专利名称：一种水泥电杆加固用的改性环氧树脂复合材料的制作方法
一种水泥电杆加固用的改性环氧树脂复合材料
技术领域：
本发明涉及一种环氧树脂复合材料，确切地说是一种水泥电杆加固用的改性环氧 树脂复合材料。
背景技术：
现各种输配供电线路，大部分都是采用混凝土电杆(水泥电杆)架设的，经过长多 年风风雨雨，严寒酷冬的露天和部分电杆常年在塌陷区水中运行。很多水泥电杆出现了横 向裂纹和竖向裂纹，杆子局部混凝土出现碎裂现象，直接威胁着生产生活的安全供电和正 常运行。若要采取更换电杆的策略，停电时间长，施工也比较困难，因有的电杆是在农村居 住的宅院内，拆除容易，换杆较为困难，而且要向村和住家户赔付大量的青苗补偿费，费用 高，影响时间长，安全隐患多。碳纤维具有比强度大、弹性模量高、耐热性高、化学稳定性好等特点，是制备高性 能树脂基复合材料常用的增强纤维，其中碳纤维/环氧树脂复合材料最为人们熟知，被大 量应用于飞机制造、建筑工业等方面。将碳纤维复合材料应用在输配电线路水泥电杆的加 固上，可以很好的解决水泥线杆出现的裂纹等安全问题，而且不增加电杆的结构尺寸及重 量，具有抗拉强度增大，耐腐蚀，耐久性等特点。但在使用过程中因为多采用单纯的环氧树 脂与碳纤维复合，环氧树脂自身为热固性树脂虽然具有良好的耐热性、高强度和对基材良 好的粘附性能，但也存在较脆、耐冲击、抗剥离和耐振动疲劳等性差的问题，使树脂与碳纤 维复合效果不理想，加之施工条件限制造成加固后的抗拉效果、耐候性能等指标不够稳定； 所以采用碳纤维/环氧树脂复合材料加固水泥电杆从复合材料的制备到具体施工方法都 还急需改进。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的不足，旨在提供一种改性环氧树脂复合材料以用于 对输配电线路水泥电杆的修复加固，所要解决的技术问题是改善碳纤维/环氧树脂复合材 料的耐候性及抗冲击等能力，同时在对水泥电杆的加固中，能够较好地保证加固质量、简化 加固程序，以确保了输配电线路的安全。为实现这样的目的，本发明首先对碳纳米管进行表面修饰改性，这就是用HNO3/ H2SO4混合酸对碳纳米管进行氧化处理，使其表面羧基化，然后加入环氧树脂中，同时加入纳 米二氧化硅，对环氧树脂进行改性。本发明所称的改性环氧树脂复合材料，包括碳纤维布和环氧树脂，与现有技术的 区别是在碳纤维布上浸渍以下改性的环氧树脂(各组分以重量份计，下同)环氧树脂100份表面修饰的碳纳米管 0. 8 2份纳米二氧化硅3 8份。优选在碳纤维布上浸渍以下改性的环氧树脂
环氧树脂100份表面修饰的碳纳米管 1.0 1.6份纳米二氧化硅4 7份。表面修饰的碳纳米管统一制备后备用，纳米二氧化硅市场购置备用。在施工配料 时，改性的环氧树脂中应加入固化剂30 60份，优选40 60份。用上述复合材料加固水泥电杆的方法是先将碳纤维剪裁后粘贴在所需部位，再将 混合有固化剂的改性环氧树脂刷于碳纤维表面并经浸渍、辊压定型实现加固。本发明采用纳米材料对环氧树脂进行改性，其中所使用的碳纳米管经过混合酸氧 化处理后，表面修饰有羧基。羧基化碳纳米管可以与环氧基团发生反应，产生化学结合，改 善了碳纳米管与基体间的界面作用，使其均为分散在环氧树脂基体中，提高了树脂基体与 碳纤维的界面浸润效果，当羧基化碳纳米管质量含量为时，复合材料的层间剪切强度可 以提高近29%。同时加入的纳米二氧化硅由于粒子粒径小，表面原子占有率高，表面具有不 饱和键或悬空键的特殊结构，因此纳米粒子具有非常大的表面活性，与聚合物发生物理或 化学键合使纳米粒子在界面上与环氧基团形成远大于范德华力的作用力，形成非常理想的 界面，从而起到更好的引发微裂纹、吸收能量的作用，得以起到良好的增强效果。本发明用 于环氧树脂改性得到了良好效果。将改性后的环氧树脂同碳纤维复合所得材料经检测其拉伸剪切强度lOMPa，拉伸 强度彡30MPa，压缩强度彡70MPa，弯曲强度彡40MPa，弹性模量彡1500MPa，伸长率彡1. 5%, 经加速老化试验2000h加速老化后，其各项强度无明显降低，经弱酸碱条件处理各项强度 也无明显降低，这些数据说明该材料具有良好的耐侯性、抗拉性、高强度、耐冲击和耐腐蚀 等特点，是用来加固电杆的良好材料。本复合材料可应用于各种规格不同损坏程度的水泥电杆的加固，用其加固电杆具 有1、强度高(强度约为普通钢材的10倍)，效果好；2、加强后能大大提高结构的耐腐蚀性 及耐侯性；3、自重轻(约200g/m2)，基本不增加结构自重及截面尺寸，柔性好，易于裁剪，适 用范围广；4、施工简便(不需大型施工机械及周转材料)，易于操作，经济性好；5、施工工期 短等诸多优点。
具体实施例方式所用的原材料包括环氧树脂，上海树脂厂生产的E-双酚A型环氧树脂；固化剂 为低分子聚酰胺固化剂；碳纤维，无涂层聚丙烯腈基高强型，吉林碳素厂生产；浓硝酸和浓 硫酸均为化学纯上海试剂厂生产；碳纳米管为深圳市纳米港有限公司生产；纳米二氧化硅 为河南王屋纳米科技有限责任公司生产。实施例1 先对碳纳米管进行羧基化预处理，将其投入硫酸(65 75%质量分数)/硝酸 (50 60%质量分数)体积比为3 1的混合酸中，加热至65 75°C搅拌，反应Ih后静止 过滤，对碳纳米管反复用去离子水清洗至中性，干燥备用。在100份环氧树脂中首先加入处理后的碳纳米管1份，继续加入纳米二氧化硅5 份，持续剧烈搅拌12h至混合均勻制得改性后的环氧树脂材料备用。对电杆的加固，首先电杆表面处理，对有裂纹及缺角部位，用角磨机进行打磨，清理掉表面的油污、灰尘及凹凸不平处，至平正干净。裂纹缝宽小于0. 2mm，用环氧树脂胶进行 表面涂刷密封，大于0. 2mm的缝隙用环氧树脂胶灌封。残缺部位用环氧树脂胶腻子进行修 补，复原，将电杆各已经处理的部分，打磨平整要圆滑。然后将配好的底胶(粘结剂)用刷 子刷于需要粘贴的表面；把碳纤维布按所需要的尺寸裁剪好，粘贴于电杆上，碳纤维布纵向 搭头必须保证搭接100mm以上。取改性后环氧树脂材料中加入50份固化剂，搅拌均勻后辊 刷复合于碳纤维布上，复合过程中应注意用辊轮除去碳纤维布与树脂间的空气，使树脂渗 入碳纤维内，第一层碳纤维布粘贴后自然养护，一个小时后，待初期固化后可根据情况再粘 贴第二层，第二层粘贴后需要自然养护2小时达到初期固化，要保证不受外界干扰和碰撞， 固化的表面不粘为依据。最后再其表面涂刷保护漆。实施例2 先对碳纳米管进行羧基化预处理，将其投入硫酸(70%质量分数)/硝酸(55%质 量分数)体积比为3 1的混合酸中，加热70°C搅拌，反应lh后静止过滤，对碳纳米管反复 用去离子水清洗至中性，干燥备用。在100份环氧树脂中首先加入处理后的碳纳米管1. 2份，继续加入纳米二氧化硅 6份，持续剧烈搅拌12h至混合均勻制得改性后的环氧树脂材料备用。对电杆的加固，首先电杆表面处理，对有裂纹及缺角部位，用角磨机进行打磨，清 理掉表面的油污、灰尘及凹凸不平处，至平正干净。裂纹缝宽小于0. 2mm，用环氧树脂胶进行 表面涂刷密封，大于0. 2mm的缝隙用环氧树脂胶灌封。残缺部位用环氧树脂胶腻子进行修 补，复原，将电杆各已经处理的部分，打磨平整要圆滑。然后将配好的底胶(粘结剂)用刷 子刷于需要粘贴的表面；把碳纤维布按所需要的尺寸裁剪好，粘贴于电杆上，碳纤维布纵向 搭头必须保证搭接100mm以上。取改性后环氧树脂材料中加入50份固化剂，搅拌均勻后辊 刷复合于碳纤维布上，复合过程中应注意用辊轮除去碳纤维布与树脂间的空气，使树脂渗 入碳纤维内，第一层碳纤维布粘贴后自然养护，一个小时后，待初期固化后可根据情况再粘 贴第二层，第二层粘贴后需要自然养护2小时达到初期固化，要保证不受外界干扰和碰撞， 固化的表面不粘为依据。最后再其表面涂刷保护漆。
权利要求
一种水泥电杆加固用的改性环氧树脂复合材料，包括碳纤维布和环氧树脂，其特征在于在碳纤维布上浸渍以下改性的环氧树脂环氧树脂100份表面修饰的碳纳米管 0.8～2份纳米二氧化硅3～8份。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于在碳纤维布上浸渍以下改性的环氧 树脂环氧树脂100份表面修饰的碳纳米管1.0 1.6份 纳米二氧化硅4 7份。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于改性的环氧树脂中含固化剂 30 60份。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于改性的环氧树脂中含固化剂40 60份。
全文摘要
一种水泥电杆加固用的改性环氧树脂复合材料，包括碳纤维布和环氧树脂，其特征是在碳纤维布上浸渍改性的环氧树脂，改性的环氧树脂是100份环氧树脂中含表面修饰的碳纳米管0.8～2份，纳米二氧化硅3～8份；所述的表面修饰的碳纳米管就是用HNO3/H2SO4混合酸对碳纳米管进行氧化处理，使其表面羧基化。施工配料时应向改性的环氧树脂中加入30～60份固化剂。本复合材料具有良好的耐候性、抗拉性、高强度、耐冲击和耐腐蚀等特点，是用来加固电杆的良好材料。
文档编号C08L63/00GK101870799SQ20101021910
公开日2010年10月27日 申请日期2010年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者杨振兴, 秦小坤, 陈玲 申请人:淮北科奥工程建设有限公司