一种具有螺旋扭增强效应的螺旋扭状材料的制作方法

技术领域

本发明属于结构材料领域，关联土木、建筑结构、机械加工等领域，涉及具有螺旋扭增强效应的螺旋扭状材料及其制作方法。

背景技术

“螺旋扭增强效应”首先是在冷轧扭钢筋的应用中发现的，该种钢筋应用在混凝土中不仅具有奇特的增强锚固性能，用它来代替普通钢筋还可以节省约30％的钢材。为了进一步研究这一效应的普遍存在，并且确定何种截面形状的螺旋扭状钢筋具有最优良的锚固性能，一种具有螺旋扭增强效应的螺旋扭状材料的制作方法在长期的探索研究下应运而生。

螺旋扭增强的现象及应用在日常生活中是很常见的。钉子的表面是光滑的，表面刻上螺纹的螺丝钉，锚固力比光圆的钉子好得多，而新式的铺木地板的专用钉既不是光圆的也不是螺纹的，而是将普通钉子轧扁后再扭转，整体呈螺旋扭状，效果很好。

螺旋扭状材料在混凝土结构中也有应用，几年前出现的冷轧螺旋扭状扭钢筋在混凝土结构中发挥了很好的作用，取得了明显的经济效益。

若将螺旋增强效应加以进一步研究，将有助于有关结构设计的革新，使高效低成本的螺旋增强材料渗透到更多领域，得到广泛应用。但是，现有的机械加工工艺中无法实现不同截面形状螺旋扭状钢筋的生产，这限制了螺旋增强材料的研究。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种螺旋扭状材料的制作方法，该螺旋增强材料可用于进行模拟试验，研究不同截面形状的螺旋扭材料的增强锚固性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种具有螺旋扭增强效应的螺旋扭状材料的制作方法，包括以下步骤：

取有机玻璃条置于干净平整的金属器皿中放入烘箱；

将烘箱内的温度控制在一定的数值；

使所述有机玻璃条的温度接近烘箱内的控制温度；

将所述有机玻璃材料进行扭转；

将经过扭转后的有机玻璃条置于室温下冷却形成螺旋扭状材料。

进一步，在对所述有机玻璃材料进行扭转的步骤中可以控制扭转后螺旋型材料的节距长度。

在将有机玻璃条放入烘箱之前先将其切割成具有所需要的截面形状。

所述的扭转是指沿着有机玻璃条的中轴线进行扭转。

所述烘箱内的温度控制在104℃至113℃之间。

使所述有机玻璃条的温度接近烘箱内的控制温度后，将有机玻璃条从烘箱中取出，然后迅速将有机玻璃条平放在中间开有一条矩形凹槽的硅胶模型内，一端被夹具固定住，另一端被一个能够旋转的夹具夹紧，缓慢旋转此夹具，使有机玻璃条整体均匀扭转。

选用了聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃)作为螺旋扭状材料的成型原料。这是由有机玻璃自身的材料性能所决定的：

首先，有机玻璃具有较高的机械强度，适用于模拟试验。有机玻璃的相对分子质量大约为200万，是长链的高分子化合物，而且形成分子的链很柔软，因此，它的强度比较高，抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7～18倍。一些经过特殊处理的有机玻璃甚至可以用作防弹玻璃，用在军用飞机上的座舱盖上。

其次，有机玻璃易于加工。它不但能用车床进行切削，钻床进行钻孔，而且能用丙酮、氯仿等粘结成各种形状的器具，也能用吹塑、注射、挤出等塑料成型的方法加工成大到飞机座舱盖，小到假牙和牙托等形形色色的制品。

在常压下，有机玻璃的热变性温度约为96℃，玻璃化温度约为104℃，维卡软化点温度约为113℃，流动温度约为160℃，分解温度约为270℃。有机玻璃板经过数控切割机可以切成不同截面形状的有机玻璃条：正方形截面、矩形截面、三角形截面。取有机玻璃条置于干净平整的金属器皿中放入烘箱。将烘箱调至适当的温度，这样在没有外力的情况下有机玻璃条能保持它原有的形状，在施加扭转外力的情况下，有机玻璃便可以成型成螺旋扭状材料。在烘箱中加热一定时间后，保证有机玻璃条的温度接近烘箱控制温度。用适当的工具和方法对有机玻璃材料进行扭转。由于扭转应力会随着有机玻璃条两端向中间均匀扩散，有机玻璃条整体出现了均匀扭转的情况。根据试验要求的不同，可以控制扭转后螺旋型材料的节距长度。经过扭转后的有机玻璃条放在室温下冷却便形成了螺旋扭有机玻璃材料。

针对现有的机械加工工艺中无法实现不同截面形状螺旋扭状钢筋生产的情况，本发明采用以上方法有效实现了不同截面形状螺旋扭材料的成型，为实现实验室模拟研究的目的创造了良好的条件。