近年來，以合成樹脂為基體材料，以玻璃纖維及其制品為增強材料組成的復合材料（玻璃鋼）生產工藝技術發展很快，機械化、自動化水平不斷提高，新的高效生產方法不斷出現。已在生產中采用的成型方法（工藝）主要有手糊、噴射、層壓、SMZ、纏繞、注射、拉擠、模壓等成型工藝。

    生產復合材料制品的特點是材料的形成與制品的成型是同時完成的，玻璃鋼錨桿的生產自不例外。因此，成型工藝必須同時滿足玻璃鋼錨桿的性能、質量和經濟效益等多方面因素的基本要求。在確定成型工藝時，主要考慮了以下三個方面：1.玻璃鋼錨桿的外型構造和尺寸大??；2.玻璃鋼錨桿的性能和質量要求，如錨桿的物化性能、強度等；3.綜合經濟效益。

    但目前生產玻璃鋼錨桿主要采用普通拉擠、拉擠模壓成型工藝。盡管連續拉擠成型生產工藝雖然機械化、自動化程度高，經濟效益好，制品的軸向抗拉強度高，但只能生產等直徑的實心棒材，不能滿足新型玻璃鋼錨桿的外型結構設計，而且生產出來的制品抗剪切能力小，所以不能簡單套用。

    2001年礦業大學曾經使用拉擠模壓復合成型工藝，拉擠模壓復合成型工藝的原理是，浸膠后的玻璃纖維無捻粗紗在牽引裝置的作用下，被牽引經預成型后進入熱成型組合模具，然后夾頭在扭轉裝置的作用下迅速扭勁，在樹脂加熱固化但未完全固化，樹脂還具有一定的變形能力時，組合模具上方的活動模下壓，樹脂和增強材料隨之流動，發生變形，填滿模具型腔的各個部位，由于組合模具型腔的尾段為楔錐形，故成型后的制品即可滿足新型玻璃鋼錨桿的外型結構設計要求。成型物繼續受熱固化后，活動模上移，然后牽引出模，定長切割。采用這一工藝生產的錨桿雖然符合玻璃鋼錨桿的外型結構要求，但卻有模具復雜，尾部難于加工的缺點。

2.1新型玻璃鋼結構

    新型玻璃鋼錨桿結構如下圖1所示，這種錨桿由桿體、抗扭加強筋和錨尾組成。錨桿桿體為直桿，采用玻璃鋼制作而成：桿體中的纖維方向沿桿體軸向方向，用于承受錨桿的拉伸力；抗扭加強筋由浸膠玻璃纖維束在桿體周圍纏繞制成，呈左旋方向分布，可以增加錨桿的抗扭強度。錨尾是帶有金屬套管，其上加工有螺紋。金屬套管錨尾的套管與玻璃鋼桿體的連接采用一段或幾段帶有錐度的凹槽，將金屬套管壓入到玻璃鋼桿體中，形成二者的相互嵌接，使二者形成一個整體，提高連接強度。

    考慮到生產玻璃鋼制品的特點是材料的形成與制品的成型是同時完成的，為尋找到既能成型出符合新型玻璃鋼錨桿的外型結構設計，又能滿足玻璃鋼錨桿的力學性能要求、同時機械化、自動化程度高，有較好綜合經濟效益的成型工藝，本課題組通過大量研究和試驗，找到了一種新的成型工藝方法―間歇式拉擠錨尾后固化成型工藝。                                                 

2.2間歇式拉擠錨尾后固化成型工藝原理

    間歇式成型工藝的原理是，浸膠后的玻璃纖維無捻粗紗在牽引裝置的作用下，被牽引經預成型后進入蒸汽加熱成型模具，如下圖1（圖略）所示兩模具間留有100mm間距作為錨尾，從而使錨尾易于加工，故成型后的制品即可滿足新型玻璃鋼錨桿的外型結構設計要求。模具加熱5分鐘后，模具內桿體固化，然后牽引出模，定長切割。接下來錨桿尾部套上鐵套管，通過鎖緊機構使鐵套管與桿體形成一個整體，后將桿體放入后桿體放置于80℃的烤箱中，從而使未固化的錨尾部分得到固化。

2.3間歇式拉擠錨尾后固化成型工藝過程

    拉擠模壓復合成型工藝過程由玻璃纖維粗紗排布、浸膠、預成型、入模加熱固化、牽引、定長切割、錨尾緊固等環節組成。具體工藝流程如圖3（圖略）所示。

    玻璃纖維無捻粗紗從放置在紗架上的紗筒內壁引出，經導向環、分紗板均勻排布后進入浸膠槽浸膠，浸膠后的紗束（纖維/樹脂混合物）經過擠膠，排除多余樹脂和氣泡后，進入預成型模具。預成型模具是根據玻璃鋼錨桿桿體的斷面形狀和尺寸要求而配置的導向賦型裝置。浸膠的紗束在通過預成型模擠壓實的過程中，進一步排除多余的樹脂和氣泡，并完成初次賦型。初步賦型后的浸膠紗束被牽引迅速進入帶加熱裝置的組合模具，此時牽引裝置停止動作，制品在組合模具內受熱固化，待完全固化后，牽引裝置再次開始動作，將制品拉出模具，然后定長切割，啟動鎖緊油缸鎖緊錨尾，后得到玻璃鋼錨桿。

[-page-]

3.1金屬套管與與桿體的連接性能

    為了克服以往成型工藝中，錨尾性能不佳，故采用錨尾后固化成型工藝，所以金屬套管與桿體的連接性能是評價此成型工藝優劣的一個主要標準。

    衡量錨桿力學性能好壞重要指標是抗拉拔力大小和錨桿的延伸能力。直徑為16mm的壓痕式金屬套管錨尾玻璃鋼錨桿的延伸量與抗拉拔力關系的典型曲線如圖2（圖略）所示。該圖表明，這種錨桿的工作狀態可以分為急增阻和降阻兩個工作階段。

    在急增阻工作階段，在變形很小時抗拉拔力上升很快，直至達到其極限抗拉峰值，這一階段錨桿主要發生彈性變形。在降阻工作階段，錨桿的抗拉拔力從峰值強度86kN開始抗拉拔強度逐漸降低，同時在產生一定的延伸量，后錨桿完全破壞。

    錨桿的出現上述兩種工作狀態，是壓痕式金屬套管錨尾玻璃鋼錨桿的特殊結構決定的，這一結構是依靠間歇式拉擠錨尾后固化成型工藝實現的，在金屬套管錨尾與玻璃鋼桿體未發生相對滑動之前，錨桿的抗抗拉拔力可以一直保持上升狀態，直至達到峰值抗拉拔力；一旦外部載荷超過該峰值，金屬套管錨尾與玻璃鋼桿體之間就會發生相對滑動，同時使它們之間的固結強度遭到一定程度的損失，但由于金屬套管錨尾與玻璃鋼桿體之間的連接關系較好，錨桿的抗拉拔力在發生下降后，還可使錨桿的強度保持在一個較高的水平^[1]。

    錨桿的抗拉試驗結果表明，玻璃鋼錨桿的抗拉強度大于80kN，并有一定的延伸量，完全可以滿足煤幫錨桿的要求（煤幫錨桿抗拉強度一般要求為大于50kN）

    衡量錨桿力學性能好壞重要指標是錨桿的抗拉伸能力。實驗試件為采用本工藝制成的圓截面直桿，長度為300mm，其中兩端各100mm為夾具所夾持，中間100mm為工作區，試件直徑為16mm。試驗在萬能試驗機上進行，所得數據見如表1所示。

表1錨桿拉伸實驗數據結果

編號	直徑/mm	橫截面積/mm	破斷力/KN	破斷應力/MPa
1	16	201.06	75.0	373.02
2	16	201.06	93.5	462.54
3	16	201.06	82.5	410.32
4	16	201.06	68.0	338.82

    通過對實驗結果的分析得到：當桿體直徑為16mm、即使是在試驗發生意外的情況下（內錐套和試件脫離），小拉力仍能達到68.0KN，破斷拉力達到338.82Mpa，達到了預期的如桿體直徑16mm，破斷力達到40-60KN的要求。所以這種結構的錨桿滿足煤幫錨桿的要求（煤幫錨桿抗拉強度一般要求為大于50kN）^[2]。

4 結 語

    間歇式拉擠錨尾后固化成型工藝很好地滿足了玻璃鋼結構、性能要求，與其它成型工藝相比還具有工藝簡單，經濟效益好等優點，通過實驗，說明采用此成型工藝生產的玻璃鋼錨桿各項性能指標均達到或超過標準。

---

[1] MA Nianjie. The new structure of fibre glass reinforced plastics bolt[J]. Journal of Coal Science &

Engineering (China), 2003, (7).

[2] 楊振茂,馬念杰等. 玻璃鋼錨桿試驗研究[J]. 煤炭科學技術,2002,(2).

---

MA Nian-jie,  LI Ying-ming

( China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China)

    Abstract: The author puts forward the moulding technology of FRP bolt with new structure called batch pulling and FRP bolt-end solidified lately on the base of analysis of FRP bolt style and present moulding technology. The experiment is done on bolt with the moulding technology. It turns out all kinds of performance reach or surpass the national standard. In a word, the mouding technology is worth popularizing and applying.

    Key words: FRP; bolt; moulding technology; bolt-end solidifying lately