一种低摩擦与高导热缓粘结预应力筋及制作方法与流程

本发明涉及建筑结构预应力材料，具体为一种低摩擦与高导热缓粘结预应力筋及制作方法。

背景技术：

1、缓粘结预应力筋在施工张拉阶段具备类似于无粘结预应力筋的滑动特性，在完成张拉后，其内部的缓粘结剂经过特定条件激发发生交联固化，从而达到有粘结预应力筋的结构受力状态。随着现代建筑工程向大跨度、复杂空间曲线布筋等方向发展，预应力筋在孔道内的摩擦阻力问题日益凸显。缓粘结预应力筋相较于无粘结预应力筋的摩擦系数过大，导致预应力材料用量的增加，因此实现缓粘结预应力筋的超低摩擦界面是工程迫切要求。与此同时，缓粘结体系的交联固化高度依赖于热力学条件的激发。在实际工程面临高寒地区、冬季施工或大体积混凝土厚保护层等极端工况时，外部环境温度或内部水化热向预应力筋内部的传递极其缓慢且不均匀。这种温度梯度会导致整根预应力筋上的缓粘结剂发生固化不同步、交联度不均匀的严重缺陷，直接威胁结构长期的受力安全性，因此必须赋予缓粘结材料高导热性能，使其能够快速响应环境温度、消除内部温度梯度的影响。

2、在现有技术框架下，实现高导热与保持低摩阻存在着难以调和的内在材料学与工艺学矛盾。为了达到快速响应温度的导热率，必须在树脂基体中填充大量的无机导热粉体，这种高固含量的填充率会彻底破坏体系原有的润滑物理状态。在预应力筋张拉滑移时，大量常规形态的单一填料颗粒之间发生严重的机械咬合与大面积滑动摩擦，使张拉摩擦阻力剧增，完全丧失了低摩阻减损的初衷。

3、在材料复合阶段，常规的常压机械搅拌无法克服微观毛细管阻力，大量空气滞留于粉体团聚体内部导致树脂难以充分浸润、流平性严重恶化；若为了强制分散而采用高强度机械剪切，又会直接破坏具有特定几何构型（如层状结晶结构）的导热填料，进而切断复合材料内部的热传导网络，使导热性能大幅衰减。在连续挤包生产阶段，预应力筋外层高密度聚乙烯保护套需经历高温熔体挤出成型。由于现有生产线中挤出机模口至冷却水槽间存在长度的自然冷却段，聚乙烯熔体携带的大量显热持续向内部的缓粘结层发生径向传导。这种不受控的热量累积极易突破缓粘结剂中潜伏型固化剂的活化阈值，引发界面表层早凝结皮。该局部提前交联现象彻底破坏了体系在施工张拉前必须维持的液态物理属性，导致张拉摩擦阻力成倍增加甚至引发预应力筋卡死。综上可见，现有的配方与工艺缺陷导致预应力筋无法在具备快速导热同步固化能力的同时维持所需的低摩擦滑动特性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种低摩擦与高导热缓粘结预应力筋及制作方法，可降低现有缓粘结预应力筋在张拉时的摩阻损失，同时解决因加入大量导热填料而引发的颗粒机械咬合导致摩擦力剧增、高固含体系难以浸润分散，以及高温挤包易引发界面早凝结皮，从而无法兼顾高导热与低摩擦特性的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明第一方面提供一种低摩擦与高导热缓粘结预应力筋，所述低摩擦与高导热缓粘结预应力筋包括中心筋束、包覆在所述中心筋束外部的高密度聚乙烯保护套，以及填充在所述中心筋束与所述高密度聚乙烯保护套之间空隙中的缓粘结层。

4、所述缓粘结层由温控高导热低摩擦缓粘结剂组成，所述温控高导热低摩擦缓粘结剂按质量份数计，包括以下组分：

5、液态双酚a型环氧树脂：100份；热塑性苯氧树脂：12-25份；双氰胺：5-10份；取代脲类促进剂：1.5-4.0份；三元协同填料体系，占所述温控高导热低摩擦缓粘结剂总体积的35%-50%；钛酸酯偶联剂：占所述三元协同填料体系总质量的0.8%-1.5%；非离子型eo-po聚醚嵌段共聚物：占所述三元协同填料体系总质量的0.8%-1.8%。

6、所述三元协同填料体系按质量百分比计包括：平均粒径为12-18μm的层状六方氮化硼50%-65%、平均粒径为0.3-0.8μm的球形氧化铝20%-30%、平均粒径为1.5-3.0μm的二硫化钼10%-20%。所述取代脲类促进剂选自3-（4-氯苯基）-1,1-二甲基脲、3-（3,4-二氯苯基）-1,1-二甲基脲或3-（3-氯-4-甲基苯基）-1,1-二甲基脲中的至少一种。所述钛酸酯偶联剂选自异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯或异丙基三（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯。所述非离子型eo-po聚醚嵌段共聚物中，聚环氧丙烷疏水链段与聚环氧乙烷亲水链段对应的聚合单体摩尔比为2.5:1至3.5:1。

7、各组分及参数的物理化学作用机理如下：

8、液态双酚a型环氧树脂与热塑性苯氧树脂组合，在特定高温下促使热塑性苯氧树脂的大分子链段舒展，与环氧树脂形成半互穿聚合物网络结构。该结构在常温状态下表现出剪切变稀的流变学特性，提供预应力筋张拉阶段所需的液态滑动条件。三元协同填料体系通过空间几何尺寸的级配设计实现物理性能的叠加与互补。

9、平均粒径为12-18μm的层状六方氮化硼在体系中构建连续的导热网络骨架。平均粒径为0.3-0.8μm的球形氧化铝，其粒径尺度小于六方氮化硼的层间物理间隙，能够进入层状骨架的间隙中。在流变过程中，球形氧化铝将面与面滑动摩擦转化为点与面滚动摩擦，降低高填充量下体系的表观粘度与机械摩擦系数，并在六方氮化硼片层间形成导热通路。平均粒径为1.5-3.0μm的二硫化钼作为界面减摩材料，进一步降低固液界面间的相对运动阻力。非离子型eo-po聚醚嵌段共聚物通过其特定摩尔比的亲水与疏水链段结构，降低高粘度液态树脂体系的动态表面张力，减小树脂基体浸润无机粉体时的毛细管阻力。

10、本发明第二方面提供一种低摩擦与高导热缓粘结预应力筋的制作方法。

11、该制作方法包括以下步骤：

12、步骤一、在反应釜中将液态双酚a型环氧树脂加热至145-165℃，缓慢加入热塑性苯氧树脂，控制搅拌转速为200-300rpm，持续搅拌1.5-2.5小时，至固体粉末完全溶解形成均相透明液体。

13、步骤二、将体系降温至55-65℃，依次加入所述钛酸酯偶联剂、所述球形氧化铝和所述二硫化钼，开启高速分散盘在1800-2200rpm转速下连续分散45-75分钟。

14、步骤三、进一步降温至35-45℃，加入所述双氰胺、所述取代脲类促进剂、所述层状六方氮化硼以及所述非离子型eo-po聚醚嵌段共聚物，将搅拌转速切换为40-60rpm。在搅拌过程中连续执行3-6个交变真空与气压循环操作，制得所述温控高导热低摩擦缓粘结剂。

15、40-60rpm的低转速用于避免高剪切应力对层状六方氮化硼片层结构的破坏，同时配合交变真空与气压循环操作实现树脂对填料的充分浸润。

16、每个所述循环依次包括：抽气解吸相：开启真空系统使反应釜内表压降低至-0.095至-0.08mpa，并保压3-8分钟；加压侵入相：关闭真空系统，充入干燥氮气使反应釜内表压升至0.25-0.35mpa，并保压8-15分钟。

17、步骤四、将所述温控高导热低摩擦缓粘结剂涂覆在所述中心筋束表面及内部空隙中形成厚度为1.5-3.5mm的填充层，随后牵引进入挤包机头挤出所述高密度聚乙烯保护套，挤包机头的挤出温度控制在170-210℃范围内。挤出高密度聚乙烯保护套后的预应力筋在空间距离0.2-0.5m内即进入真空冷却定径水槽，水槽内的冷却循环水温度控制在15-25℃，经冷却定径后即得成品。

18、进一步地，在执行步骤三之前，采用以下方法定向合成所述非离子型eo-po聚醚嵌段共聚物：在高压反应釜中以丙二醇为起始剂加入碱性催化剂，抽真空至-0.095至-0.08mpa并经氮气置换后，升温至105-115℃，在0.1-0.3mpa压力下滴加环氧丙烷单体并保温反应生成聚环氧丙烷疏水链段；随后保持釜内温度在110-120℃下，滴加环氧乙烷单体进行保温反应；反应结束后降温并加入冰醋酸中和，加入硅酸镁铝吸附剂脱除催化剂盐类，在90-100℃下真空脱水除气制得。

19、各工艺步骤的物理化学作用机理如下：

20、步骤一中的145-165℃温度范围提供了热塑性苯氧树脂粉末溶解及分子链延展所需的热力学条件，使其与环氧树脂形成稳定的高粘度均相流体。

21、步骤二在55-65℃下采用1800-2200rpm的高剪切速率，产生流体力学剪切应力，破坏球形氧化铝和二硫化钼的初始团聚结构，使其形成均匀悬浮的初级浆料。此温度区间低于后续双氰胺固化体系的活化温度。

22、步骤三针对引入半互穿网络和高比例填料导致的高体系初始粘度，采用非离子型eo-po聚醚嵌段共聚物调节动态表面张力，并协同交变真空与气压循环操作。在抽气解吸相（-0.095至-0.08mpa），气压差促使粉体间隙及层状六方氮化硼内部的游离气体脱出；在加压侵入相（0.25-0.35mpa），瞬间建立0.33至0.445mpa的宏观流体力学压差，驱动含有0.3-0.8μm球形氧化铝的低表面张力树脂相进入层状大粒径填料的物理间隙。该交变压差流体浸润过程使得体系在40-60rpm的低剪切力条件下达到致密化均相混合状态，避免了高剪切应力对六方氮化硼层状结晶几何结构的机械破坏。

23、步骤四中，通过将挤包机头与真空冷却定径水槽的物理空间距离限制在0.2-0.5m，配合15-25℃的循环水介质，使170-210℃挤出的高温保护套在极短时间及空间跨度内完成相变降温。该淬冷过程阻断了向内部缓粘结层的热传导累积，防止缓粘结剂层界面温度达到双氰胺固化活化阈值，维持组合物的未交联液态属性。

24、本发明提供了一种低摩擦与高导热缓粘结预应力筋及制作方法。具备以下有益效果：

25、1、本发明通过构建由大粒径层状六方氮化硼、小粒径超细球形氧化铝以及二硫化钼组成的三元协同填料体系，解决了高填充量导热体系中机械摩擦力大的技术问题。在具体的空间几何配合下，小尺度的球形氧化铝进入大尺度层状六方氮化硼的物理间隙中，将面与面滑动摩擦转化为点与面滚动摩擦，叠加二硫化钼的界面物理减摩作用，降低了预应力筋张拉阶段的机械摩擦系数；同时，分散于层状间隙中的球形氧化铝构建了相连通的物理接触点，形成了高导热网络通路。

26、2、本发明采用交变真空与气压循环操作（抽气解吸与加压侵入交替）协同非离子型eo-po聚醚嵌段共聚物的制备工艺，解决了高粘度流体在低剪切力下难以浸润高固含粉末的技术问题。该步骤通过建立宏观流体力学压差，叠加聚醚嵌段共聚物对树脂体系动态表面张力的降低作用，驱动液态树脂强制进入大粒径层状填料的宏观物理间隙，在低剪切力条件下达到致密化均相混合状态，避免了传统高剪切应力对六方氮化硼层状结晶几何结构的机械破坏。

27、3、本发明通过限定挤包机头与真空冷却定径水槽的物理空间距离，并配合循环冷却水降温，解决了高温挤出高密度聚乙烯保护套时导致内部缓粘结剂表层提前固化交联的技术问题。该物理空间限定与冷却工艺的组合，在极短的时间和空间跨度内实现了聚合物熔体的相变降温，阻断了高温向内部含双氰胺缓粘结剂层的热传导累积过程，使缓粘结剂层界面的最高温度严格控制在双氰胺的固化活化阈值以下，维持了组合物在施工前的未交联液态物理属性。