本發(fā)明涉及復(fù)合材料，具體涉及一種輕便型復(fù)合電桿材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在電力傳輸與分配領(lǐng)域，電線桿作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其性能直接影響到電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。然而，傳統(tǒng)的鋼筋和混凝土電線桿存在諸多不足，如重量大、施工運(yùn)輸困難、耐腐蝕性能差等問題，特別是在海洋及鹽霧腐蝕嚴(yán)重的地區(qū)，這些問題尤為突出。環(huán)氧樹脂作為一種多用途、強(qiáng)度高、耐化學(xué)性能好的聚合物，成為制備復(fù)合電桿材料的理想基體。其高強(qiáng)度和優(yōu)良的附著性使得環(huán)氧樹脂在固化后能夠牢固地結(jié)合其他材料，形成整體性能優(yōu)異的復(fù)合材料。同時(shí)，環(huán)氧樹脂的耐化學(xué)性、耐熱性、電絕緣性以及低收縮和低揮發(fā)性等特點(diǎn)，進(jìn)一步增強(qiáng)了復(fù)合電桿材料的耐腐蝕性能和穩(wěn)定性。

2、為了進(jìn)一步提升復(fù)合電桿的力學(xué)性能，改性纖維被選作增強(qiáng)材料，改性纖維通過化學(xué)或物理方法，對(duì)常規(guī)化學(xué)纖維的某些性能進(jìn)行改進(jìn)，這些改性纖維不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，還能有效抵抗腐蝕和鹽霧侵蝕，延長電桿的使用壽命。因此，如何將改性纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合制備成適用于實(shí)際的電桿材料，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、解決的技術(shù)問題

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種輕便型復(fù)合電桿材料及其制備方法，能夠有效地解決現(xiàn)有技術(shù)的電桿材料質(zhì)量重和耐鹽霧腐蝕性能差的問題。

3、技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

5、一種輕便型復(fù)合電桿材料，所述輕便型復(fù)合電桿材料由以下成分組成：改性氧化石墨烯、復(fù)合改性纖維、改性玻璃纖維、硅烷偶聯(lián)劑kh-560和環(huán)氧樹脂；

6、所述改性氧化石墨烯由l-谷氨酸對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行改性后制得；

7、所述復(fù)合改性纖維為在玄武巖纖維表面接枝聚脲納米纖維后制得；

8、所述改性玻璃纖維為硅烷偶聯(lián)劑和油酸依次對(duì)玻璃纖維進(jìn)行改性后制得。

9、更進(jìn)一步地，所述改性氧化石墨烯的制備步驟為：

10、步驟2.1、稱取1g氧化石墨烯分散于160ml去離子水中，超聲處理后得到氧化石墨烯分散液，稱取3g?l-谷氨酸溶解于60ml氫氧化鈉溶液中，機(jī)械攪拌分散后所得記作l-谷氨酸分散液；

11、步驟2.2、將l-谷氨酸分散液倒入氧化石墨烯分散液中，超聲處理后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌反應(yīng)24h，反應(yīng)完成后加入100ml無水乙醇和100ml去離子水在轉(zhuǎn)速為5000r/min的條件下離心洗滌，所得沉淀經(jīng)干燥處理后即為改性氧化石墨烯。

12、更進(jìn)一步地，步驟2.1中超聲處理的具體操作為以28khz的頻率超聲分散30min，步驟2.1中氫氧化鈉溶液的濃度為4mg/ml，步驟2.1中機(jī)械攪拌分散的具體操作為以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌20min，步驟2.2中超聲處理的具體操作為以27khz的頻率超聲分散20min，步驟2.2中攪拌反應(yīng)的轉(zhuǎn)速為300r/min，步驟2.2中干燥處理的具體操作為置于50℃的真空干燥箱內(nèi)干燥5-6h。

13、更進(jìn)一步地，所述復(fù)合改性纖維的制備步驟為：

14、步驟4.1、將10g短切玄武巖纖維分散于500ml鹽酸溶液中均勻攪拌24h，接著過濾去除濾液將玄武巖纖維倒入500ml無水乙醇中超聲清潔10min，過濾去除濾液后置于50℃的烘箱內(nèi)干燥2-3h，所得記作刻蝕纖維；

15、步驟4.2、稱取10.6g十八胺和4g環(huán)己胺溶解于200ml無水乙醇中，超聲溶解后加入10g刻蝕纖維并在50℃的溫度下攪拌反應(yīng)，過濾去除濾液后加入200ml去離子水繼續(xù)攪拌，所得記作纖維懸浮液；

16、步驟4.3、稱取5.5g二苯基甲烷二異氰酸酯溶解于300ml乙酸乙酯中得到溶解液，接著將溶解液滴入纖維懸浮液中，在滴加過程中對(duì)纖維懸浮液進(jìn)行加熱直至其溫度為80℃，滴加完成后恒溫靜置1h，最后過濾去除濾液經(jīng)干燥處理后所得即為復(fù)合改性纖維。

17、更進(jìn)一步地，步驟4.1中鹽酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，步驟4.1中均勻攪拌的轉(zhuǎn)速為400r/min，步驟4.1中超聲清潔的功率為200w。

18、更進(jìn)一步地，步驟4.2中超聲溶解的具體操作為以26khz的頻率超聲分散30min，步驟4.2中攪拌反應(yīng)的具體操作為以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，步驟4.2中繼續(xù)攪拌的具體操作為以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min，步驟4.3中的滴速為2滴/s，步驟4.3中干燥處理的具體操作為置于50℃的烘箱內(nèi)干燥2-3h。

19、更進(jìn)一步地，所述改性玻璃纖維的制備步驟為：

20、步驟7.1、稱取5g硅烷偶聯(lián)劑kh-550溶解于95g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的乙醇水溶液中，溶解分散后加入20g玻璃纖維并在80℃的水浴條件下浸漬8h，過濾去除濾液后經(jīng)干燥處理得到硅烷偶聯(lián)劑改性玻璃纖維；

21、步驟7.2、稱取2g硅烷偶聯(lián)劑改性玻璃纖維分散于100ml去離子水中，在攪拌條件下升溫至80℃后滴加6ml油酸，保溫反應(yīng)8h后去除濾液并使用去離子水沖洗3次，干燥處理后所得即為改性玻璃纖維。

22、更進(jìn)一步地，步驟7.1中溶解分散的具體操作為以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，步驟7.1中干燥處理的具體操作為置于1200℃的真空干燥箱內(nèi)干燥1h。

23、更進(jìn)一步地，步驟7.2中攪拌條件的轉(zhuǎn)速為200r/min，步驟7.2中的滴速為2滴/s，步驟7.2中干燥處理的具體操作為置于50℃的真空干燥箱內(nèi)干燥2-3h。

24、一種輕便型復(fù)合電桿材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

25、稱取3-5重量份改性氧化石墨烯、1-2重量份復(fù)合改性纖維、2-3重量份改性玻璃纖維和2-3重量份硅烷偶聯(lián)劑kh-560進(jìn)行混合，以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min后記作改性填料，稱取10-20重量份改性填料和80-90重量份環(huán)氧樹脂倒入轉(zhuǎn)矩流變儀中熔融共混，所得即為輕便型復(fù)合電桿材料。

26、有益效果

27、本發(fā)明提供了一種輕便型復(fù)合電桿材料及其制備方法，與現(xiàn)有公知技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

28、1、本發(fā)明以l-谷氨酸對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行改性能夠防止氧化石墨烯發(fā)生團(tuán)聚，提高改性后氧化石墨烯在環(huán)氧樹脂中的分散性，而且，l-谷氨酸的改性還能增強(qiáng)氧化石墨烯與環(huán)氧樹脂之間的界面結(jié)合力，使得氧化石墨烯更均勻地分布在環(huán)氧樹脂中，進(jìn)一步提高制得的復(fù)合材料的整體性能；其次，氧化石墨烯本身具有較大的比表面積和良好的阻隔性能，能夠有效地阻止腐蝕介質(zhì)（如水、氧氣等）的滲透，經(jīng)過l-谷氨酸改性后，氧化石墨烯的分散性提高，使得其在環(huán)氧樹脂中形成的阻隔層更加致密和均勻，從而進(jìn)一步提升制得的復(fù)合材料的防腐性能，而且，l-谷氨酸作為一種綠色緩蝕劑，其分子中的氨基和羧基可以與金屬離子形成絡(luò)合物，降低金屬離子的活性，從而起到對(duì)金屬的緩蝕作用，這種緩蝕作用與氧化石墨烯的阻隔性能相結(jié)合，可以顯著提高復(fù)合材料的耐鹽堿腐蝕性能。

29、2、本發(fā)明利用加成聚合反應(yīng)使聚脲納米纖維在玄武巖纖維表面進(jìn)行原位生長制備復(fù)合改性纖維，將其加入環(huán)氧樹脂中能夠起到改善耐磨性能的作用，在摩擦過程中，聚脲納米纖維能夠有效減少磨損顆粒的產(chǎn)生，并阻止其進(jìn)一步磨損復(fù)合材料表面，玄武巖纖維的承載作用能夠吸收材料變形過程中的能量，進(jìn)一步降低磨損率；其次，玄武巖纖維本身具有較高的強(qiáng)度和模量，而聚脲納米纖維的加入能夠進(jìn)一步增強(qiáng)其力學(xué)性能，兩者結(jié)合后形成的復(fù)合改性纖維在復(fù)合材料中能夠發(fā)揮更強(qiáng)的增強(qiáng)作用，提升復(fù)合材料的整體強(qiáng)度；再者，聚脲納米纖維具有良好的耐腐蝕性能，能夠在一定程度上阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，將其與玄武巖纖維結(jié)合后，復(fù)合改性纖維在復(fù)合材料中能夠形成更加致密的防腐層，提高復(fù)合材料的耐腐蝕性能。

30、3、本發(fā)明以硅烷偶聯(lián)劑和油酸依次對(duì)玻璃纖維進(jìn)行改性后加入環(huán)氧樹脂內(nèi)制備成復(fù)合材料，硅烷偶聯(lián)劑和油酸的聯(lián)合作用，能夠增強(qiáng)玻璃纖維的界面粘合力，從而使玻璃纖維在復(fù)合材料中能夠更好地發(fā)揮其增強(qiáng)作用，抵抗外力的破壞，進(jìn)而顯著提高改性玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料抗沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度的效果，而且，界面黏合的改善也有助于提高復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度，使其在受到彎曲載荷時(shí)能夠保持更好的穩(wěn)定性；其次，硅烷偶聯(lián)劑能夠在玻璃纖維表面形成一層親水性的硅氧化膜，這層膜可以阻隔外界水分的進(jìn)入，從而提高復(fù)合材料的抗?jié)駸嵝阅?，在潮濕環(huán)境下，復(fù)合材料能夠保持更好的穩(wěn)定性和力學(xué)性能；最后，硅烷偶聯(lián)劑與玻璃纖維表面的牢固結(jié)合還能夠形成一層具有較高硬度和抗磨性的硅氧化膜，有助于提高復(fù)合材料的耐磨性能，延長其使用壽命，進(jìn)而增強(qiáng)制備的復(fù)合材料的耐久性。