碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材及其製備方法
2023-12-06 05:54:11 1
專利名稱：碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材及其製備方法
技術領域：
本發明屬於土木、水利水電和交通工程等結構工程技術領域，涉及一種增強混凝土結構的筋材改性，尤其涉及一種碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材及其製備方法。
背景技術：
由於施工簡單、價格低、抗壓強度高使得鋼筋混凝土成為工程中最為廣泛的結構形式。但鋼筋鏽蝕對鋼筋混凝土的耐久性產生嚴重的影響。為解決鋼筋混凝土中鋼筋鏽蝕的問題，國內外學者提出許多研究對策與措施，利用纖維複合材料(FPR)筋替代普通鋼筋和預應力鋼筋被認為是比較行之有效的方法，玻璃纖維增強複合材料(GFRP)筋是一種由樹脂和玻璃纖維複合組成的新型複合材料，由於玻璃纖維複合材料(GFRP)筋與普通鋼筋相比具有抗拉強度高、抗腐蝕性能良好、密度小、膨脹係數與混凝土基本保持一致以及非磁 性或非電性等優點得到廣泛的研究應用。然而，GFRP筋較低的彈性模量和剪切強度嚴重阻礙了其在混凝土結構工程中的應用。
發明內容
為解決已有技術所存在的上述問題，本發明的目的是提供一種碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材，提高GFRP筋材的彈性模量和剪切強度。本發明的另一個目的是提供一種碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材的製備方法。為了實現上述的目的，本發明採用以下技術方案碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材，是由70-80%連續玻璃纖維與20-30%改性樹脂基體材料膠合形成；所述的改性樹脂基體材料是碳納米管改性的樹脂；所述的樹脂是環氧樹脂或者氨基甲酸酯改性的乙烯基酯樹脂。改性樹脂基體材料的技術已經成熟，是將碳納米管材料分散於樹脂基體材料中，在界面上形成遠大於範德華的作用力，形成非常理想的界面，並由於碳納米管本身的柔韌性，在複合材料被破壞時能夠吸收能量，對微裂紋的進一步擴大或延伸起到約束或閉合的作用，進而提高樹脂基體的強度和韌性。碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材的製備方法，包括以下步驟( I)玻璃纖維與改性樹脂基體材料膠合，其中改性樹脂基體材料為20-30重量％，玻璃纖維為70-80重量％ ;所述的膠合是配製改性樹脂基體材料的溶液後，玻璃纖維浸潰改性樹脂基體材料的溶液；所述的改性樹脂基體材料是碳納米管改性的樹脂；所述的樹脂是環氧樹脂或者氨基甲酸酷改性的乙稀基酷樹脂；(2)經拉擠工藝製備成筋條，固化前經纏繞設備將玻璃纖維單向纏繞，並於筋材表面擠壓形成螺紋，使筋材更加密實，並通過二次浸膠使筋材表面纖維充分浸潰，獲得碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材。彈性模量以及剪切強度得到了改善和提高。
本發明通過製備出的材料的的彈性模量和剪切強度大大高於改性前。
圖I是本發明實施例I製備得到的碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材的SEM電鏡圖。從圖中可以看出，碳納米管改性樹脂均勻充分地包裹於玻璃纖維絲表面，使得玻璃纖維絲之間能夠很好地膠結，由於樹脂材料中的碳納米管本身的柔韌性，在材料被破壞時能夠吸收能量，對微裂紋的進一步擴大或延伸起到約束或閉合的作用，進而提高玻璃纖維筋材的強度和韌性。圖中圓形較大的部分為玻璃纖維。
具體實施例方式以下是本發明的具體實施例，所用的具體實施例是用於描述本發明，而不是限制本發明。實施例I 碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材，是由70重量％連續玻璃纖維(型號A-Glass,購自Owens Corning OCV businesses)與30%改性樹脂基體材料膠合形成；所述的改性樹脂基體材料是碳納米管改性的環氧樹脂(改性過程參照《多壁碳納米管改性環氧樹脂膠黏劑實驗研究》，複合材料學報，2011年第3期)。碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材的製備方法，包括以下步驟連續玻璃纖維先通過導線板在浸膠裝置浸潰碳納米管改性的環氧樹脂溶液，與碳納米管改性的環氧樹脂進行膠合，然後經拉擠工藝製備成筋條，固化前經纏繞設備將玻璃纖維單向纏繞於筋材表面，形成螺紋，使筋材更加密實，並通過二次浸膠使筋材的表面纖維充分浸潰，獲得碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材。與未改性的GFRP筋材進行對照試驗，按照美國標準(ACI440H)測定極限拉伸強度、極限延伸率、彈性模量、剪切強度，結果表明改性後的GFRP筋材各項性能均有所提高，極限拉伸強度提高了 15%，極限延伸率提高了 10%。彈性模量提高了 40%，剪切強度提高了12%。實施例2碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材，是由多股80重量％多股連續玻璃纖維絲(A-Glass)與20重量％改性樹脂基體材料膠合形成；所述的改性樹脂基體材料是碳納米管改性的氨基甲酸酯改性乙烯基酯樹脂(改性參照文獻同實施例1)，製備方法同實施例I。改性後的GFRP筋材與未改性的GFRP筋材對照試驗結果表明極限拉伸強度提高了 12%，極限延伸率提高了 8%。彈性模量提高了 20%，剪切強度提高了 7%。實施例3與實施例I不同之處在於，碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材，是由75重量％連續玻璃纖維與25重量％改性樹脂基體材料膠合形成。改性後的GFRP筋材與未改性的GFRP筋材對照試驗結果表明極限拉伸強度提高了 13%，極限延伸率提高了 9%。彈性模量提高了 30%，剪切強度提高了 10%。
權利要求
1.碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材，其特徵在於是由70-80%連續玻璃纖維與20-30%改性樹脂基體材料組成。
2.根據權利要求I所述的碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材，其特徵在於所述的改性樹脂基體材料是碳納米管改性的樹脂；所述的樹脂是環氧樹脂或者氨基甲酸酯改性的乙稀基酷樹脂。
3.碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材的製備方法，其特徵在於包括以下步驟 (1)連續玻璃纖維與改性樹脂基體材料膠合，其中改性樹脂基體材料為20-30重量％，玻璃纖維絲為70-80重量％ ； 所述的改性樹脂基體材料是碳納米管改性的樹脂；所述的樹脂是環氧樹脂或者氨基甲酸酯改性的乙烯基酯樹脂； (2)經拉擠工藝製備成筋材，固化前經纏繞設備將玻璃纖維單向纏繞於筋材表面，形成螺紋，並通過二次浸膠使筋材表面的玻璃纖維充分浸潰，獲得碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材。
全文摘要
本發明涉及一種碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材，是由70-80%連續玻璃纖維與20-30%改性樹脂基體材料組成；所述的改性樹脂基體材料是碳納米管改性的樹脂；所述的樹脂是環氧樹脂或者氨基甲酸酯改性的乙烯基酯樹脂。製備過程是，將兩種連續玻璃纖維與改性樹脂基體材料膠合後，經拉擠工藝製備成型，固化前經纏繞設備將連續玻璃纖維單向纏繞，並於筋材表面形成螺紋，通過二次浸膠使筋材的表面纖維充分浸漬，獲得碳納米管改性樹脂/玻璃纖維複合筋材。獲得改性的GFRP筋材，極限拉伸強度和極限延伸率得到了提高，尤其是彈性模量和剪切強度得到改善。
文檔編號C04B14/42GK102718432SQ201210188870
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者劉小豔, 劉愛華, 周茂昆, 夏蘇魯, 蔣亞清 申請人:河海大學