一种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是碳纤维复合棒，特别涉及的是一种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在桥梁和铁路基础构件中，广泛使用钢绞线作为混凝土构件的载体。每根钢绞线是由多根钢丝缠绕构成，在使用过程中，每根钢绞线都处于拉伸状态。现有技术无法监测每根钢绞线在使用过程中的拉应力的变化，当其中一根钢绞线由于安装误差或者出现突发大应力状态，使得其工作拉应力超过其屈服应力时，钢绞线会处于屈服拉伸状态，当变形值超过极限，此根钢绞线最大承载应力急剧变小，出现断裂。由于其中一根钢绞线失去工作能力而使得其它钢绞线工作应力增大，极大增加了整体钢绞线断裂的风险，危害整个桥梁、路基等建筑的安全。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种具有良好抗拉强度和柔韧性且位于钢绞线中芯缆位置的碳纤维复合棒，能实时监测每根钢绞线受力状态，避免钢绞线断裂带来风险的一种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒及其制备方法。
[0004]解决上述技术问题的技术方案是:
[0005]—种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒，所述碳纤维复合棒包括:光纤，在光纤外设置有复合碳纤维；所述复合碳纤维是由附着树脂和添加剂的多个碳纤维束构成。
[0006]优选方案是:所述树脂和添加剂的配比是:树脂:添加剂=9:1 ;所述树脂包括:热固性树脂或者热塑性树脂；所述添加剂包括:增韧剂、促进剂和偶联剂，其中增韧剂:促进剂:偶联剂=5:2:3ο
[0007]优选方案是:所述光纤包括:紫包光纤，在紫包光纤外设置有应变传感油膏，在应变传感油膏外设置有芳纶保护层。
[0008]—种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:1).分别放置碳纤维束和光纤:将多个碳纤维束放到碳纤维束放线架上；将光纤放到光纤放线架上；2).分别牵引碳纤维束和光纤穿过合成设备:将多个碳纤维束的端头依次穿过恒温热熔箱、分束盘、合束盘、加热炉后连接到旋转拉力机上；将光纤依次穿过分束盘、合束盘、加热炉后连接到旋转拉力机上；光纤穿过分束盘中心通孔；多个碳纤维束位于分束盘中心通孔之外的通孔中；3).通电加热设备:对恒温热熔箱通电加热，使其内装部的树脂和添加剂温度达到摄氏100-130度；对加热炉通电加热，使其炉内温度达到摄氏120-150度；4).牵引碳纤维束和光纤移动:旋转拉力机工作，牵引碳纤维束和光纤移动，使附着融融状态的树脂和添加剂的碳纤维束与光纤按照上述步骤2)的位置梳理，在合束盘的机械模具挤压状态下，形成一体的、表面光滑的碳纤维复合棒。
[0009]本发明具有的优点和积极效果是:
[0010]1.本发明制造的碳纤维复合棒具有良好的抗拉强度和较好的柔韧性，使用范围更广泛，能替代预应力钢绞线的中芯缆。
[0011]2.本发明碳纤维复合棒中的光纤连接光时域反射仪后能实时监测其受力状态，可以实现预应力钢绞线的实时测量，提高预应力钢绞线使用安全性。
[0012]3.本发明有助于实现整个桥梁或者建筑的实时监测和智能化管理。
【附图说明】
[0013]图1是本发明碳纤维复合棒主视图；
[0014]图2是图1的断面剖视图；
[0015]图3是本发明制备方法的生产流程示意图。
[0016]《附图中序号说明》
[0017]1:光纤；la:紫包光纤；lb:应变传感油膏；lc:芳纶保护层；2:复合碳纤维；3:光时域反射仪；4:碳纤维束放线架；5:碳纤维束；6:恒温热熔箱；7:光纤放线架；8:分束盘；9:合束盘；10:碳纤维复合棒；11:加热炉；12:旋转拉力机；13:导线。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明实施例进一步详述。
[0019]本发明提供一种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒，所述碳纤维复合棒10包括:光纤1，在光纤I外设置有复合碳纤维2 ;所述复合碳纤维2是由附着树脂和添加剂的多个碳纤维束5构成。
[0020]所述树脂和添加剂的配比是:树脂:添加剂=9:1 ;所述树脂包括:热固性树脂或者热塑性树脂；所述添加剂包括:增韧剂、促进剂和偶联剂，其中增韧剂:促进剂:偶联剂=
5:2:3ο
[0021]所述光纤I包括:紫包光纤la，在紫包光纤Ia外设置有应变传感油膏Ib,在应变传感油膏Ib外设置有芳纶保护层lc。
[0022]本发明提供一种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:
[0023]I).分别放置碳纤维束和光纤:将成卷的多个碳纤维束5放到碳纤维束放线架4上；将成卷的光纤I放到光纤放线架7上；
[0024]2).分别牵引碳纤维束和光纤穿过合成设备:将多个碳纤维束5的端头依次穿过恒温热熔箱6、分束盘8、合束盘9、加热炉11后连接到旋转拉力机12上；将光纤I依次穿过分束盘8、合束盘9、加热炉11后连接到旋转拉力机12上；光纤I穿过分束盘8中心通孔；多个碳纤维束5位于分束盘8中心通孔之外的通孔中；；
[0025]3).通电加热设备:对恒温热熔箱6通电加热，使其内装部的树脂和添加剂温度达到摄氏100-130度；对加热炉11通电加热，使其炉内温度达到摄氏120-150度；
[0026]4).牵引碳纤维束和光纤移动:旋转拉力机12工作，牵引碳纤维束5和光纤I移动，使附着融融状态的树脂和添加剂的碳纤维束5与光纤I按照上述步骤2)的位置梳理，在合束盘9的机械模具挤压状态下，形成一体的、表面光滑的碳纤维复合棒10。
[0027]更具体的说，碳纤维束5通过恒温热熔箱6，在恒温热熔箱6内包括融融状态的热固性树脂或者热塑性树脂；偶联剂、促进剂和增韧剂后，碳纤维束5通过分束盘8，与光纤I按照上述步骤2)的位置梳理，在合束盘9的机械模具挤压状态下，形成一体的、表面光滑的纤维复合棒。最后碳纤维复合棒在加热炉中加热固化，温度控制在摄氏120-150度。
[0028]复合碳纤维包括:多个碳纤维束5，在多个碳纤维束5上附着热固性树脂或者热塑性树脂和添加剂。添加剂中增韧剂的作用是保障碳纤维有一定柔韧性；促进剂的作用是提高碳纤维耐湿热性能；偶联剂的作用是提高碳纤维附着力、耐水、耐蚀性能、耐化学性能，提高碳纤维活性。
[0029]通过合束盘9的机械模具挤压，再经过加热炉11的加热固化，光纤I和复合碳纤维2紧密结合在一起，形成碳纤维复合棒。这种碳纤维复合棒的抗拉强度高，而且柔韧性好，可成卷。例如5mm的纤维复合棒其最大抗拉强度就可以达到ISOOMPa以上，并且可缠绕到直径为700mm的工字轮上，完全可以替代现有钢绞线的中芯缆。
[0030]光纤I通过导线13连接到光时域反射仪3上，光时域反射仪3通过发射光信号，能检测出光纤中光栅的变化，从而反映其所受应力变化。
[0031]在使用过程中，这种碳纤维复合棒抗拉强度和柔韧性比钢丝要好，完全可以替代现有的预应力钢绞线的中芯缆。而且可以在其末端将光纤连接到外置的光时域反射仪上，来监测其使用状态。当受力过大引起碳纤维复合棒变形时，内置的光纤会随着变形，在实时监测设备上就可以显示出钢绞线工作中的内应力变化情况，从而提前发现隐患，增加安全性。
【主权项】
1.一种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒，其特征在于，所述碳纤维复合棒(10)包括:光纤(I)，在光纤(I)外设置有复合碳纤维(2);所述复合碳纤维(2)是由附着树脂和添加剂的多个碳纤维束(5)构成。2.根据权利要求1中所述的一种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒，其特征在于，所述树脂和添加剂的配比是:树脂:添加剂=9:1 ;所述树脂包括:热固性树脂或者热塑性树脂；所述添加剂包括:增韧剂、促进剂和偶联剂，其中增韧剂:促进剂:偶联剂=5:2:3ο3.根据权利要求1中所述的一种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒，其特征在于，所述光纤(I)包括:紫包光纤(Ia)，在紫包光纤(Ia)外设置有应变传感油膏(lb)，在应变传感油膏(Ib)外设置有芳纶保护层(lc)。4.一种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤: 1).分别放置碳纤维束和光纤:将多个碳纤维束(5)放到碳纤维束放线架(4)上；将光纤(I)放到光纤放线架(7)上； 2).分别牵引碳纤维束和光纤穿过合成设备:将多个碳纤维束(5)的端头依次穿过恒温热熔箱(6)、分束盘(8)、合束盘(9)、加热炉(11)后连接到旋转拉力机(12)上；将光纤(I)依次穿过分束盘(8)、合束盘(9)、加热炉(11)后连接到旋转拉力机(12)上；光纤(I)穿过分束盘(8)中心通孔；多个碳纤维束(5)位于分束盘(8)中心通孔之外的通孔中； 3).通电加热设备:对恒温热熔箱(6)通电加热，使其内装部的树脂和添加剂温度达到摄氏100-130度；对加热炉(11)通电加热，使其炉内温度达到摄氏120-150度; 4).牵引碳纤维束和光纤移动:旋转拉力机(12)工作，牵引碳纤维束(5)和光纤⑴移动，使附着融融状态的树脂和添加剂的碳纤维束(5)与光纤(I)按照上述步骤2)的位置梳理，在合束盘(9)的机械模具挤压状态下，形成一体的、表面光滑的碳纤维复合棒(10)。
【专利摘要】本发明公开一种用于智能钢绞线上的碳纤维复合棒及其制备方法，其碳纤维复合棒包括：光纤，在光纤外设置有复合碳纤维；复合碳纤维是由附着树脂和添加剂的多个碳纤维束构成；其制备方法包括：1).分别放置碳纤维束和光纤；2).分别牵引碳纤维束和光纤穿过合成设备；3).通电加热设备；4).牵引碳纤维束和光纤移动。本发明的有益效果是：本发明的碳纤维复合棒具有良好抗拉强度和柔韧性，替代预应力钢绞线的中芯缆；连接光时域反射仪能实时监测预应力钢绞线受力状态，实现预应力钢绞线实时测量，提高预应力钢绞线使用安全性；有助于实现整个桥梁或者建筑的实时监测和智能化管理。
【IPC分类】E04C5/02, E04C5/08, G01L1/00, G02B6/44
【公开号】CN105004452
【申请号】CN201510387999
【发明人】牛坡
【申请人】天津鑫坤泰预应力专业技术有限公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月3日