一种连续生产聚丙烯带缠绕包裹钢筋形成复合筋的方法_2

文档序号:8933462阅读:来源:国知局
阻止混凝土裂纹的形 成;同时,聚丙烯材料一定的机械强度可以确保其承受施工过程中混凝土中粗骨料的机械 冲刷、承受荷载过程中混凝土的压缩、剪切等作用,以及与作为加强纵筋的GFRP筋和环氧 涂层钢筋配合时,GFRP筋和环氧涂层钢筋对其的挤压、磨损等作用。
[0022] 聚丙烯与钢筋复合存在一定的技术难度,主要是由于聚丙烯分子结构中没有极性 基团,使得它很难与钢筋产生化学键作用或强的物理作用,在承受外力过程中,特别是复合 钢筋弯曲成为箍筋的过程中,聚丙烯-钢筋界面容易脱粘,因而容易造成空气中的水分在 此聚集,进而经过冻融循环等环境老化,使得聚丙烯-钢筋界面更容易脱粘,进而影响到材 料的耐腐蚀能力,同时影响到聚丙烯-钢筋协同受力效果。
[0023] 为了提高聚丙烯与钢筋界面粘结性能,本发明人认为可以从物理方面和化学方 面,采用组合措施。
[0024] 物理方面:钢筋有光圆钢筋和变形钢筋两类,从提高聚丙烯-钢筋之间粘结能力 考虑,由于变形钢筋表面存在纵肋和横肋,因而聚丙烯带与变形钢筋复合后,加热熔融聚丙 烯,熔融聚丙烯沿钢筋表面流动,当熔融状态的聚丙烯冷却时,由于存在一定的收缩率,因 而聚丙烯包裹钢筋的纵肋和横肋而定型,由于聚丙烯-钢筋之间相互嵌套的物理作用,因 而界面结合能力明显提高,在本发明中选择变形钢筋;当钢筋直径在Φ4_ - Φ12_之间 时,变形钢筋以圆盘钢筋形式销售,这种钢筋可以作为箍筋使用,本发明选择此类商品化的 圆盘钢筋,同时可满足钢筋进行前处理的要求,且操作相当较容易进行。
[0025] 化学方面:钢筋表面通常存在铁锈、油脂、泥土等污物,如果不能将它们除去,对 聚丙烯-钢筋界面粘结不利,在此基础上,还需要进行钝化处理,以提高钢筋自身耐腐蚀能 力,这些内容称为钢筋前处理,属于一种普通技术人员知道的技术;为了提高钢筋-聚丙烯 界面粘结能力,还需要进行界面相容剂处理,即在钢筋-聚丙烯之间,形成一层界面,此界 面同钢筋形成良好的粘结,最好是化学键作用或强的物理作用,同时此界面与聚丙烯相容 性良好,由于聚丙烯属于结晶性高分子材料,所以界面相容剂最好是化学改性聚丙烯产物, 如马来酸酐接枝聚丙烯,由于马来酸酐接枝聚丙烯(与氨基硅烷偶联剂ΚΗ550配套)可以 与钢筋表面的羟基形成化学键作用或强的物理作用,同时马来酸酐接枝聚丙烯与聚丙烯相 容性良好,两者可以共结晶,因此马来酸酐接枝聚丙烯烃常作为界面相容剂使用;对于钢筋 的表面处理而言,可以将马来酸酐接枝聚丙烯预先制造出水性分散物,然后再使用马来酸 酐接枝聚丙烯水性分散物(需要添加氨基硅烷偶联剂KH550)浸渍钢筋,钢筋经过高温处 理,使得钢筋表面马来酸酐接枝聚丙烯等成膜,钢筋-聚丙烯界面形成化学键作用或强的 物理作用,在承受外力或复合钢筋弯曲成为箍筋的过程中,钢筋-聚丙烯界面能够有效传 递应力,界面保持完整,并可以承受冻融循环等环境老化作用;类似的方式如等规聚丙烯蜡 水性分散物,这是因为等规聚丙烯蜡自身含有羧酸,羧酸与马来酸酐类似,属于反应性功能 性基团。
[0026] 对于钢筋的表面处理而言,还存在一种方式,即钢筋经过通常的前处理后,只进行 氨基硅烷偶联剂KH550处理,而将聚丙烯与马来酸酐接枝聚丙烯熔融共混,利用钢筋表面 的氨基硅烷偶联剂KH550与聚丙烯基体中的马来酸酐接枝聚丙烯反应,从而形成界面层, 在承受外力或复合钢筋弯曲成为箍筋的过程中,钢筋-聚丙烯界面能够有效传递应力,界 面保持完整,并可以承受冻融循环等环境老化作用。
[0027] 通常钢筋前处理内容包括:喷砂(除锈)-酸洗(除锈)-水洗-碱洗(脱油)-水 洗-磷化(钝化)-水洗-干燥,在此基础上,再将钢筋在由氨基硅烷偶联剂KH550和等规 聚丙烯蜡水性分散物或马来酸酐接枝聚丙烯水性分散物组成的混合物中浸渍,以及随后的 脱水干燥成膜工段,由于存在界面相容剂,如此处理得到的钢筋与聚丙烯能够形成良好的 界面粘结。
[0028] 或者在钢筋前处理的基础上,再将钢筋在氨基硅烷偶联剂KH550溶液中浸渍,以 及随后脱水干燥工段,聚丙烯中需要含有一定量的马来酸酐接枝聚丙烯,通过KH550和马 来酸酐接枝聚丙烯发生反应而形成界面相容剂,使得聚丙烯-钢筋界面产生化学键合而提 1?粘结能力。
[0029] 等规聚丙烯蜡水性分散物见专利申请:CN201310254669. 9,此水性分散物是由等 规聚丙烯蜡、表面活性剂、水等组成,颗粒直径为〇. 1 - 50 μ m之间;马来酸酐接枝聚丙烯水 性分散物见专利申请:CN201310258047. 3,此水性分散物由马来酸酐接枝聚丙烯、表面活性 剂、水等组成,颗粒直径为1 一50 μ m之间,两份专利申请书中含有KH550与等规聚丙烯蜡或 马来酸酐接枝聚丙烯的反应红外光谱测试图谱。
[0030] 文献【陶莹莹,赵科。PP - g-MAH乳液对PP / GF界面的影响。化工时刊,2012, 26(4) :11 -15】说明KH550分子链一端与玻纤的反应,另一端与马来酸酐接枝聚丙烯的反 应,及其将玻纤-聚丙烯连接在一起的机理;等规聚丙烯蜡水性分散物成膜特性见【刘凡, 赵科。聚丙烯蜡乳液最佳成膜条件的研究。粘接,2013, 34 (228) :45-48】,马来酸酐接枝聚 丙烯水性分散物成膜特性见【刘凡,赵科。马来酸酐接枝聚丙烯乳液最佳成膜条件的研究。 现代涂装与涂料,2013,16(1) :15 -18;陶莹莹,党敬川,赵科。马来酸酐接枝聚丙烯乳液的 成膜特性研究。郑州轻工业学院学报,2012, 27 (5) :30-33】,在纤维增强聚丙烯应用见【赵 科。功能性聚丙烯乳液及其应用,第十三届表面工程技术交流会论文集P128-133, 2010年 开封:http : / /www.cnfrp.net / news / echo. php?id=40119] ?艮道;类j以白勺石开究结果 见文献【刘晓烨、戴干策。黄麻纤维毡的表面处理及其增强聚丙烯复合材料力学性能。复 合材料学报,2006, 23 (5) :63-69】,其将马来酸酐接枝等规聚丙烯蜡水性分散物引入黄麻纤 维的表面处理,结果表明纤维经此水性分散物处理后可使界面剪切强度从未处理情况下的 3. 49MPa提高到9. OOMPa,增加158%,聚丙烯复合材料的力学性能明显提高。这些内容说明 氨基硅烷偶联剂KH550和等规聚丙烯蜡水性分散物或马来酸酐接枝聚丙烯水性分散物组 成的混合物处理增强材料,有助于增强材料与聚丙烯界面的结合。
[0031] 本发明人研究过马来酸酐接枝聚丙烯水性分散物、聚丙烯与玻璃(采用玻璃盘做 实验)的界面结合性能,将马来酸酐接枝聚丙烯水性分散物放入玻璃盘,先在130°c下脱 水,然后再180°C下熔融成膜,结果发现马来酸酐接枝聚丙烯水性分散物牢固粘结在玻璃表 面,经过长时间的自来水浸渍,界面不分离,预计马来酸酐接枝聚丙烯水性分散物-玻璃之 间形成化学键;而聚丙烯在玻璃表面180°C下熔融成膜,但两者不能形成粘结;因而预计采 用KH550与等规聚丙烯蜡或马来酸酐接枝聚丙烯水性分散物作为玻纤-聚丙烯的界面相 容剂,可以将玻纤、聚丙烯这两种物性差异很大的材料粘结在一起,此原理就是文献【陶莹 莹,赵科。PP-g - MAH乳液对PP / GF界面的影响。化工时刊,2012, 26(4) : 11-15】说明 KH550分子链一端与玻纤的反应,另一端与马来酸酐接枝聚丙烯的反应,及其将玻纤-聚丙 烯连接在一起的机理。
[0032] 由于钢筋表面特性与玻纤、玻璃或黄麻纤维存在很多的相似性,可以认为上述内 容同样适用于聚丙烯-钢筋界面。
[0033] 此外,重要的内容是马来酸酐接枝聚丙烯水性分散物专利申请说明书 CN201310258047. 3还研究聚丙烯-不锈钢丝网复合,不经过处理的不锈钢丝网是不能够与 聚丙烯复合,而经过马来酸酐接枝聚丙烯水性分散物处理的不锈钢丝网,聚丙烯-不锈钢 丝网就可以复合,复合物的拉伸和弯曲性能得到提高。
[0034] 聚丙烯基体中含马来酸酐接枝聚丙烯的情况见文献【陈明安。铝薄板/塑料复合 成型机理的研究-铝薄板成型
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