭示了适用于本发明的示例性非限制性容器设计，这些专利全部参考结合入本文。在美国专利第6,545,068B1号中揭示了示例性的非限制性的灌浆组合物，该专利也参考结合入本文。
可通过以下方法制造锚杆10，40：用可流动的聚合物涂敷中心金属部件，使得涂层的最大厚度至少为1毫米；使聚合物在中心金属部件上固化；在聚合物上形成纹理。所述涂敷步骤可包括浸涂、注塑和/或热锻。
关于各锚杆10，40，通过在矿顶支架锚杆外表面施涂优选低密度的硬涂层，可以在成比例地减轻重量的前提下增加锚杆的总体直径。具体来说，聚合物之类的材料的涂层每单位体积的质量显著小于钢之类的用来形成锚杆的金属的质量。另外，在认识到聚合物材料在重量方面优于金属的优点的同时，这种复合锚杆可有益地设计成一定的尺寸，使得锚杆和钻孔的岩石之间的环状空隙更小，以改进树脂的混合。
较佳的是，这种减小的环状空隙尺寸还会使得混合之后切碎的树脂包装膜的尺寸减小。
更佳的是，涂层的比重显著小于钢的比重，优选小于树脂浆料的比重。另外，优选的是该涂层能够基本保持锚杆的表面纹理，以促进在较小环状空隙系统内的混合和切碎。该涂层的厚度优选足以使锚杆涂层和钻孔之间的环状空隙小于1/8英寸，更优选小于1/16英寸。从而(特别是当涂层由密度约等于或小于2.0克/立方厘米的聚合物形成的时候)可以显著地减轻矿井锚杆系统的总重量。在一优选实施方式中，涂层密度约比树脂密度小大约20％，更优选涂层密度约比树脂的密度小大约40-70％。
在一个优选实施方式中，涂层的剪切强度与固化的树脂浆料相等或更佳，通常约为4000-6000psi。因此，总体来说，(特别是在使用再循环的或新的PET形成涂层时)这种锚杆可以提供改进的强度/负荷性能。再循环的PET可以在市场上广泛地购得，特别是与形成锚杆的钢和树脂相比，再循环的PET是很廉价的。
在另一优选的实施方式中，优选的是施涂涂料时使得涂层在远离锚杆锚头的端部较厚，在具有锚杆锚头的端部较薄，以形成轻微的斜度，在对锚杆锚头施加负荷的时候会形成机械楔。
所述涂层还优选具有低热导率，使得树脂和催化剂的放热反应以及快速固化所产生的热量能够比使用未涂敷锚杆时更快地被吸收。
较佳的是，涂层的厚度约为1/6英寸至1/4英寸。较佳的是，可以在涂层中填充砂子或石灰石。砂子提高强度的能力优于石灰石，由于石灰石的摩擦性远小于砂子，石灰石可在树脂体系中用作填料。砂子的高摩擦性还使得其难以用于树脂封装生产者常用的自动封装机和泵。然而，使得聚合物涂层形成沙砾质表面的填料可以有益地促进切碎树脂封装。可结合在聚合物涂层中的其他填料包括铝、纸、芳纶(kevlar)纤维、玻璃纤维、沸石、和其他能够提高聚合物强度的惰性或活性材料。
例如由于涂层可以抑制生锈，涂敷过的锚杆可以比未涂敷的锚杆具有更高的耐腐蚀性。
在一优选的示例性实施方式中，用PET涂敷了钢筋制成的5/8英寸的锚杆，并在直径1英寸的孔内灌浆。
可通过例如浸涂法用聚合物涂敷锚杆，在此方法中，将锚杆沿其长度浸入熔融的或其他形式的非固态聚合物中，优选浸至锚杆锚头。
较佳的是，在锚杆上提供纹理，锚杆上的涂层遵循该纹理，使得涂敷过的锚杆上仍然有纹理。在示例性的实施方式中，这种纹理例如可以是沿锚杆长度的螺纹、格纹图案或不规则表面结构。
例如可以在注塑第二周围部分22，52过程中，通过可在其中注入聚合物的模具腔的形状在锚杆上添加纹理。或者可以在注塑之后，通过例如首先在第一中心部分20，50上形成涂层，然后将锚杆在一定的图案上辊轧，来施加所需的纹理。在一种方法中，在第二周围部分22，52仍被加热的时候(例如未充分固化)的时候进行辊轧，而在其他方法中，在第二周围部分22，52已经固化之后用合适的压力进行辊轧。在一些根据本发明优选的模塑方法中，第二周围部分22，52优选在形成于中心部分20，50上之后大约30秒内、优选约20秒内固化。
或者可以将锚杆轴卷入聚合物片材或管材内，然后将聚合物粘合或通过其他方法熔合到轴上，在它们之间形成结合，从而在锚杆轴上施涂涂层。
另外，通过在锚杆上提供聚合物涂层，可有益地缩短树脂筒的长度。具体来说，通过使用聚合物涂层增大采矿锚杆的直径，所需的树脂筒体积可以减少至少30％。更佳的是，通过使用聚合物涂层，所需的树脂筒体积可减少至少50％，更优选可减少至少75％。
通过显著减少所需灌注的树脂的量，可显著缩短树脂筒长度，从而显著减少筒弯曲的问题。筒弯曲近似是筒长度的二次函数。因此，筒长度减少50％大约会使筒弯曲问题减少到约1/4。换句话说，仅需要1/4筒长度便可替代75％所需的树脂体积，刚性提高了大约16倍。这种改进有效地消除了锚杆安装过程中筒的刚性的问题。
例如，一种采矿应用可能需要将5/8英寸的锚杆插入直径1英寸的孔内。这种锚杆的长度可以约为4英尺、6英尺或20英尺。如果使用4英尺长的锚杆，通常钻50英寸长的孔。用于这种孔和锚杆长度的现有技术的树脂筒可延伸例如40英寸。在这种长度下，筒变得很软，难以与锚杆一起插入孔内。同时，当树脂从其封装内释放出来流入孔内并锚固锚杆的时候，很大的树脂长度可能未混合，因此所提供的锚固小于所需的程度。通过缩短所需的树脂筒长度，可以避免这种问题。
随着被聚合物涂层替代的树脂体积增加，可在以下方面获得改进：锚杆系统的成本，筒柔软性的减少，锚杆系统重量的减轻，提高树脂筒的混合和撕裂，增大的强度(在相同负荷下的挠度较小)。另外，通过提供更大的摩擦性，通过影响锚杆在岩石中钻孔内的安装，可以更快地安装锚杆。具体来说，由于当锚杆在树脂中原地旋转时，摩擦力使得树脂的温度升高，使得树脂可以更快地固化。形成第二周围部分22，52的聚合物涂层的热导率可低于形成第一中心部分20，50的金属部件，因此更少的热量被锚杆吸收，更多的热量被周围的树脂吸收。
通过试验来测定根据本发明的涂敷的采矿锚杆的性能。在图3和图4所示的第一系列试验中，对所有的采矿锚杆进行浸涂，制成一种锚杆，在这种锚杆中，在5号60级钢筋上的聚合物连续螺纹最大外部直径约为0.90英寸，有效平均直径约为0.80英寸，所述5号60级钢筋的有效平均直径约为0.62英寸。使用未涂敷的5号60级钢筋作为参比。图3中涂敷的锚杆用包含大约10-15重量％芳纶填料的PET涂敷，图4中涂敷的锚杆用包含10-15重量％砂子填料的PET涂敷。如图5所示，在第二系列试验中，在模具中对所有的采矿锚杆进行浸涂，制成一种锚杆，在这种锚杆中，在5号60级钢筋上的聚合物连续螺纹最大外部直径约为0.875英寸，有效平均直径约为0.78英寸，所述5号60级钢筋的有效平均直径约为0.62英寸。使用用包含大约10-15重量％水泥填料的PET涂敷的样品锚杆，、未涂敷的5号60级钢筋、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)涂敷的锚杆和PET-涂敷的锚杆作为参比。
所有的样品都是通过将锚杆插入内径约1.0625英寸，外径约1.25英寸，长度约7英寸的钢钻孔内制备的。钻孔的一端用钢盖子封闭，提供大约6英寸的锚杆灌浆深度。该钻孔的内部具有螺纹，在树脂浆料和钻孔壁之间提供一致的界面强度。
将来自同一箱的市售中等速度树脂的树脂浆料用于所有试验。在将锚杆完全插入钻孔之后，使锚杆以360RPM的转速旋转4秒。最少等候10分钟，使树脂完全固化之后，将锚杆和钻孔置入水力牵拉机，测量锚杆锚头的挠度随施加在锚杆上的负荷的变化情况。电子记录下挠度和作用力并作图。
使用游标卡尺测量最大直径，用排水量体积测定法测量平均有效直径。
参见图3和图4，图中显示了作用力(以吨为单位)与锚头位移(英寸)的变化关系图，PET-芳纶混合物涂层和PET-砂子混合物涂层都显著提高了性能。
参见图5，图中显示了作用力(吨)与锚头位移(毫米)的变化关系图，PET-水泥混合物涂层显著提高了性能。
作为参考，灌浆的采矿锚杆必须能够用12英寸的锚固承受20,000磅的作用力。
根据本发明的一些锚杆可具有无定形、半晶体的聚合物涂层，或者同时包括无定形和半晶体聚合物层。在一个优选的示例性实施方式中，可以在与锚杆的金属部件外表面相邻的位置形成半晶体层，以提供高强度层，相对于无定形层，该半晶体层能够提高对金属部件的粘着性。还可在远离金属部件外表面的位置(优选在涂敷的锚杆的最外层表面)提供无定形层，以提供高于半晶体层的韧性。从而可以提供同时具有强度和耐久性的涂层。这种半晶体层在高达约70℃的温度下通常具有脆性，无定形层在此温度范围内通常具有延展性。
在一个优选的示例性实施方式中，靠近最终涂敷的锚杆最外层表面的金属部件上的聚合物涂层的结晶度低于靠近金属部件外表面的涂层的结晶度，使得具有较高结晶度、因此更脆的材料远离最终涂敷的锚杆的最外层表面。另外，希望在与金属部件相邻的层具有增大的结晶度，这是由于这种层的抗张强度和弹性模数高于远离最终涂敷的锚杆的最外层表面的较低结晶度的层。
在根据本发明涂敷的锚杆的一个优选示例性实施方式中，至少在细长的金属部件上部分涂敷PET涂层，该涂层包括结晶度约为16-30％的第一层。在一个优选的示例性实施方式中，该第一层的厚度至少约为0.1毫米，形成在邻近所述锚杆的金属部件外表面的位置。该PET涂层可任选地包括结晶度约为6-14％的第二层。较佳的是，该第二层的厚度至少约为0.1毫米。该第二层优选形成于远离锚杆的金属部件的外表面的位置，在优选的示例性实施方式中，可形成在涂敷的锚杆的最外表面。
在根据本发明涂敷的锚杆的另一个优选示例性实施方式中，至少在细长的金属部件上部分涂敷PET涂层，该涂层包括结晶度约为16-28％的第一层。在一个优选的示例性实施方式中，该第一层的厚度至少约为0.1毫米，形成在邻近所述锚杆的金属部件外表面的位置。该PET涂层可任选地包括结晶度约为8-12％的第二层。较佳的是，该第二层的厚度至少约为0.1毫米。该第二层优选形成于远离锚杆的金属部件的外表面的位置，在优选的示例性实施方式中，可形成在涂敷的锚杆的最外表面。
在根据本发明涂敷的锚杆的另一个优选示例性实施方式中，至少在细长的金属部件上部分涂敷PET涂层，该涂层包括结晶度约为16-26％的第一层。在一个优选的示例性实施方式中，该第一层的厚度至少约为0.1毫米，形成在邻近所述锚杆的金属部件外表面的位置。该PET涂层可任选地包括结晶度约为8-12％的第二层。较佳的是，该第二层的厚度至少约为0.1毫米。该第二层优选形成于远离锚杆的金属部件的外表面的位置，在优选的示例性实施方式中，可形成在涂敷的锚杆的最外表面。
在根据本发明涂敷的锚杆的另一个优选示例性实施方式中，至少在细长的金属部件上部分涂敷PET涂层，该涂层包括结晶度至少约为30％的第一层。在一个优选的示例性实施方式中，该第一层的厚度至少约为0.1毫米，形成在邻近所述锚杆的金属部件外表面的位置。该PET涂层可任选地包括结晶度约等于或小于28％的第二层。较佳的是，该第二层的厚度至少约为0.1毫米。该第二层优选形成于远离锚杆的金属部件的外表面的位置，在优选的示例性实施方式中，可形成在涂敷的锚杆的最外表面。PET涂层可任选地包括结晶度至少约为30％或约等于或小于28％的第三层。较佳的是，第三层的厚度至少约为0.1毫米，形成在涂敷的锚杆的最外表面。
因此，涂层可包括结晶度至少约为30％或结晶度约等于或小于28％的交替的层。锚杆的外表面可与结晶度至少约为30％或结晶度约等于或小于28％的交替的层相邻。在一优选实施方式中，各涂层的厚度可至少为0.1毫米，至少为0.2毫米或至少1毫米。
在一种制备本发明聚合物涂敷的采矿锚杆的方法中，对形成模具腔的模具进行水冷却，使其具有温度T1。将具有温度T2的金属锚杆插入该腔内。在显著高于所述温度T1、T2的温度下将聚合物浇入腔内。例如如图5A所示，锚杆10，40包括例如由钢形成的第一中心部分20，50和例如由PET形成的第二周围部分22，52。通过金属锚杆附近和形成模具腔的内壁附近的聚合物的更快的冷却，最终涂敷的锚杆可具有(1)与金属部件外表面相邻的具有第一结晶度的第一涂层(例如L1层)，(2)与涂敷的锚杆的最外表面相邻的具有第二结晶度的第二涂层(例如L2层)，以及(3)第一层和第二层之间的具有第三结晶度的第三涂层(例如L3层)。所述第一结晶度小于第三结晶度，第二结晶度小于第三结晶度。在邻近纹理26，28，56的第二周围部分22，52的示例性区域显示了具有不同结晶度的层。
在另一个制备本发明聚合物涂敷的采矿锚杆的方法中，对形成模具腔的模具进行水冷却，使其具有温度T1。通过对金属锚杆预热或通过其他方法使其达到温度T2，并插入该腔内。温度T2高于温度T1。通过形成模具腔的内壁附近的聚合物的更快冷却，最终涂敷的锚杆可具有(1)与金属部件外表面相邻的具有第一结晶度的第一涂层，(2)与涂敷的锚杆的最外表面相邻的具有第二结晶度的第二涂层，所述第一结晶度大于第二结晶度。较佳的是，由于注入的聚合物可以在固化之前沿预热了的锚杆的长度更容易地流动，可以促进注塑，特别是长度较长的金属锚杆的注塑。
在本领域中已知的是，在本文中所述的结晶度是依照ASTM D3417和D3418号所述定义，使用视差扫描量热(DSC)分析(例如使用DuPont 9900热分析系统)测定的。PET的结晶度还是相对于假设100％晶体的聚合物，使用以下参考文献的熔化焓(140.1焦/克)获得的：例如参见Mancini，Sandro Donnini和Zanin，Maria，″Recyclability of PET from Virgin Resin，″Materials Research，第2卷，第1期(1999)，第33-38页；和Advanced Thermal Analysis Laboratory，Table of properties of linearmacromolecules and small molecules，University of Tennessee，Knoxville。这些出版物，包括ASTM标准，所揭示的内容参考结合入本文。
本发明同时考虑了使用新聚合物和使用后再循环的聚合物。“新”材料定义为尚未加工成消费制品的材料。由于再循环材料普遍很容易得到，目前许多聚合物的“使用后”形式是很容易得到的。“使用后再循环”材料定义为已经达到其预期最终用途、超过其作为消费产品的使用寿命、通常会作为固体废物处理掉的成品。
出于本发明的目的，“使用后再循环的”材料包括这些处于其随后处理过的状态的材料，例如处于切碎的或颗粒形式。“使用后再循环的”材料还包括回收料，例如源自从任意的各种来源回收的产品的材料。另外，″使用后再循环的″材料包括制造者再循环而非用于其预期目的的″重新研磨″、″地上扫出的碎屑″次品材料，以及例如在制造批料的过程之间的清洁过程中从制造系统清洗出的材料。优选用于本发明的使用后材料包括PET和聚碳酸酯。PET可以使用后材料的形式获得，例如可由以这些材料制成的碳酸饮料瓶的形式得到。具体来说，由于聚碳酸酯可以使用过的压缩光碟(CD)的形式获得，因此可用作本发明的使用后材料。CD通常由具有铝层的聚碳酸酯形成。例如对于用来在本发明中在锚杆上形成涂层的聚碳酸酯，以该涂层中聚合物重量为基准计，该涂层可任选包含约等于或小于1％的金属，该金属可以是铝。也可将其他用来形成锚杆涂层的聚合物任选地与金属混合，所述金属可为薄片、粉末、箔或其它形式。
用于本发明的PET可由均聚物和/或共聚物形成。已知PET的均聚物由乙二醇和对苯二甲酸重复单元组成，已知PET共聚物是由另外的单体(例如打断聚合物链的间苯二甲酸)组成。均聚材料具有最高的熔点和强度性质，共聚材料具有较低的熔点，较慢的晶化，在较高壁厚的应用中其具有提高的透明度。共聚材料还具有更适于注塑的熔体流动性质。
较佳的是，当例如由PET，尼龙和PEN中的一种或多种制成的瓶子被再循环的时候，使用后的材料包括通常施加在瓶子上的一种或多种标签。这些标签可以由其上具有金属箔，优选铝箔的聚烯烃膜形成。所述聚烯烃膜可以是例如比重小于1，且可在其上分散粘合剂的聚乙烯或聚丙烯。
使用后再循环的数字通用碟(DVD)也可用来形成第二周围部分22，52。DVD由聚碳酸酯，PMMA之类的材料以及铝层和/或金层形成。也可使用聚交酯树脂。
在本发明一些实施方式中，矿顶支架包括细长的金属部件和位于该部件上的涂层，该涂层包含再循环的聚(对苯二甲酸乙二酯)和大约2-10重量％的聚烯烃。较佳的是，该材料的组合被预先混合在用于该涂层的再循环材料中。
另外，聚合物瓶盖可包括在用来形成采矿锚杆涂层的再循环材料中，聚合物瓶盖可以由聚乙烯或聚丙烯作为主要材料形成。例如可用作瓶盖衬里的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)也可用于涂层。
本发明还考虑使用包含PEN共聚物的PET变体以及用(1)乙烯-乙烯醇(EVOH)，(2)尼龙，(3)阻挡涂层层叠的PET涂敷采矿锚杆。由这些材料形成的涂层可以源自这些在使用后再循环条件下提供的材料。
因此，再循环PET之类的再循环聚合物材料可提供许多优于新PET的优点。首先，由于在使用后的材料中存在聚烯烃标签和瓶盖，聚烯烃与PET预先混合，不需要独立的混合设备就地将PET与聚烯烃混合来制备涂层。由于可能需要混合的材料，只需要储存一种材料(使用后的材料)，而不需要分别储存PET和聚烯烃。在PET中加入聚烯烃意外地可以在形成采矿锚杆的金属部件上产生较硬的涂层。其次，在使用后的材料中已经存在铝颗粒之类的填料，这对制备美观的锚杆(例如具有闪亮或有光泽外观的锚杆)具有一定的作用。铝之类的反射材料还会使涂层起到反射的作用，以提高锚杆的可见性，从而使得涂敷过的锚杆能够在通常缺少光亮的矿井内捕获光线。最后，由于使用后的材料的价格可显著低于原材料，使用使用后再循环的材料在采矿锚杆的金属部件上形成涂层可以节约成本。
可用于本发明的PET之类的使用后再循环聚合物可以以许多种形式获得。例如，使用后再循环的聚合物通常可以以薄片的形式获得，该薄片可以是清洗过的(以除去杂质)或脏的(未清洗的)。另外，可使用各种颜色的使用后再循环的聚合物。例如，琥珀色/棕色，透明的和/或绿色之类的颜色和单独使用或结合使用。
在一些实施方式中，将基本透明的使用后再循环的聚合物用于锚杆涂层，这可有益地为完成的锚杆的外表面提供反射性质。在注塑之后，可使透明的材料发生变化，使其具有半透明或基本不透明的性质。使用透明的使用后再循环聚合物所存在的一个处理问题是在冷却涂层的时候，在涂层中会发生变色。例如，在涂敷的锚杆的不同部分的冷却模式可以是不同的。一部分与其他表面接触的涂敷的锚杆由于与该表面发生传导而冷却，涂层其他未接触的部分通常是通过对流/辐射形式冷却的。由于不同的冷却形式使得拴上的冷却速率不同，导致锚杆中由于结晶度的差异而发生颜色变化。
理论上类似的是，与在其上形成涂层的部件的表面相邻的“内侧”涂层冷却的速度可能比与成品锚杆的外表面相邻的“外侧”慢，因此由于涂层内部部分具有更多的晶化时间，使得结晶度较高。
在其它实施方式中，将琥珀色/棕色使用后再循环的聚合物用于涂料。较佳的是，这种琥珀色/棕色材料可以在涂敷的锚杆中制得具有相当均匀颜色的涂层。具体来说，尽管在棕色/琥珀色的使用后再循环聚合物涂层中会发生不同的冷却，因此会产生具有不同结晶度的区域，但是对于“裸眼”来说，这些材料中的颜色变化不如透明的使用后再循环聚合物那么明显。
预期会将各种聚烯烃用作本文所述采矿锚杆的金属部件的涂层，这些聚烯烃包括聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯及其共聚物。
在金属部件上注塑聚(对苯二甲酸乙二酯)涂层以形成锚杆在技术上可能是很复杂的，特别是如果金属部件非常长或者PET涂层很薄的时候更是如此。具体来说，在此情况下聚合物难以沿锚杆的整个长度完全流过锚杆的周围。在特定注塑温度和压力下，PET的分子量对涂层的均匀性和完整性有显著影响。由于大分子量PET树脂的韧性，它们经常是优选的。但是，由于这种树脂的流动性质，很难在很长的金属部件上制得大分子量PET树脂的连续涂层。因此，宜形成一种采矿锚杆，该采矿锚杆的金属部件上具有特性粘度不大于约0.75dL/g的PET树脂涂层。总之，由于特性粘度与PET树脂的组成和分子量有关，是PET流动性的通常表示，选择特性粘度不大于约0.75dL/g的PET树脂可以有益地达到所需的流动性。另外，较佳的是通过选择特性粘度至少约为0.35dL/g的PET树脂，可以获得具有有益的韧性的涂层。
因此，在本发明一些实施方式中，细长的金属部件上形成的涂层至少部分地由特性粘度不超过约0.75dL/g，至少约为0.35dL/g的聚合物形成。在优选的示例性实施方式中，该聚合物可以是聚(对苯二甲酸乙二酯)。在本领域中已知，在本文中，″特性粘度″是基于ASTM D 4603-96″Standard Test Method for Determining InherentViscosity of poly(ethylene tetrphthalate)(PET)by Glass Capillary Viscometer″和ASTM D 2857-95，″Standard Practice for Dilute Solution Viscosity of Polymers″测定的。这些ASTM标准都参考揭示的内容结合入本文。
另外，在本发明一些实施方式中，采矿锚杆的细长的金属部件上形成的涂层至少部分地由具有第一熔体流动速率的第一聚合物和具有第二熔体流动速率的第二聚合物形成，在大约270℃，所述第二熔体流动速率至少比第一熔体流动速率小大约10％。该温度应用在用于本发明的一个示例性优选注塑操作中。在本发明中已知，文中的″熔体流动速率″使用ASTM D1238-95，″Standard Test Method for FlowRates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer″测定。该ASTM标准揭示的内容都参考结合入本文。
在上述示例性优选的注塑操作中，将细长的金属部件置于模具中。该部件在外表面具有第一温度。然后将聚合物插入模具中，该模具的内表面具有不同于第一温度的第二温度。较佳的是该模具比部件更冷，使得第二温度低于第一温度。在此结构中，然后邻近部件外表面形成聚合物的第一半晶体层，这具体来说是由于金属部件的第一表面升高的温度造成的，在邻近模具的内表面附近形成聚合物的第一基本无定形层。由于金属部件外表面的温度高于模具内表面，PET聚合物也可沿金属部件流动，在其上形成更完整和/或均匀的涂层。另外，由于在注入聚合物时模具的内表面比金属部件更冷，聚合物固化的更快，因此可以有益地提高制造速度。
在一个优选的示例性实施方式中，金属部件的第一温度可至少比模具的第二温度高100℃。例如，第一温度可约为130℃，第二温度可约为30℃。可对模具进行水冷却以达到该温度，这可有益地使得在最外涂层表面形成的晶体层的结晶度小于例如与形成锚杆的第一中心部分相邻的涂层表面。在其它实施方式中，第一温度可至少比第二温度高50℃或200℃。
然而，在一些实施方式中，金属部件的第一温度可低于模具的第二温度。
在一个示例性的优选实施方式中，所述第一半晶体层的厚度至少约为0.1毫米，结晶度约为16-30％，第一基本无定形层的厚度至少约为0.1毫米，结晶度约为6-14％。在另一实施方式中，第一半晶体层的结晶度约大于30％，第一基本无定形层的结晶度约小于28％。第一半晶体层的厚度还可至少约为0.1毫米，第一基本无定形层的厚度可至少约为0.1毫米。该聚合物至少可部分地包括：(1)聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚乙烯的不均匀混合物，(2)聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚丙烯的不均匀混合物，(3)聚碳酸酯和聚乙烯的不均匀混合物，或(4)聚碳酸酯和聚丙烯的不均匀混合物。该聚合物还可包含基本不互溶的第一聚合物相和第二聚合物相。
当使用两种聚合物，例如使用聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚乙烯之类的上述组合的时候，可以在部件上形成纤维状结构。对于在大约270℃的注塑温度的聚合物组合，所述聚合物不能互溶。因此，尽管聚合物将流到金属部件上，但是在注塑过程中聚合物倾向于形成离散的但是粘结的结构，它们结合起来在金属部件周围形成鞘。该结构可以是股状的，从而在金属部件上形成纤维状结构，可确保窄宽度或更加带状的结构。另外，聚合物的组合可以在部件上形成交织结构。
图6显示了注塑的约90重量％PET和大约10重量％聚烯烃的表面的示例性扫描电子显微照片。该照片是640倍放大的，显示了微观规模的纤维状结构。使用活塞式注塑挤出机，同时将两种聚合物注入模具内进行注塑。
图7显示了注塑的约90重量％PET和大约10重量％聚烯烃的表面的示例性低功率显微照片。该照片是低倍放大的(大约比图6所示的照片低两个数量级)，显示了宏观规模可见的纤维状结构。也是使用活塞式注塑挤出机，同时将两种聚合物注入模具内进行注塑。
进行试验来测定例如本文所述的采矿锚杆上的涂层的结晶度。具体来说，用涂敷了PET的有效平均直径约为0.62英寸的5号60级钢筋制成各样品。在约大于10000psi的注塑压力下，在大约246℃将PET注塑到大约25℃的模腔内，注塑到钢筋上。由于温度的不同，PET在接触模具腔表面时发生骤冷。在PET形成的螺纹区域，PET涂层的厚度约为1/8英寸，在PET形成的非螺纹区域的PET涂层厚度约为1/16英寸。在螺线区域从各个锚杆上除去PET涂层，图8-13显示了从各涂层获得的DSC曲线。
使用具有铝样品盘的Seiko SSC5200 DSC仪。对由涂敷的锚杆上截下的部分制成的样品称重，精确至0.01毫克。在干燥氮气气氛下，以10℃/分钟的加热速率，从30-300℃进行测试。在样品加热过程中每0.2秒收集一次DSC数据。使用计算机记录的温度曲线测定结晶热(H结晶)和熔融热(H熔融)。根据公式1以百分数为单位相对于加热100％晶体聚合物的熔化焓(140.1焦/克(H理论))测定结晶度：
K＝[(H熔融-H结晶)/H理论]×100 公式1
使用以下文献中所述的方法测试PET聚合物的结晶度：Daw Ming Fann等，″Kinetics and Thermal Crystallinity of Recycled PET.II.Topographic Study onThermal Crystallinity of the Injection-Molded Recycled PET，″Journal of AppliedPolymer Science 61(1996)，第261-271页。该文献参考揭示的内容结合入本文。然而，该试验与Fann等人的不同在于，由于样品不是在真空下保存在，温度范围略有不同，理论值略有不同(使用140.1焦/克代替145焦/克)。
使用DSC数据测定表I所述各种涂层的结晶度，通过上述的DSC分析测定结晶度。下表I列出了示例性的测试数据：
表I 测试 用来注塑的材料 测量的位置 样品质量 (毫克) 结晶度 (％) A B C D E F 透明的PET薄片(清洗过；除 去盖子和标签) 透明的PET薄片(清洗过；除 去盖子和标签) 彩色PET薄片(脏的；包括盖 子和标签) 彩色PET薄片(脏的；包括盖 子和标签) 琥珀色/棕色PET薄片(脏的； 包括盖子和标签) 琥珀色/棕色PET薄片(脏的； 包括盖子和标签) 螺纹区域中PET涂层的外表面 螺纹区域中PET涂层的中部(深 度约为1毫米) 螺纹区域中PET涂层的外表面 螺纹区域中PET涂层的中部(深 度约为1毫米) 螺纹区域中PET涂层的外表面 螺纹区域中PET涂层的中部(深 度约为1毫米) 11.162 10.764 11.878 13.613 10.232 10.039 9.55 24.47 8.07 19.67 9.73 24.05
对于每对测试A-B，C-D和E-F，从涂敷锚杆上面邻近注塑的螺纹的位置取下涂层切面。选择样品的螺纹区域是由于在此区域涂层的厚度约为锚杆的非螺纹区域厚度的两倍。在外表面截下一部分涂层(约10毫克)，然后进行测量，其结果表示锚杆上PET涂层外表面的结晶度(测试A，C和E)。另外，在涂层外表面和内表面之间大约中间的位置截取一部分涂层(约10毫克)，然后进行测试，其结果表示锚杆上PET涂层中间的结晶度(测试B，D和F)。
首先来看图8-9，图中分别显示了测试A-B的数据。例如从图8可以看出，PET涂层外表面的数据包括峰P1，该峰P1具有对应于聚合物晶化点的最大值，P2具有对应于聚合物熔点的最小值。如图9所示，PET涂层中部的数据包括峰P3，类似地，该峰P3具有对应于聚合物晶化点的最大值，P4具有对应于聚合物熔点的最小值。对数据的分析说明，PET涂层中部的结晶度(24.47％)显著大于PET涂层的外表面(9.55％)。
下面来看图10-11，图中分别显示了测试C-D的数据。例如从图10可以看出，PET涂层外表面的数据包括峰P5，该峰P5具有对应于聚合物晶化点的最大值，P6具有对应于聚合物熔点的最小值。如图11所示，PET涂层中部的数据包括峰P7，类似地，该峰P7具有对应于聚合物晶化点的最大值，P8具有对应于聚合物熔点的最小值。对数据的分析说明，PET涂层中部的结晶度(19.67％)显著大于PET涂层的外表面(8.07％)。
最后来看图12-13，图中分别显示了测试E-F的数据。例如从图12可以看出，PET涂层外表面的数据包括峰P9，该峰P9具有对应于聚合物晶化点的最大值，P10具有对应于聚合物熔点的最小值。如图13所示，PET涂层中部的数据包括峰P11，该峰P12具有对应于聚合物晶化点的最大值，P12具有对应于聚合物熔点的最小值。对数据的分析说明，PET涂层中部的结晶度(24.05％)显著大于PET涂层的外表面(9.73％)。
数据收集中可能的误差来源包括注塑机中的杂质和引入PET熔体进料流中的杂质，以及熔体中PET、盖子和标签材料的不均匀混合。另外，在图中可能产生一些另外的可辨识的峰，例如涂层中尼龙和聚乙烯的峰。
用来涂敷金属部件以形成矿顶支架的聚合物可包含第一聚合物相和第二聚合物相，其中至少一个相的玻璃化转变温度约小于20℃，或约小于0℃。在本领域中已知，在本文中，″玻璃化转变温度″是通过ASTM E 1356，″Standard Test Method forGlass Transition Temperatures by Differential Scanning Calorimetry or DifferentialThermal Analysis″测定的。该ASTM标准所揭示的内容参考结合入本文。
在本文所述的包含至少两种不同聚合物(例如两种聚合物的不均匀混合物，基本不互溶的第一和第二聚合物，或第一和第二聚合物相)的金属部件涂层中，可将聚合物以各种结构置于金属部件上。在一种示例性的结构中，聚合物相邻地设置。在另一示例性的实施方式中，聚合物以层叠的形式制成板状。在另一示例性实施方式中，聚合物是交织的。因此聚合物可在金属部件上形成纤维状结构，带状结构和/或交织结构。所形成的这些结构可以是所用注塑机种类的结果。例如，如果使用活塞型挤出机将两种聚合物同时注入模具内，可在金属部件表面上形成无论宏观(例如对于裸眼)和微观都基本是不均匀的表面涂层。另一方面，如果使用螺杆挤出机同时将两种聚合物注入模具内，则形成于金属部件上的聚合物表面涂层可以在宏观上基本是均匀的，但是在微观上基本是不均匀的。因此，在本文中，术语″不均匀的″表示宏观和微观中的一种或多种。
根据本发明考虑了各种模塑方法。PET之类聚合物的第二周围部分22，52可以以空间取向的形式形成。例如，如图14所示，可将聚合物注入通常与第一中心部分20，50的轴30，60平行的流A。这种流A可以从与锚杆的端部相邻的位置开始。或者如图15所示，可以首先将聚合物沿基本垂直于轴30，60的方向注入，然后在通常平行于轴30，60的流B中展开。由于聚合物流是沿第一中心部分20，50的纵向的，聚合物可以沿纵向方向取向，在该方向提供强度和/或韧性。
在根据本发明的另一方法中，可以在注入聚合物的时候逐渐将第一中心部分20，50从模具腔移出，从而在其上形成取向的聚合物涂层。
在根据本发明的一些模塑方法中，在高压下将聚合物熔体注入模具腔内以形成第二周围部分22，52。具体来说，预期用于本发明的再循环聚合物通常可以作为薄片形式的碎片材料获得。当薄片熔融或用来注塑的时候，可能会将空气夹杂在其中，这可能会在聚合物熔体中引入气泡。通过在高流体压力(例如流体压力至少约为10,000psi)下将聚合物注入模具内，可以减小气泡的尺寸，从而得到没有大的空隙的更致密的涂层。另外，通过使用足够的模塑压力，可以获得改进的聚合物流，从而可以避免在第一中心部分20，50(可以由钢筋等形成)的纹理上夹带空气。
在根据本发明的另一模塑方法中，可使用具有第一长度的模具涂敷具有第二长度的第一中心部分20，50，所述第二长度大于第一长度。例如，可以使用延伸长度约为2.75英尺的模具腔涂敷总长度约为6英尺的第一中心部分20，50。具体来说，起初，可将部分的第一中心部分20，50(包括其端部在内)置于模具腔内，可将聚合物注入其中以形成用作第二周围部分22，52的涂层。然后可再把接近另一端的第一中心部分20，50的另一部分置入模具腔内，可将聚合物注入其中，形成第二周围部分22，52的另外的涂层。如果需要沿采矿锚杆纵向长度具有不连续涂层形式的不均匀厚度(例如用来提供上述的弯曲点)，则第一中心部分20，50不被涂敷的区域可以在这两个步骤的过程中都保留在模具腔以外。或者，可以暂时地覆盖该区域，以阻断聚合物流动，防止在该区域形成涂层。
参见图16，使用多腔模具可以在注塑过程中同时形成两个或更多个锚杆。在示例性实施方式中，同时在独立的模具腔中模塑四个锚杆10，40。在一个优选的实施方式中，在由八个腔形成的相同模具中可以同时用聚合物涂敷八个锚杆。
具体来说，将第一中心部分20，50置于模具100的腔内(图中示意性地显示)，该腔可形成在一对可沿连接杆(tie bar)102(延伸到纸面内)移动的协同操作模具部分之间。为每个锚杆10，40提供注塑的第二周围部分22，52，同时将锚杆10，40基本垂直地置于地面(ground)110上方。由于通常的模塑结构100用连接杆102操作，所以在一些模具结构100中，无法很容易地将锚杆10，40置入模具100或从中取出，同时例如使锚杆10，40的取向垂直于轴112(该轴112通常垂直于地面110)。连接杆102影响了这种移动。因此，可能需要从模具100的上部顶端114置入和取出锚杆10，40，从而沿大体垂直于地面110的方向输送锚杆10，40，使得连接杆102不会影响锚杆的移动。另外，由于模具100通常不会离开地面110很高，并没有足够的空间让锚杆10，40从开放的模具100中落出来，落到例如在地面110附近移动的传输机上。
下面来看图17，图中显示了另一示例性的实施方式，其中在独立的模具腔中同时模塑四个锚杆10，40。在一个优选的实施方式中，在由八个腔形成的相同模具内同时用聚合物涂敷八个锚杆。如上文所述，将第一中心部分20，50置于模具100的腔内(图中示意性地显示)，该腔可形成在一对可沿连接杆102(延伸到纸面内)移动的协同操作模具部分之间。为每个锚杆10，40提供注塑的第二周围部分22，52，同时将锚杆10，40基本水平地置于地面(ground)110上方。即使具有连接杆102，也可很容易地将锚杆10，40置入模具100或从中取出，同时例如使锚杆10，40的取向基本平行于地面110。连接杆102不会影响这种移动。因此，从模具100的侧面116置入和取出锚杆10，40，从而沿大体平行于地面110的方向输送锚杆10，40。另外，由于模具100通常不会离开地面110很高，并没有足够的空间让锚杆10，40从开放的模具100中落出来，落到例如在地面110附近移动的传输机上。在模塑锚杆10，40之后，它们可以从协同操作模具部分中释放出来，使其落在例如位于模具100以下、但是高于最接近地面110的结合杆102的传送机或托盘上，将其传送离开模塑操作处。
在模塑操作过程中，可以用本领域已知的“夹具”自动化控制锚杆10，40的移动，可以可以分别夹持锚杆的一端或两端12，42和14，44。在模塑过程中也可通过延伸到模具100外的夹持区域(例如端部12，42和14，44)促进自动控制。例如，如图17中示意性显示的，锚杆10，40可任选地通过一个或多个连接的传送器122a，122b移动，使得锚杆可以以对齐的或指向的方式移动，在每个模塑周期中，通过传送器122a，122b将四个新锚杆自动定位在模具100中。另外可使用吸引第一中心部分20，50的磁铁将锚杆固定在模具100内。
在优选的实施方式中，模具100包括一个固定的台板和一个可移动的台板。它们互相配合形成一个或多个模具腔。可移动的台板在连接杆102上移动。
参见图18A，下文中将描述模具100的优选的结构。如图所示，台板100a包括用来接受锚杆10，40的腔130a，130b，130c，130d。为了调节分别用来在锚杆10，40上施加第二周围部分22，52的腔的长度，以及为了根据特定客户或锚杆设计的要求改变标签或其他结构，可以将插入件可拆卸地与形成腔部分130a，130b，130c，130d的台板100a相连。具体来说，例如见腔130a，将插入件132a置于与锚杆10，40的锚头相对的端部14，44附近，以阻止聚合物在端部14，44附近的流动。从而在模塑过程中可以任选地形成锚杆10，40的未涂敷区域。换而言之，为腔130b提供了插入件132b，使其适于比台板100a的总长度短的锚杆长度。另外，插入件132b具有一定的结构和尺寸，为锚杆10，40提供如图所示的邻近端部14，44的锥形涂层。可以如图所示的插入件132c和拐角栓134那样将插入件栓入台板100a。如图中关于腔134d所示(图中所示其中没有锚杆10，40)，可以沿腔134d的长度提供任意数量的插入件，例如插入件132d，132e，132f，从而在第二周围部分22，52的特定部分得到特定的特征，例如纹理，标记或轮廓构型。因此，优选将没有插入件的腔部分130a，130b，130c，130d永久性地切割入台板100a，同时可以将插入件可拆卸地连接在板材上，形成腔的余下部分或者用来限制腔的尺寸。在另外的实施方式中，可在台板100a中形成一个或多个腔130a，130b，130c，130d的总长度，用来适应插入件，使得腔的长度可以很容易地改变，用来注塑具有不同长度的锚杆。为确保各个锚杆10，40的第一中心部分20，50大体能够位于一对台板限定的模腔内的中心，可在腔内延伸出插脚(pin)136，从而将第一中心部分20，50与腔壁隔开。
如图18B所示，插入件132a之类的示例性插入件优选具有外壳140和任选地例如可形成腔130a的一部分的内部部分142。内部部分142可由在原位固化的可倾倒的流体聚合物形成，例如购自Forsch Polymer Corp.(Denver，Colorado)的94A LiquidUrethane(包含碱和液态活化剂/固化剂)。使用聚氨酯内部部分142来提供更有效的密封，以防注入的聚合物的流动，还可用来密封模具10，40中锚杆的不规则表面。具体来说，通常对钢筋提供较宽松的方差，因此用来形成本发明涂敷的锚杆的模具腔优选具有一定的尺寸，以便在该方差内容纳锚杆。因此可形成内部部分142，以提供直径近似等于或略小于钢筋的最小直径的模具腔。如图1 8A所示，内部部分142优选可提供在模具中部分的第一中心部件20，50伸出模具以外的位置附近的区域。可以在浇铸聚氨酯内部部分142之前将螺钉144与外壳140结合，使得一旦内部区域142固化，可进一步防止将区域142从区域140拉出。这种聚氨酯组合物可以在许多个周期内抗热降解。然而，一旦发生不希望有的降解，为了便于除去，可简单地将插入件置入烘箱内，烘烤除去聚氨酯。然后可以使新的聚氨酯在外壳142内固化。
如图18C所示，插脚136可从插入件137伸出，这些插脚优选沿与腔130a，130b，130c，130d的纵轴138横切的直线取向。插入件137通常可为如图所示的八字抗拉试块(dogbone)结构。较佳的是，在每个模具台板的每个腔130a，130b，130c，130d中提供各自具有两个插脚136的两个插入件137，以便将锚杆与模具表面隔开。插脚136可通过螺纹与插入件137连接，使得它们向腔内的延伸可以选择性地调节。在一个实施方式中，插脚可以从模具的表面伸出大约1/8英寸。可使用一对固定螺丝钉139将插入件固定在台板上。
在本发明另一方面，已经试验性地证明了使用源自软饮料瓶的使用后PET薄片注塑会制得非常脆的PET材料，当注塑的PET缺乏取向和/或结晶度时更是如此。已发现大约6毫米厚的这种材料可以很容易地用手折断。
在PET中加入大约1-50重量％的Portland类水泥(或类似的化学组合物)可以有益地提高所制得材料的机械性能。
Portland水泥的化学组成大体如下表II所示：组分质量含量(％)CaO58-66SiO218-26Al2O34-12Fe2O3+FeO1-6MgO1-3SO30.5-2.5K2O和Na2O＜1
例如参见Brandt，A.M.，Cement-Based Composites：Materials，MechanicalProperties and Performance.E & F Spon.1995。
在试验中，已经发现通过向再循环的PET中加入大约5-15重量％的Portland水泥可以显著提高聚合物的韧性和模数。已经将颗粒状Portland水泥形式的填料加入了源自软饮料瓶的使用后PET薄片的熔体中。所述Portland水泥的平均粒度约小于100微米，(特别是在较高水泥含量下)以促近均匀分布。
具体来说，当将大约5-15重量％的Portland II型水泥加入再循环PET薄片，并用该PET/水泥材料的熔体注塑的时候，发现最终材料韧性显著增大，而且对冲击更有弹性。大致显示出水泥的百分含量越高，所产生的韧性越大。当含量不超过约15重量％时，大部分的水泥吸附在PET薄片的表面上，形成相当均匀的熔体和注塑的材料。然而，结果显示，很难向PET薄片中加入约高于15重量％的水泥，这是由于此时水泥会与薄片分离，形成不均匀的熔体和注塑材料。
在试验中，当加入水泥时，也没有观察到水蒸气或冷凝物出现在模子上或从水压机汽缸中逸出。通过这一观察结果，我们认为水泥作为吸气剂，吸收掉了PET薄片中所含大量的水。
另外的实验室规模试验已经证明，向再循环的PET薄片中加入大约5-10重量％的Portland I型水泥可以获得类似的韧性增大的结果。所述Portland水泥的平均粒度也不大于大约100微米。用这些组合物的熔体可以制得韧性更大、脆性更小的固体材料。
Portland水泥使PET韧化的原因尚不完全了解。人们提出了三种观察到韧化的解释。首先，水泥通过已知裂纹扩展来韧化聚合物。其次，水泥可以作为吸水剂，以及水分会显著缩短PET的链长。第三，水泥中的碱金属可作为弱的交联剂，得到更长的链长，使其具有更大的韧性。
尽管上文已经对本发明进行了各种描述，但是应当理解各种特征可单独使用或任意组合使用。因此，本发明并不仅限于本文所列的具体优选实施方式。
另外，应当理解本发明所属领域的技术人员可以在本发明精神和范围之内对其进行各种改变和修改。例如，本文所述的金属部件可以用其它的材料制成，例如聚合物或强化的聚合物。因此，本文所述使用金属部件的各种采矿锚杆结构可以使用由除了金属以外的材料形成的部件。另外，可以在本文所述的各采矿结构上提供纹理，例如纹理24，54。因此，通过阅读以上说明书，本领域技术人员可以很容易地对其进行所有的便利的修改，这些修改在本发明的精神和范围之内，包括在本发明中作为其他实施方式。因此本发明的范围如所附的权利要求书所述。