PL211207B1 - Wiązka włókien wzmacniających i sposób łączenia włókien wzmacniających w wiązki - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211207 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 362456 (51) Int.Cl.

(22) Data zgłoszenia: 06.12.2001 E04C 5/07 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

06.12.2001, PCT/EP01/014482 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

20.06.2002, WO02/48476 (54) Wiązka włókien wzmacniających i sposób łączenia włókien wzmacniających w wiązki

(30) Pierwszeństwo: 13.12.2000, NL, 1016864	(73) Uprawniony z patentu: N.V. BEKAERT S.A., Zwevegem, BE
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 02.11.2004 BUP 22/04	(72) Twórca(y) wynalazku: YVES MAURITS RENE VANCRAEYNEST, Zwevegem, BE
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2012 WUP 04/12	(74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Ewa Balińska

PL 211 207 B1

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy, wiązki włókien wzmacniających i sposobu łączenia włókien wzmacniających w wiązki, w szczególności składające się z szeregu w przybliżeniu równoległych włókien wzmacniających do wzmacniania materiału utwardzalnego.

Znane jest stosowanie włókien wzmacniających, które to włókna wzmacniające są połączone ze sobą co najmniej na swoich końcach za pomocą substancji spajającej, która traci swoją kohezję pod wpływem sił mechanicznych w trakcie mieszania wiązek włókien wzmacniających z co najmniej materiałem zdolnym do utwardzania.

Taka wiązka włókien wzmacniających jest znana z publikacji międzynarodowej nr WO-A-00/49211. W dokumencie tym łączy się w wiązki włókna wzmacniające do substancji odlewanych, takich jak beton, i łączy na końcach za pomocą warstwy materiału spajającego nakładanego na końce. Materiał wiążący jest albo rozpuszczony przez substancję odlewaną albo rozproszony w niej w formie agregatów. W wyniku tego wiązka rozpada się, co powoduje uwolnienie włókien. Niedogodnością takiej wiązki włókien wzmacniających jest wchłanianie rozpuszczonego lub rozproszonego materiału spajającego przez materiał, który ma być odlewany albo utwardzany. Ponieważ wspomniana powyżej wiązka włókien wzmacniających jest przewidziana do zwiększenia stosunku włókien wzmacniających do materiału utwardzanego, więc w materiale utwardzalnym jest rozpuszczona lub rozproszona znaczna ilość materiału spajającego. Wiąże się to z ryzykiem, że może to wpływać niekorzystnie na właściwości materiału utwardzalnego. Dlatego istnieje zapotrzebowanie na wiązki włókien wzmacniających, z których duża część włókien wzmacniających może być zintegrowana w materiale utwardzalnym bez dodawania substancji, które rozpuszczają się lub rozpraszają w materiale utwardzalnym albo z nim reagują.

Celem wynalazku jest rozwiązanie wspomnianego powyżej problemu, w szczególności w taki sposób, że w skład substancji spajającej wchodzi w zasadzie materiał, który jest zasadniczo obojętny względem nieutwardzonego materiału utwardzalnego, wiązka włókien wzmacniających, w skład której wchodzi szereg, w przybliżeniu równoległych włókien wzmacniających do wzmacniania materiału utwardzalnego, które to włókna wzmacniające są złączone co najmniej na swoich końcach za pomocą substancji spajającej, która traci swoją kohezję pod działaniem sił mechanicznych podczas mieszania wiązek włókien wzmacniających z co najmniej materiałem utwardzalnym, przy czym substancja spajająca zawiera materiał, który jest, korzystnie, obojętny w stosunku do nieutwardzonego materiału utwardzalnego oraz substancja spajająca zawiera materiał utwardzalny, według wynalazku charakteryzuje się tym, że substancja spajająca w zasadzie zawiera zaprawę, beton, gips, cement lub ich mieszaninę.

Korzystnie, substancja spajająca zawiera pomocnicze włókna wzmacniające.

Korzystnie, w skład pomocniczych włókien wzmacniających wchodzą włókna szklane i/lub włókna polipropylenowe o średnicy maksymalnie 100 mikrometrów.

Korzystnie, stosunek długości do średnicy wiązki włókien wzmacniających wynosi od co najmniej 0,2 do maksymalnie 5.

Korzystnie, stosunek długości do średnicy wiązki włókien wzmacniających wynosi od co najmniej 0,5 do maksymalnie 1,5.

Korzystnie, wiązka włókien wzmacniających jest w przybliżeniu cylindryczna.

Korzystnie, stosunek długości do średnicy włókien wzmacniających wynosi co najmniej 40.

Korzystnie, włókna wzmacniające są wykonane ze stali o wytrzymałości na rozciąganie od 500 N/mm² do 3000 N/mm^2.

Korzystnie, końce włókien wzmacniających są haczykowe.

Korzystnie, wiązka ma powierzchnie końcowe, które są korzystnie równomiernie pokryte substancją spajającą.

Korzystnie, tylko haczykowe końce włókien wzmacniających znajdują się w substancji spajającej.

Sposób łączenia włókien wzmacniających w wiązki włókien wzmacniających w celu wzmocnienia materiału utwardzalnego, w którym włókna wzmacniające łączy się w wiązki w położeniu w przybliżeniu równoległym, przy czym łączy się co najmniej końce włókien wzmacniających, przy czym włókna wzmacniające łączy się za pomocą substancji spajającej nakładanej co najmniej na końce wiązki włókien wzmacniających, która to substancja spajająca jest, korzystnie, obojętna względem nieutwardzonego materiału utwardzalnego i która to substancja traci swoją kohezję pod wpływem sił mechanicznych podczas procesu mieszania wiązek włókien wzmacniających z co najmniej materiałem utwardzalnym,

PL 211 207 B1 według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się substancję spajającą, która zawiera materiał utwardzalny, a korzystnie zawiera zaprawę, beton, gips, cement względnie ich mieszaninę.

Korzystnie, nanosi się utwardzającą substancję spajającą, którą poddaje się utwardzaniu.

Korzystnie, w zasadzie równoległe wiązanie włókien wzmacniających prowadzi się pod naprężeniem.

Korzystnie, stosuje się substancję spajającą zawierającą pomocnicze włókna wzmacniające.

Korzystnie, w skład pomocniczych włókien wzmacniających wchodzą włókna szklane i/lub włókna polipropylenowe o średnicy maksymalnie 100 mikrometrów.

Pod pojęciem obojętnego względem nieutwardzonego materiału utwardzalnego rozumie się w niniejszym zgłoszeniu, że substancja spajająca w zasadzie nie reaguje z konwencjonalnymi materiałami utwardzalnymi, które nadal muszą być utwardzone, albo z mieszankami takich materiałów, bez względu na fakt, czy konwencjonalne dodatki są dodawane czy nie. W szczególności, substancja spajająca jest w zasadzie nierozpuszczalna w wodzie i/lub rozpuszczalnikach organicznych.

Kiedy wiązki włókien wzmacniających są mieszane z materiałem utwardzalnym, substancja spajająca może stracić swoją kohezję na wiele sposobów. Na przykład obróbka termiczna może spowodować, że substancja spajająca rozpadnie się na mniejsze kawałki. Ponadto powstają wspomniane siły mechaniczne, np. w wyniku tarcia wiązek włókien wzmacniających z innymi wiązkami włókien wzmacniających, ścianami zbiornika odbiorczego, środkami domieszkowymi, żwirem, jakie mogą znajdować się w utwardzalnym materiale, itp. Ze względu na te siły mechaniczne powstające podczas procesów mieszania, substancja spajająca będzie dzielona na jeszcze mniejsze kawałki do chwili kiedy włókna wzmacniające nie będą już złączone i mogą być oddzielnie rozproszone w materiale utwardzalnym.

Korzystnie, substancja spajająca jest substancją utwardzającą. Taka substancja może być nakładana w stanie lepkim na włókna wzmacniające i następnie może być utwardzana poprzez suszenie, ogrzewanie, itp. Jednakże w zasadzie możliwe jest również użyczanie substancji nieutwardzającej jako substancji spajającej pod warunkiem, że działają odpowiednie i/lub wystarczająco duże siły mechaniczne. Istnieje, na przykład, możliwość wybrania trwałej substancji spajającej, w połączeniu z którą, np. ruchome noże gwarantują, że znika kohezja substancji spajającej oraz następuje oddzielenie włókien wzmacniających.

Substancja spajająca może w zasadzie zawierać także materiał utwardzalny. W ten sposób jest bardzo skutecznie zapewnione, że substancja spajająca będzie bardzo słabo albo nie będzie w ogóle wpływała na właściwości materiału utwardzalnego. Ostatecznie utwardzony materiał utwardzalny będzie materiałem jednorodnym, z wyjątkiem włókien wzmacniających, które zostaną w międzyczasie rozproszone. Istnieje możliwość, że do materiału utwardzalnego dodaje się jedną lub więcej odpowiednich substancji dodatkowych, albo że proporcje mieszania składników mieszanki betonu lekko różnią się dla substancji spajającej i materiału utwardzalnego. Istnieje jednak możliwość wyboru innych materiałów na substancję spajającą i materiał utwardzalny.

Chociaż, w korzystnym przykładzie wykonania, w skład substancji spajającej wchodzi w zasadzie materiał utwardzalny, to może ona zawierać powszechnie używane dodatki. Na przykład, można dodawać małą ilość materiału intensyfikującego ścieranie, albo w inny sposób wpływającego na właściwości mechaniczne substancji spajającej.

Zgodnie z przykładami wykonania wynalazku, w skład substancji spajającej wchodzi w zasadzie zaprawa, beton, gips, cement lub ich mieszanki. Te substancje spajające nadają się zwłaszcza do stosowania w betonie lub materiałach podobnych do betonu, które to materiały utwardzalne są bardzo szeroko używane jako, np. materiały budowlane. Są one bardzo mocne (wytrzymałe), ale również stosunkowo kruche. Dla poprawy ich wytrzymałości, a zwłaszcza zmniejszenie ich kruchości, materiały te często wzmacnia się za pomocą włókien wzmacniających. Używanie substancji spajających według wynalazku zapewnia, że matryca bazowa gotowego betonu lub materiału betonowego jest w zasadzie niezmieniona. Proponowane substancje spajające bardzo często przypominają materiały podobne do betonu. Nie należy jednak sądzić, że w przypadku używania gipsu, powinien on być stosowany w niskich stężeniach, takich że, na przykład, nie wpływa to negatywnie na czas utwardzania i inne właściwości betonu.

W szczególnie korzystnym przykładzie wykonania według wynalazku, w skład substancji spajającej wchodzą pomocnicze włókna wzmacniające. Dodając takie pomocnicze włókna wzmacniające do substancji spajającej, ta druga ma większą wytrzymałość i ciągliwość. Umożliwia to skuteczne stosowanie substancji spajającej, która jako taka nie ma wystarczającej wytrzymałości mechanicznej jako substancja spajająca. W związku ze zwiększeniem wytrzymałości mechanicznej substancji spajającej

PL 211 207 B1 za pomocą pomocniczych włókien wzmacniających, można poprawić własności pod względem składowania luzem oraz właściwości transportowe i zachowanie podczas wylewania wiązek włókien wzmacniających.

W zasadzie pomocnicze włókna wzmacniające mogą być wykonane z dowolnego materiału, chociaż, korzystnie, są to włókna szklane lub polipropylenowe o maksymalnej średnicy 100 mikrometrów. Takie włókna są skuteczne i nie jest trudno wykonać je z odpowiednią średnicą.

Korzystnie, stosunek długości do średnicy wiązek włókien wzmacniających wynosi co najmniej 0,2, a maksymalnie 5. Takie właściwości pod względem stosunku długości do średnicy zapewniają dobrą zdolność do stosowania i dobre właściwości pod względem wylewania z silosów magazynowych z wiązkami włókien wzmacniających. Jeżeli stosunek długość do średnicy przekracza wspomniany powyżej zakres, rośnie ryzyko sklejania się materiału w silosach magazynowych. Niemniej jednak wiązki włókien wzmacniających, w których stosunek długości do średnicy przekracza wspomniany powyżej zakres, można używać pod pewnymi warunkami. Bardziej korzystnie, stosunek długości do średnicy wiązek włókien wzmacniających wynosi co najmniej 0,5, a maksymalnie 1,5. W przypadku takiego stosunku długości do średnicy, wiązki włókien wzmacniających przypominają w przybliżeniu cylinder lub blok (prostopadłościan), w wyniku czego uzyskuje się bardzo dobre właściwości pod względem wylewania i znakomitą zdolność do manipulowania nimi. Korzystnie, stosunek długości do średnicy wiązek włókien wzmacniających wynosi w przybliżeniu 1.

Wiązka włókien wzmacniających może mieć dowolny kształt, chociaż zaleca się, żeby była w przybliżeniu cylindryczna. W przypadku kształtu cylindrycznego, wiązki włókien wzmacniających nie mają albo praktycznie nie mają narożników i/lub końcówek, co zapewnia jeszcze lepszą zdolność do manipulowania nimi i korzystniejsze właściwości pod względem wylewania. Niemniej jednak możliwe są również inne kształty, takie jak sześciany lub klocki. W idealnym przypadku stosuje się włókna o różnych długościach, z włóknami najkrótszymi na zewnętrznym obwodzie wiązki włókien wzmacniających i najdłuższymi włóknami w środku, w wyniku którego to rozkładu włókien wytwarza się praktycznie sferyczną wiązkę włókien wzmacniających.

W zasadzie, włókna wzmacniające, które są używane, mogą mieć dowolny pożądany stosunek długości do średnicy. Korzystnie, stosunek długości do średnicy włókien wzmacniających wynosi co najmniej 40.

W korzystnym przykładzie wykonania wiązki włókien wzmacniających według wynalazku, włók₂ na wzmacniające są wykonane ze stali o wytrzymałości na rozciąganie od 500 do 3000 N/mm². Istnieje również możliwość wyboru stali o innej wytrzymałości na rozciąganie, ale ma to niewielkie zalety w przypadku wzmacniania materiału utwardzalnego. Możliwe również jest skuteczne wybranie innych materiałów na włókna wzmacniające, takich jak, na przykład, włókna węglowe, polipropylenowe lub z innych tworzyw sztucznych, włókna szklane, itp.

Końce włókien wzmacniających mają korzystnie kształt haczykowy. W niniejszym zgłoszeniu, termin haczykowe końce odnosi się nie tylko do włókien wygiętych co najmniej raz na swoich końcach. Odnosi się również do włókien z końcami, które są odkształcone tak, że w co najmniej jednym kierunku średnica występu odkształconego końca na płaszczyznę prostopadłą do głównej osi włókna wzmacniającego jest większa niż średnica tej sekcji włókna pomiędzy końcami. Na przykład, końce mogą być spłaszczone, wygięte lub kręte, albo mogą mieć kształt gwoździa i tak dalej. Zostanie to wyjaśnione na podstawie figur rysunku. Poprawia to spajanie włókien wzmacniających w materiale utwardzalnym po utwardzeniu. W przypadku prostoliniowych włókien wzmacniających, bardziej prawdopodobne jest, że włókna te będą wyciągane z utwardzonego materiału kiedy powstanie pęknięcie, w wyniku czego spadnie wytrzymałość mechaniczna materiału. Istnieją jednak również inne sposoby poprawy spajania włókien wzmacniających w utwardzonym materiale utwardzalnym, np. poprzez spłaszczenie włókien albo nadanie im kształtu pofalowanego lub haczykowego.

Wiązka włókien wzmacniających w korzystnym przykładzie wykonania według wynalazku zawiera powierzchnie końcowe, które są w zasadzie równomiernie pokryte substancją spajającą. Tak więc powierzchnie końcowe wiązek włókien wzmacniających są w przybliżeniu gładkie. Zaletą takiego rozwiązania jest zmniejszenie zbijania się w kłębek wiązek włókien wzmacniających. Zazwyczaj końce włókien wzmacniających mogą być splątane z końcami włókien wzmacniających innych wiązek włókien wzmacniających, albo również (w środku) pomiędzy włóknami wzmacniającymi innych wiązek włókien wzmacniających. Skutecznie zapobiega się temu poprzez równomierne pokrycie końców włókien wzmacniających substancją spajającą.

PL 211 207 B1

Istnieje również możliwość nałożenie substancji spajającej na inne lub dodatkowe części wiązki włókien wzmacniających. Cała wiązka włókien wzmacniających może, np. być otoczona albo nawet nasycona substancją spajającą. Istnieje również możliwość nakładania pierścienia substancji spajającej pomiędzy końce wiązki włókien wzmacniających. Zapewnia to nawet większą wytrzymałość mechaniczną i jeszcze mniejsze współdziałanie pomiędzy wiązkami włókien wzmacniających, pomimo zwiększenia czasu obróbki. W zalecanym przykładzie wykonania wiązki włókien wzmacniających według wynalazku, w substancji spajającej znajdują się w zasadzie tylko haczykowe końce włókien wzmacniających. W ten sposób nadal zapewnia się, że haczykowe końce nie przyczyniają się do skłębiania się (splątywania) wiązek włókien wzmacniających, podczas gdy używana jest tylko bardzo mała ilość substancji spajającej. Ogólnie, ważne jest używanie możliwie małej ilości substancji spajającej, ponieważ może ona niekorzystnie oddziaływać na materiał utwardzalny. Ilość tę można jeszcze bardziej zminimalizować poprzez dobre zestrojenie pozycyjne włókien wzmacniających w wiązce. Zatem końce włókien będą obecne w możliwie małej tarczy.

Wynalazek dotyczy również sposobu łączenia włókien wzmacniających w wiązki włókien wzmacniających w celu wzmocnienia materiału utwardzalnego, w którym włókna wzmacniające są wiązane we w przybliżeniu równoległym położeniu i są łączone co najmniej na końcach, oraz w którym włókna wzmacniające są łączone poprzez nakładanie co najmniej na końce wiązki włókien wzmacniających substancji spajającej, w zasadzie obojętnej względem nieutwardzonego materiału utwardzalnego, która, pod działaniem sił mechanicznych podczas mieszania wiązek włókien wzmacniających z co najmniej materiałem utwardzalnym, traci swoją spójność.

Taka metoda zapewnia uzyskanie w prosty sposób wiązki włókien wzmacniających według wynalazku o bardzo dobrej zdolności do manipulowania i właściwościach pod względem wylewania bez substancji spajającej o negatywnym oddziaływaniu na właściwości materiału utwardzalnego. Niemniej jednak, istnieje również możliwość nakładania włókien w masie substancji spajającej, ręczne lub za pomocą pistoletu do włókien, który strzela włóknami albo pikuje je w substancji spajającej, itp.

W zalecanym przykładzie wykonania, utwardzająca substancja spajająca jest nanoszona, a następnie utwardzana. Można to uzyskać poddając wiązki włókien wzmacniających, na które jest nanoszona substancja spajająca, obróbce utwardzającej, np. suszeniu za pomocą powietrza, zwiększeniu temperatury lub reakcji polimeryzacji.

W innym zalecanym przykładzie wykonania sposobu, poddaje się rozciąganiu włókna wzmacniające we w przybliżeniu równoległej wiązce. Zaletą takiego sposobu jest znacznie lepszy rozkład włókien wzmacniających w materiale utwardzalnym po usunięciu substancji spajającej.

Wynalazek dotyczy również wiązki włókien wzmacniających, w skład której wchodzi szereg w przybliżeniu równoległych włókien wzmacniających do wzmacniania materiału utwardzalnego, które to włókna wzmacniające są łączone co najmniej na swoich końcach za pomocą substancji spajającej, która traci swoją kohezję podczas mieszania wiązek włókien wzmacniających z co najmniej materiałem utwardzalnym, gdzie w skład substancji spajającej wchodzą włókna wzmacniające.

Stosowanie pomocniczych włókien wzmacniających w substancji spajającej nie jest ograniczone do substancji spajających, które są obojętne względem materiału utwardzalnego. Zaletą dodawania pomocniczych włókien wzmacniających, a mianowicie uzyskanie większej wytrzymałości mechanicznej i ciągliwości substancji spajającej, jak opisano powyżej, osiąga się również, na przykład, za pomocą rozpuszczalnych substancji spajających. Na przykład, w skład substancji spajającej może wchodzić polioctan winylu, albo jako składnik główny, albo jako dodatek do, na przykład, substancji spajającej podobnej do zaprawy. W tych wypadkach substancja spajająca staje się bardziej elastyczna (giętka), i, całkowicie, albo co najmniej częściowo, bardziej rozpuszczalna w wodzie. Możliwe są również inne składniki rozpuszczalne w wodzie.

Z drugiej strony, przedstawione wyżej ograniczenia i zalety zalecanych przykładów wykonania wiązki włókien wzmacniających według pierwszego aspektu wynalazku dotyczą również wiązki włókien wzmacniających według pozostałych przykładów wykonania.

W pierwszym przykładzie wykonania w skład pomocniczych włókien wzmacniających wchodzą włókna szklane i/lub włókna polipropylenowe o średnicy wynoszącej maksymalnie 100 mikrometrów.

W drugim przykładzie wykonania co najmniej końce włókien wzmacniających są w przybliżeniu równomiernie pokryte substancją spajającą.

Końce włókien wzmacniających mogą być haczykowe.

Ponadto, grubość nałożonej substancji spajającej może w przybliżeniu odpowiadać długości haczykowych końców włókien wzmacniających, zaś stosunek długości do średnicy wiązki włókien

PL 211 207 B1 wzmacniających może wynosić co najmniej 0,2, a maksymalnie 5, bardziej korzystnie co najmniej 0,5, a maksymalnie 1,5. Korzystnie, wiązka włókien wzmacniających jest w zasadzie cylindryczna.

Dodatkowo, stosunek długości do średnicy włókien wzmacniających może wynosić co najmniej 40.

Włókna wzmacniające mogą być wykonane ze stali o wytrzymałości na rozciąganie od 500 do

3000 N/mm².

Wynalazek obejmuje również, w innym przykładzie wykonania, wiązkę włókien wzmacniających, w skład której wchodzi szereg w przybliżeniu równoległych włókien wzmacniających do wzmacniania materiału utwardzalnego, które to włókna wzmacniające są złączone co najmniej na swoich końcach za pomocą substancji spajającej, która traci swoją kohezję podczas mieszania wiązki włókien wzmacniających z co najmniej materiałem utwardzalnym, gdzie końce włókien wzmacniających są haczykowe oraz korzystnie w skład wiązki włókien wzmacniających wchodzą powierzchnie końcowe, które są w przybliżeniu równomiernie pokryte substancją spajającą. Zaletą w przybliżeniu równomiernego pokrycia powierzchni końcowych wiązki włókien wzmacniających substancją spajającą jest nie ograniczanie się do żadnej konkretnej substancji spajającej, ale to, że jest z pomocniczymi włóknami wzmacniającymi albo bez nich. Zwłaszcza w przypadku końców haczykowych istnieje duże ryzyko splątania wiązek włókien wzmacniających, a tym samym łączenia się ich w silosach. Po gładkim pokryciu powierzchni końcowych, wiązki włókien wzmacniających nie są już w stanie splątać się w innych wiązkach włókien. W ten sposób uzyskuje się oddzielne włókna wzmacniające uwolnione w materiale utwardzalnym. Należy zauważyć, że ten ostatni efekt stanowi znacznie bardziej poważny problem w przypadku włókien wzmacniających o haczykowych końcach niż w przypadku włókien wzmacniających o końcach prostoliniowych.

I znowu, ograniczenia i zalety zalecanych przykładów wykonania wiązki włókien wzmacniających według pierwszego przykładu wynalazku umożliwiają uzyskanie wiązki włókien wzmacniających, o właściwościach wspomnianych w kontekście tego trzeciego przykładu wykonania wynalazku.

W tym przykładzie wykonania wiązki włókien wzmacniających według wynalazku, w substancji spajającej znajdują się w zasadzie tylko haczykowe końce włókien wzmacniających.

Ponadto substancja spajająca jest w zasadzie obojętna względem nieutwardzonego materiału utwardzalnego.

Korzystnie, substancja spajająca jest substancją utwardzającą oraz dodatkowo substancja spajająca może zawierać w zasadzie materiał utwardzalny.

Bardziej korzystnie, substancja spajająca w zasadzie zawiera zaprawę, beton, gips, cement lub ich mieszankę, ponadto substancja spajająca może zawierać pomocnicze włókna wzmacniające.

Korzystnie, pomocnicze włókna wzmacniające zawierają włókna szklane i/lub włókna polipropylenowe o maksymalnej średnicy 100 mikrometrów.

Stosunek długości do średnicy wiązki włókien wzmacniających może wynosić co najmniej 0,2, a maksymalnie 5, bardziej korzystnie co najmniej 0,5 a maksymalnie 1,5. Jeszcze bardziej korzystnie, wiązka włókien wzmacniających jest w przybliżeniu cylindryczna.

Stosunek długości do średnicy włókien wzmacniających wynosi korzystnie co najmniej 40.

Włókna wzmacniające mogą być wykonane ze stali o wytrzymałości na rozciąganie od 500 do 3000 N/mm².

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wiązkę włókien wzmacniających, które jeszcze nie są złączone, fig. 2 - wiązkę włókien wzmacniających według wynalazku, fig. 3 - szczegół wiązki włókien wzmacniających z fig. 2, fig. 4 a-c - schematyczne przedstawienie mieszania wiązek włókien wzmacniających według wynalazku z materiałem utwardzalnym, oraz fig. 5 - kilka przykładów wykonania haczykowych końców włókien.

Na fig. 1 przedstawiono wiązkę 1 włókien wzmacniających w przykładzie wykonania według wynalazku. Wiązka 1 włókien wzmacniających jest wykonana z dużej liczby równoległych włókien wzmacniających 2 z haczykowymi końcami 3. Włókna wzmacniające 2 są utrzymywane razem za pomocą nici 4.

Chociaż włókna wzmacniające 2 mają haczykowe końce 3, mogą one w zasadzie mieć dowolny, odpowiedni kształt według zamierzonego zastosowania.

Włókna wzmacniające 2 mogą być wykonane z dowolnych materiałów, w zależności od wymagań im stawianych oraz od materiału utwardzalnego, jaki musi być wzmocniony i w którym włókna będą używane. W razie konieczności wzmocnienia materiałów utwardzalnych, myśli się, na przykład, o syntetycznych żywicach, betonie i podobnych materiałach. Materiał, z jakiego są wykonane włókna wzmacniające, może być, na przykład, szkłem, kwarcem, węglem lub tworzywem sztucznym. W przyPL 211 207 B1 padku wzmacniania betonu i materiałów betonowych, zaleca się, korzystnie, stosowanie metalowych włókien wzmacniających. W większości przypadków stosuje się pewne rodzaje stali o wysokiej wy₂ trzymałości na rozciąganie, np. pomiędzy 500 a 3000 N/mm².

Włókna te mogą być prostoliniowe, co stanowi tanie i proste rozwiązanie włókien wzmacniających. Korzystnie, włókna wzmacniające mają kształt, który utrudnia im wyślizgiwanie się z utwardzonego materiału pod działaniem obciążenia rozciągającego. Dlatego włókna te są, na przykład, pofałdowane albo też mają zmienną powierzchnię przekroju wzdłuż swojej długości. Na fig. 1 włókna wzmacniające mają końce haczykowe. Przy takim kształcie, włókna muszą być całkowicie zniekształcone zanim można je wyciągnąć z betonu lub innego używanego materiału.

Stosunek długości do średnicy w stosowanych włóknach wzmacniających wynosi, ze względów praktycznych i ekonomicznych, w większości pomiędzy 10 a 200, a korzystnie wynosi co najmniej 40. W przypadku włókien różnych od prostoliniowych, długość jest prostoliniową odległością pomiędzy końcami włókna, natomiast w przypadku włókien o średnicy zmiennej wzdłuż długości, średnicę tę określa się jako przeciętną (uśrednioną) średnicę na całej długości.

Wiązka 1 włókien wzmacniających może składać się ze zmiennej liczby włókien wzmacniających, np. od 10 do 2000, w zależności od pożądanego kształtu wiązki włókien wzmacniających i właściwości używanych włókien wzmacniających 2. W celu utrzymywania włókien wzmacniających 2 razem do czasu nałożenia na nie substancji spajającej 5, wiązka 1 włókien wzmacniających może być zaopatrzona w tymczasowe środki spajające, takie jak elementy elastyczne, nić, itp., albo wiązka jest zaciskana za pomocą zacisku, szczypiec, szczęk albo innego urządzenia mechanicznego. Korzystnie, używane tymczasowe środki spajające są tak skonstruowane, że mogą pozostawać w swoim miejscu wokół wiązki od chwili związania do zastosowania i, w razie potrzeby, utwardzenia substancji, która ma być nałożona później.

Następnie tymczasowe środki spajające można usunąć. W pewnych sytuacjach, np. w przypadku stosowania nici lub elementu elastycznego, tymczasowy środek spajający może pozostać na miejscu. Proces mieszania jest często tak intensywny, że środki spajające są całkowicie niszczone mechanicznie. Korzystnie, te komplementarne środki spajające są obojętne względem materiału utwardzalnego. Istnieje, na przykład, możliwość stosowania nici wykonanej z tego samego materiału co włókna wzmacniające, w której to sytuacji średnica nici jest mniejsza lub w nici wykonano osłabione miejsce, tak, żeby umożliwić nici pęknięcie podczas procesu mieszania wiązki włókien wzmacniających z materiałem utwardzalnym oraz umożliwić włóknom wzmacniającym uwolnienie się z wiązki włókien wzmacniających.

Korzystnie, dodatkowe środki spajające wybiera się w taki sposób, żeby włókna wzmacniające 2 wiązki 1 włókien wzmacniających były trzymane razem pod obciążeniem rozciągającym. Istnieje, na przykład możliwość użycia w roli dodatkowego środka spajającego naprężonego elementu elastycznego albo naprężonej nici metalowej. Po wymieszaniu z materiałem utwardzalnym i rozdrobnieniu substancji spajającej 5, rozmieszczenie włókien wzmacniających 2 w materiale utwardzalnym będzie łatwiejsze.

Kształt wiązki włókien wzmacniających na fig. 1 w przybliżeniu odpowiada kształtowi cylindrycznemu. Stosunek długości do średnicy wiązki włókien wzmacniających wynosi w przybliżeniu 1. W przypadku takiego kształtu, wiązki włókien wzmacniających przypominają kamienie albo duże agregaty, a tym samym wykazują niewielką skłonność do sklejania się w silosach magazynowych. Pod pojęciem sklejania się należy rozumieć splatanie się wiązek w silosie magazynowym w taki sposób, że uniemożliwia to wylewanie zawartości z silosa: w ten sposób, znajdujące się na dnie niewylane wiązki włókien tworzą skupienia sięgające od jednej (strony) ściany silosa magazynowego do drugiej. Pomimo, że zaleca się wartość stosunku długości wiązki włókien wzmacniających do średnicy wynoszącą około 1, to można również stosować wartości z przedziału 0,2 do 5.

Wymiary wiązki 1 włókien wzmacniających wynikają w dużym stopniu z używanych włókien wzmacniających 2. Długość tych włókien wynosi w większości wypadków od 0,25 do 10 cm, chociaż można sobie również wyobrazić inne wymiary. Średnica przekroju poprzecznego wiązki włókien wzmacniających wynosi, korzystnie, od 0,25 do 10 cm, przy czym możliwe są również inne wartości.

Na fig. 2 pokazano wiązkę 1 włókien wzmacniających, w której końce 3 włókien wzmacniających 2 są złączone w każdym wypadku za pomocą warstwy substancji spajającej 5.

Na fig. 3 pokazano szczegół z fig. 2, na którym końce 3 włókien wzmacniających 2 są pokryte substancją spajającą 5. W substancji spajającej 5 znajdują się zintegrowane bardzo drobne polipropylenowe pomocnicze włókna wzmacniające 6. Grubość warstwy substancji spajającej 5 jest w przybliżeniu tak duża jak długość haczykowego końca 3.

PL 211 207 B1

Istnieje możliwość pokrycia boków zamiast końców 3 włókien, ale zaleca się pokrywanie końców, ponieważ w ten sposób możliwe jest skuteczne unikanie splątywania się większości haczykowych końców 3 włókien wzmacniających 2 w różnych wiązkach włókien wzmacniających 1, a tym samym występowania sklejania w silosach magazynowych do składowania wiązek włókien wzmacniających.

Substancja spajająca 5 jest obojętna względem materiału utwardzalnego w celu uniknięcia możliwości negatywnego wpływu na właściwości materiału. Korzystnie, materiał substancji spajającej jest w przybliżeniu taki jak materiał utwardzalny, np. jest to beton. W wyniku tego zapewnia się brak albo praktyczny brak wpływu na właściwości gotowego wzmocnionego utwardzonego materiału. Możliwe są również inne substancje spajające, takie jak kilka mas ceramicznych.

Ewentualną kruchość substancji spajającej 5 lub jej wytrzymałość na pękanie pod wpływem obciążeń (mechanicznych) można, między innymi, zadawać wybierając odpowiednie proporcje środka wiążącego, piasku i podobnych materiałów. Czasami wymagana wytrzymałość jest niewystarczająca dla zapewnienia dobrych właściwości transportowych, dobrej zdolności do manipulowania, itp.

W takiej sytuacji substancję spajającą można z kolei mieszać z pomocniczymi włóknami wzmacniającymi 6. Na przykład, możliwe jest wbudowanie włókien polipropylenowych lub szklanych o średnicy od 0 do 100 mikrometrów w substancję spajającą. Dodając takie włókna uzyskuje się zwiększenie wytrzymałości substancji spajającej na rozciąganie i ogólnej wytrzymałości na pękanie pod obciążeniami mechanicznymi. Tak więc, wiązki 1 włókien wzmacniających pozostają nienaruszone podczas transportu, magazynowania, itp., bez konieczności podejmowania specjalnych środków. Pomocnicze włókna wzmacniające 6 mogą przyczyniać się do polepszenia właściwości materiału utwardzalnego.

Substancję spajającą 5 nakłada się na obie strony włókien wzmacniających 2 w wiązce 1 włókien wzmacniających z fig. 2 i 3. Istnieje również możliwość otaczania a nawet impregnowania całej wiązki 1 włókien wzmacniających substancją spajającą 5 albo pokrywania substancją spajającą 5 tylko jednego końca wiązki 1 włókien. Trzeba jednak wspomnieć, że nie zaleca się takiego rozwiązania. Należy albo użyć nadmiaru substancji spajającej, w wyniku czego zwiększa się wytrzymałość mechaniczną wiązki 1 włókien wzmacniających w taki sposób, że zwiększa się nadmiernie okres, podczas którego musi ona oddzielić się w trakcie procesu mieszania z materiałem utwardzalnym, albo następuje uwolnienie końców 3 z jednej strony włókien wzmacniających 2, w wyniku czego końce włókien wzmacniających w wiązkach 1 włókien wzmacniających mogą się splatać, a tym samym sklejać wiązki 1 włókien wzmacniających.

Substancję spajającą można nanosić techniką smarowania, natryskiwania, malowania pędzlem, zanurzania w wymaganej ilości, itp. Ponadto wiązkę 1 włókien wzmacniających można zanurzać lub wpychać w zasobnik z substancją spajającą 5 do pożądanej głębokości impregnacji. Po nałożeniu substancji spajającej można ją utwardzić, w razie potrzeby, susząc na powietrzu, obrabiając termicznie, stosując kombinację obu technik albo w dowolny inny sposób.

Na fig. 4a-c przedstawiono sposób mieszania wiązek włókien wzmacniających według wynalazku z materiałem utwardzalnym w zasobniku.

Na fig. 4a wiązki 1 włókien wzmacniających znajdują się w zasobniku magazynującym 7 z zatykanym otworem 8 w jego stronie dennej, który to otwór można otwierać za pomocą ruchomej zasuwy 9. Pod otworem 8 znajduje się zasobnik 10, w którym jest materiał utwardzalny 11. Zasuwa 9 jest otwierana i wiązki 1 włókien wzmacniających wylewają się z zasobnika magazynowego 7 w materiale utwardzalnym 11.

Wiązek 1 włókien wzmacniających nie zawsze dodaje się bezpośrednio do materiału utwardzalnego 11, jak pokazano na fig. 4a. Istnieje również możliwość najpierw magazynowania składników materiału utwardzalnego w oddzielnych silosach magazynowych oraz posiadanie dokładnych ilości składników w zasobniku 10. Istnieje również możliwość przemieszczania wiązek 1 włókien wzmacniających z silosów magazynowych za pomocą taśmy przenośnikowej do zasobnika 10. W takiej sytuacji zaleca się unikania sklejania wiązek 1 włókien wzmacniających w danym silosie magazynowym.

Na fig. 4b wiązki 1 włókien wzmacniających są już lekko rozprowadzone w materiale utwardzalnym 11 za pomocą środków mieszających (niepokazanych). Na figurze tej pokazano również zmniejszone wiązki 12 włókien oraz luźne włókna wzmacniające 2. Resztki 13 substancji spajającej przywierają do niektórych luźnych włókien wzmacniających 2, ponieważ luźne resztki 13 substancji spajającej są również rozproszone w materiale utwardzalnym.

Na fig. 4c wszystkie włókna wzmacniające 2 są oddzielone, natomiast resztki 1 substancji spajającej są rozproszone w całym materiale utwardzalnym. Po utwardzeniu materiału utwardzalnego 11 resztki te tworzą tylko granulki, które są wprowadzane w materiał, natomiast, jeżeli substancja spajaPL 211 207 B1 jąca 5 i materiał utwardzalny 11 mają w przybliżeniu zgodne własności chemiczne, to po utwardzeniu materiału utwardzalnego pozostaje tylko jednorodny materiał z włóknami wzmacniającymi, w którym to jednorodnym materiale można znaleźć wszelkie resztki substancji spajającej.

Na fig. 5 pokazano kilka przykładów włókien wzmacniających z haczykowymi końcami. Jak już wspomniano, przykłady te obejmują również końce zniekształcone. Na figurze tej pokazano, od lewej do prawej: pierwszy haczykowy koniec, drugi haczykowy koniec, koniec spłaszczony, koniec wężykowaty oraz koniec główkowy.

Takie końce dają znakomite właściwości, zwiększając wytrzymałość na rozciąganie utwardzonego materiału utwardzalnego. Istnieje również możliwość, że włókna te mają jeden lub dwa haczykowe końce.

P r z y k ł a d

Przeprowadzono doświadczenia stosując w nich następującą substancję spajającą, zawierającą

86,52% wagowych cementu, 4,02% wagowych polialkoholu winylowego, 9,38% wagowych wody,

0,08% wagowych włókien polipropylenowych.

Ta substancja przywierająca daje znakomite właściwości wiązek włókien. Ogólnie, nie pęka ona w trakcie transportu, kiedy działają na nią wstrząsy, albo nawet podczas upadku. Ponadto, podczas mieszania z materiałem utwardzalnym, poszczególne włókna skutecznie i niezawodnie uwalniają się.

Claims (16)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wiązka włókien wzmacniających, w skład której wchodzi szereg, w przybliżeniu równoległych włókien wzmacniających do wzmacniania materiału utwardzalnego, które to włókna wzmacniające są złączone co najmniej na swoich końcach za pomocą substancji spajającej, która traci swoją kohezję pod działaniem sił mechanicznych podczas mieszania wiązek włókien wzmacniających z co najmniej materiałem utwardzalnym, przy czym substancja spajająca zawiera materiał, który jest, korzystnie, obojętny w stosunku do nieutwardzonego materiału utwardzalnego oraz substancja spajająca zawiera materiał utwardzalny, znamienna tym, że substancja spajająca (5) w zasadzie zawiera zaprawę, beton, gips, cement lub ich mieszaninę.
2. 2. Wiązka włókien wzmacniających według zastrz. 1, znamienna tym, że substancja spajająca (5) zawiera pomocnicze włókna wzmacniające (6).
3. 3. Wiązka włókien wzmacniających według zastrz. 2, znamienna tym, że w skład pomocniczych włókien wzmacniających (6) wchodzą włókna szklane i/lub włókna polipropylenowe o średnicy maksymalnie 100 mikrometrów.
4. 4. Wiązka włókien wzmacniających według zastrz. 1-3, znamienna tym, że stosunek długości do średnicy wiązki (1) włókien wzmacniających wynosi od co najmniej 0,2 do maksymalnie 5.
5. 5. Wiązka włókien wzmacniających według zastrz. 1-4, znamienna tym, że stosunek długości do średnicy wiązki (1) włókien wzmacniających wynosi od co najmniej 0,5 do maksymalnie 1,5.
6. 6. Wiązka włókien wzmacniających według zastrz. 1-5, znamienna tym, że wiązka (1) włókien wzmacniających jest w przybliżeniu cylindryczna.
7. 7. Wiązka włókien wzmacniających według zastrz. 1-6, znamienna tym, że stosunek długości do średnicy włókien wzmacniających (2) wynosi co najmniej 40.
8. 8. Wiązka włókien wzmacniających według zastrz. 1-7, znamienna tym, że włókna wzmacnia22 jące (2) są wykonane ze stali o wytrzymałości na rozciąganie od 500 N/mm do 3000 N/mm .
9. 9. Wiązka włókien wzmacniających według zastrz. 1-8, znamienna tym, że końce (3) włókien wzmacniających (2) są haczykowe.
10. 10. Wiązka włókien wzmacniających według zastrz. 1-9, znamienna tym, że wiązka (1) ma powierzchnie końcowe, które są korzystnie równomiernie pokryte substancją spajającą (5).
11. 11. Wiązka włókien wzmacniających według zastrz. 9 albo 10, znamienna tym, że tylko haczykowe końce (3) włókien wzmacniających (2) znajdują się w substancji spajającej (5).
12. 12. Sposób łączenia włókien wzmacniających w wiązki włókien wzmacniających w celu wzmocnienia materiału utwardzalnego, w którym włókna wzmacniające łączy się w wiązki w położeniu w przybliżeniu równoległym, przy czym łączy się co najmniej końce włókien wzmacniających, przy czym włókna wzmacniające łączy się za pomocą substancji spajającej nakładanej co najmniej na końce wiązki włókien wzmacniających, która to substancja spajająca jest, korzystnie, obojętna względem nieutwardzonego materiału utwardzalnego i która to substancja traci swoją kohezję pod wpływem sił mechanicznych podczas procesu mieszania wiązek włókien wzmacniających z co najmniej materiałem

    PL 211 207 B1 utwardzalnym, znamienny tym, że stosuje się substancję spajającą (5), która zawiera materiał utwardzalny (11), a korzystnie zawiera zaprawę, beton, gips, cement względnie ich mieszaninę.
13. 13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że nanosi się utwardzającą substancję spajającą (5), którą poddaje się utwardzaniu.
14. 14. Sposób według zastrz. 12 albo 13, znamienny tym, że w zasadzie równoległe wiązanie włókien wzmacniających (2) prowadzi się pod naprężeniem.
15. 15. Sposób według zastrz. 12-14, znamienny tym, że stosuje się substancję spajającą (5) zawierającą pomocnicze włókna wzmacniające (6).
16. 16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że w skład pomocniczych włókien wzmacniających (6) wchodzą włókna szklane i/lub włókna polipropylenowe o średnicy maksymalnie 100 mikrometrów.

    Rysunki