一种石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障的制备方法与流程

本发明属于新材料领域，具体涉及一种耐腐蚀、抗老化、低密度复合材料公路声屏障。

背景技术：

声屏障，主要用于公路、高速公路、高架复合道路和其它噪声源的隔声降噪。分为纯隔声的反射型声屏障，和吸声与隔声相结合的复合型声屏障，后者是更为有效的隔声方法。指的是为减轻行车噪声对附近居民的影响而设置在铁路和公路侧旁的墙式构造物。随着中国经济的高速发展、城市化进程的不断加快，高速公路、铁路、城市轨道交通等交通方式得到快速发展，这些道路在建造时难免要穿过人口集中的居住区，所产生的交通噪声给道路附近居民的工作、生活、学习带来了一定的干扰。全国环境监测结果表明：道路交通噪声中约有17%的城市属于中度污染、49%的城市属轻度污染，建立声屏障解决交通噪声污染成为城市道路噪声控制的主要方式。

在声源和接收者之间插入一个设施，使声波传播有一个显著的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响，这样的设施就称为声屏障。分为交通隔音屏障、设备噪音衰减隔音屏障、工业厂界隔音屏障、公路和高速公路上是使用各类型声屏障最多的地方。声屏障主要由钢结构立柱和吸隔声屏板两部分组成，立柱是声屏障的主要受力构件，它通过螺栓或焊接固定在道路防撞墙或轨道边的预埋钢板上；吸隔声板是主要的隔声吸声构件，它通过高强弹簧卡子将其固定在h型立柱槽内，形成声屏障。声屏障的设计已较为充分地考虑了高架高速道路、城市轻轨、地铁的风载、交通车辆的撞击安全和全天候的露天防腐问题。它外形美观大方，制作精致，运输、安装方便，造价低，使用寿命长，特别适用于高架高速道路和城市轻轨、地铁的防噪声使用，是现代化城市最理想的隔声降噪设施。对声屏障的要求主要有以下几个方面：（1）隔声量大；（2）吸声系数高；（3）耐侯耐久性；（4）轻便，吸音板系列产品具有自重轻特点，可减轻高架轻轨、高架路的承重负荷，可降低结构造价；（5）防火；（6）高强度；（7）耐用，产品设计充分地考虑道路的风载、交通车辆的撞击安全和全气假的露天防腐。

现有的公路声屏障材多采用有机、无机纤维、海绵、发泡板等制成，具有以下缺点：防水、防火、抗老化、抗冲击能力差，用材高能耗不环保、废弃后对环境有污染，在使用过程中，隔音效果差，同时无法阻断较低频率的噪音，造成实用效果不佳。因此，为解决上述问题，特提供一种新的技术方案来满足需求。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，以解决现有重载汽车刹车片热传递和耐热性差，材料不稳定导致刹车片摩擦系数不稳定的技术问题，利用石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能的特点，而提供一种工艺简单、致密效果好、机械强度高、耐磨性和耐热性优异的炭/炭重载汽车刹车片的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、树脂作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料。

步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，搅拌时间为1h-10h。

步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为0.5mpa-40mpa。

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为700℃-1000℃。

步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入树脂槽中，进行加压浸渍，压力为0.5mpa-4.0mpa下进行浸渍2h-10h，然后进行固化处理，固化温度为100℃-180℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为700℃-1000℃。

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障。

上述的一种石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的短切炭纤维长度为2mm-20mm，炭粉的颗粒大小为100目以下，石墨粉的颗粒大小为100目以下，硼粉颗粒大小为500目以下，树脂为环氧树脂或酚醛树脂。

上述的一种石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的炭纤维重量百分比为10wt%-60wt%，炭粉重量百分比为5wt%-15wt%，石墨粉重量百分比为1wt%-10wt%，硼粉重量百分比为0.1wt%-5wt%，树脂重量百分比为10wt%-50wt%，石墨烯添加量为0.05wt%-1.0wt%。

上述的一种石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的压制固化工艺，升温速率为5℃/h-50℃/h，固化温度为100℃-180℃，保温时间为0.5h-5.0h。

上述的一种石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障的制备方法，其特征在于，步骤四中所述的炭化升温速率为5℃/h-50℃/h，保温时间为1.0h-5.0h。

上述的一种石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障的制备方法，其特征在于，步骤五中所述的固化升温速率为5℃/h-50℃/h，保温时间为1.0h-5.0h，炭化升温速率为2℃/h-30℃/h，保温时间为1.0h-5.0h。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、与传统公路声屏障的制备技术相比，本发明采用炭纤维作为骨架、树脂炭基体、炭粉作为增强体、石墨粉作为润滑剂、硼粉的耐磨性以及石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能等特点，制备的的炭/炭公路声屏障，具有防水、防火、抗老化、抗冲击能力好，用材低能耗、环保、废弃后对环境无污染，在使用过程中，隔音效果好等优点。

2、本发明工艺简单，隔音效果好，并且易于大批量生产，可按照不同要求将材料随意进行加工切割成型。

附图说明

图1是本发明制备石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障的工艺流程框图。

具体实施方式

实施例1

步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、树脂作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料，短切炭纤维长度为2mm，炭粉的颗粒大小为120目，石墨粉的颗粒大小为120目，硼粉颗粒大小为600目，树脂为环氧树脂。

步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，炭纤维重量百分比为20wt%，炭粉重量百分比为20wt%，石墨粉重量百分比为10wt%，硼粉重量百分比为5wt%，树脂重量百分比为44.95wt%，石墨烯添加量为0.05wt%，搅拌时间为1h。

步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为0.5mpa，固化升温速率为5℃/h，固化温度为100℃，保温时间为0.5h。

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为700℃，炭化升温速率为5℃/h，保温时间为1.0h。

步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入树脂槽中，进行加压浸渍，压力为0.5mpa下进行浸渍2h，然后进行固化处理，固化温度为100℃，固化升温速率为5℃/h，保温时间为1.0h，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为700℃，炭化升温速率为2℃/h，保温时间为1.0h。

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障。

实施例2

步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、树脂作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料，短切炭纤维长度为10mm，炭粉的颗粒大小为200目，石墨粉的颗粒大小为200目，硼粉颗粒大小为700目，树脂为酚醛树脂。

步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，炭纤维重量百分比为30wt%，炭粉重量百分比为15wt%，石墨粉重量百分比为5wt%，硼粉重量百分比为3wt%，树脂重量百分比为46.9wt%，石墨烯添加量为0.1wt%，搅拌时间为5h。

步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为10mpa，固化升温速率为15℃/h，固化温度为150℃，保温时间为2h。

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为800℃，炭化升温速率为15℃/h，保温时间为2.0h。

步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入树脂槽中，进行加压浸渍，压力为1.5mpa下进行浸渍5h，然后进行固化处理，固化温度为150℃，固化升温速率为20℃/h，保温时间为2.0h，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为800℃，炭化升温速率为20℃/h，保温时间为2.0h。

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障。

实施例3

步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、树脂作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料，短切炭纤维长度为20mm，炭粉的颗粒大小为300目，石墨粉的颗粒大小为300目，硼粉颗粒大小为800目，树脂为酚醛树脂。

步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，炭纤维重量百分比为50wt%，炭粉重量百分比为8wt%，石墨粉重量百分比为1wt%，硼粉重量百分比为2wt%，树脂重量百分比为38wt%，石墨烯添加量为1.0wt%，搅拌时间为10h。

步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为40mpa，固化升温速率为50℃/h，固化温度为180℃，保温时间为5h。

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为1000℃，炭化升温速率为50℃/h，保温时间为5.0h。

步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入树脂槽中，进行加压浸渍，压力为4.0mpa下进行浸渍10h，然后进行固化处理，固化温度为180℃，固化升温速率为50℃/h，保温时间为5.0h，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1000℃，炭化升温速率为30℃/h，保温时间为5.0h。

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得石墨烯改性炭纤维复合材料公路声屏障。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。