本發(fā)明總體上涉及用在土木工程中的增強型聚合物桿的制造領域。在附加實施例中,本發(fā)明涉及一種用在土木工程領域中的、包含玻璃纖維和用石墨烯納米片增強的樹脂的聚合物桿的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù):
1、本領域中已知用于增強結(jié)構(gòu)、特別是用在土木工程領域中的不同類型的聚合物桿。特別是,由纖維生產(chǎn)并且涂覆有熱固性樹脂(諸如聚酯、乙烯基酯和環(huán)氧樹脂)的聚合物支撐桿等長結(jié)構(gòu),已被本領域技術(shù)人員所熟知并廣泛使用。
2、一般來說,纖維增強聚合物(frp)由諸如聚酯、乙烯基酯和環(huán)氧樹脂之類的結(jié)構(gòu)樹脂生產(chǎn),這些frp覆蓋相對于其長度而言橫截面較小的、柔性、連續(xù)的固體增強纖維。玻璃纖維是由熔融無機玻璃而獲得的;玄武巖纖維是通過熔化玄武巖而獲得的;碳纖維是通過熱解有機前驅(qū)體纖維而生成的,至少含有90%質(zhì)量的碳;并且芳綸纖維由線性纖維形成的聚酰胺而生成,其中,至少85%的酰胺基團與兩個芳香環(huán)直接連接。
3、這些產(chǎn)品的使用有幾項管控標準,以下是與這項技術(shù)特別相關的標準:
4、iso?14406-1:2015;
5、aci?440.1r-15-歐盟;
6、ashto?lfrp2009-歐盟;
7、gost?31938-2012-俄羅斯;
8、can/csa?-s806-02-加拿大;
9、cnr-dt-意大利;
10、技術(shù)委員會ct?303-ibracon-abece-gt?03-非常規(guī)材料制成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)-巴西。
11、在現(xiàn)有技術(shù)中找到了幾種由樹脂和玻璃纖維生產(chǎn)的聚合物桿,下面將引用這些聚合物桿來界定現(xiàn)有技術(shù)。
12、2021年11月30日提交的標題為“氧化鈰-氧化石墨烯改性gfrp(玻璃纖維增強聚合物)筋及其制備方法”的中國專利申請cn113969042描述了一種包含高硅氧玻璃纖維的玻璃纖維增強聚合物,其中,多個玻璃纖維單元被涂覆并且浸漬有其成分中含有氧化鈰和氧化石墨烯的乙烯基樹脂。
13、2016年12月29日提交的標題為“玻璃纖維和石墨烯雜化填料填充聚丙烯復合材料及其制備方法”的中國專利申請cn108250561公開了一種由涂覆有聚丙烯基復合材料的玻璃纖維和石墨烯雜化填料制造的材料及其生產(chǎn)方法,其中,該復合材料的成分在以下范圍內(nèi)變化:45-85份聚丙烯,10-50份玻璃纖維和0.0001-1份石墨烯。
14、2016年4月5日提交的標題為“石墨烯改性的玻璃纖維增強復合材料的制備方法”的中國專利申請cn105670329公開了一種石墨烯改性的玻璃纖維增強復合材料。所述制備方法包括以下步驟:將石墨烯用濃酸預處理,并且加入硅烷偶聯(lián)劑進行改性;將改性后的石墨烯與聚乙烯蠟混合,將混合物加入到液態(tài)樹脂中混合均勻,將混合物真空導入到玻璃纖維填充的模具中,并且固化得到石墨烯改性的玻璃纖維增強樹脂基復合材料。
15、盡管玻璃纖維增強聚合物桿的幾種成分在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的,但對于在越來越苛刻的增強結(jié)構(gòu)中的應用,仍不斷需要能夠承受更大應力的新材料。
16、因此,本發(fā)明人得出以下結(jié)論:與現(xiàn)有技術(shù)中已知的材料相比,制造出一種由玻璃纖維增強并且含有與石墨烯納米片混合的樹脂的聚合物桿將獲得更好的抗性和經(jīng)濟優(yōu)勢。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明旨在提供一種復合聚合物桿,其由石墨烯納米片增強的樹脂和玻璃纖維制成。在具體實施例中,所使用的樹脂為聚酯樹脂。在附加實施例中,必要時可以使用固化促進劑和填料。
2、在附加實施例中,提供了一種用于通過拉擠成型工藝制造含有玻璃纖維和用納米片(更具體地說,石墨烯納米片)增強的樹脂的聚合物桿的方法,該拉擠成型工藝是使用樹脂(含有或不含填料和/或添加劑)以及諸如玻璃纖維之類的柔性增強材料的連續(xù)制造工藝。
3、更優(yōu)選地,本發(fā)明中使用的增強材料基于玻璃纖維,并且被分為“紗束”和氈。如本領域技術(shù)人員通常所知悉的,“紗束”就像具有數(shù)百根非常細的平行玻璃絲的電纜,這些玻璃絲負責拉擠型材的抗拉強度(縱向強度)。
4、在附加實施例中,所述玻璃纖維為e型(e-玻璃)。e型纖維由si、al、b、ca和mg的氧化物(硼硅酸鈣氧化鋁)的混合物獲得,并且由于其與芳綸和碳的成本相比成本較低,通常用作熱塑性塑料的增強材料,從而使所形成材料的性能(諸如抗沖擊性和剛度)得到改進。
5、正如本領域技術(shù)人員所熟知的,所使用的樹脂類型決定了耐腐蝕性、阻燃性、最高工作溫度等性能,并且顯著有利于零件的某些機械強度特性(諸如抗沖擊性和疲勞性)。幾種熱固性樹脂可通過拉擠成型加工,每種樹脂都具有其自己的耐化學性特性。在本發(fā)明的具體實施例中,使用了聚酯基樹脂。在其他實施例中,聚酯基樹脂為間苯二甲酸樹脂,在優(yōu)選實施例中,用石墨烯納米片(npg)增強間苯二甲酸樹脂。
6、熱固性液體樹脂的固化或凝固機理涉及自由基、陽離子或混雜聚合機理,通過提供適當形式的能量(諸如熱、光或電位)來形成高度交聯(lián)的聚合物結(jié)構(gòu)。
7、技術(shù)問題
8、盡管許多技術(shù)(諸如以上針對現(xiàn)有技術(shù)所述的技術(shù))提供了用玻璃纖維增強聚合物型材的解決方案,但仍然需要高質(zhì)量和低制造成本的型材。在技術(shù)領域中通常使用高附加值的樹脂,諸如環(huán)氧樹脂。因此,本發(fā)明的目標是提供包含玻璃纖維和用石墨烯納米片增強的樹脂的新型材,這些新型材的生產(chǎn)成本低于現(xiàn)有技術(shù)中已知的材料,并且具有用于工業(yè)(例如,用于民用工業(yè))中的令人滿意的機械性能。
9、發(fā)明優(yōu)點
10、與現(xiàn)有技術(shù)中可獲得的玻璃纖維增強的聚合物型材相比,本發(fā)明的優(yōu)點在于,相對于更高成本的樹脂(例如,環(huán)氧樹脂或乙烯基酯樹脂),使用用石墨烯納米片增強的、更低成本的樹脂(諸如聚酯樹脂)實現(xiàn)了相似或改進的質(zhì)量。在另選實施例中,為了說明的目的,在示例中還提出了包含環(huán)氧樹脂和石墨烯納米片的制劑。在聚酯/環(huán)氧樹脂中添加石墨烯納米片的情況下,獲得的產(chǎn)品在質(zhì)量上與市場上已知的產(chǎn)品相同或比其更好,但在成本上更具競爭力。抗拉強度、彈性模量和熱固性塑料固有的特性(諸如耐久性、不氧化性、不導電性和不導電磁性)也獲得了令人滿意的結(jié)果,如將貫穿本文所示的。
11、發(fā)明人驚訝地發(fā)現(xiàn),在浸漬增強纖維(諸如玻璃纖維)的聚酯樹脂中添加分散在溶劑(諸如n-甲基吡咯烷酮)中的石墨烯納米片,獲得了與所需相似(抗拉強度)甚至更高(彈性模量)的機械性能,因此本發(fā)明的所述增強聚合物桿可用于要求極高的裝置(諸如用于土木工程的裝置)中。正如本領域技術(shù)人員將理解的,如果納米片在樹脂中的分散效果令人滿意,則在使用其他聚合物樹脂(諸如環(huán)氧樹脂)時可以驗證出相同的效果。
12、本發(fā)明的另一個優(yōu)點是能夠提供增強聚合物桿來替代市場上可獲得的各種應用中的鋼筋,諸如ca?50和ca?60,除了制造成本外,還顯示出以下主要優(yōu)點,即能夠建造出更輕的結(jié)構(gòu)。
1.一種聚合物桿的生產(chǎn)方法,包括:用聚合物組合物涂覆多個長纖維,所述聚合物組合物包含選自聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂的至少一種樹脂;以及至少一種增強填料;其中,所述方法的特征在于包括以下步驟:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述石墨烯納米片的大小在6nm至8nm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述石墨烯納米片分散在溶劑中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,包含所述石墨烯納米片的所述溶劑為n-甲基吡咯烷酮。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法,其特征在于,所述聚酯樹脂是含新戊二醇(npg)的間苯二甲酸樹脂。
6.一種聚合物桿,包括:玻璃纖維,所述玻璃纖維浸漬有包含樹脂和至少增強填料的組合物,其特征在于,所述樹脂選自聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂;所述樹脂組合物包含石墨烯納米片,相對于包含所述樹脂的所述組合物的重量,所述石墨烯納米片的量按重量計為0.01%至0.1%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚合物桿,其特征在于,基于重量,所述多個玻璃纖維與所述樹脂和石墨烯納米片組合物的比約為75:25至85:15。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚合物桿,其特征在于,所述納米片的平均尺寸為6nm至8nm。
9.通過如權(quán)利要求1所述的方法獲得的聚合物桿。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的聚合物桿,其特征在于,所述聚合物桿具有大于800mpa的抗拉強度和大于50gpa的彈性模量。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的聚合物桿,其特征在于,所述聚合物桿用在建筑物或土木工程中。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的聚合物桿,其特征在于,所述聚合物桿是通過拉擠成型工藝生產(chǎn)的。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至12中任一項所述的聚合物桿,其特征在于,所述樹脂為聚酯樹脂。
14.根據(jù)權(quán)利要求6至12中任一項所述的聚合物桿,其特征在于,所述樹脂為環(huán)氧樹脂。