一种基于环氧树脂与二氧化硅的复合材料、制备方法及避雷针与流程

本发明涉及新材料，具体涉及一种基于环氧树脂与二氧化硅的复合材料、制备方法及避雷针。

背景技术：

1、雷电活动时常发生，对建筑物和设备的安全性和稳定性构成了潜在威胁。因此，保护建筑物和设备免受雷击损害至关重要。避雷针作为一种重要的防雷措施，广泛应用于建筑物和设备的保护中。然而，避雷针需要具备优越的耐候性和防水性能，以确保其长期稳定运行。

2、传统的避雷针材料在面对恶劣天气条件和潮湿环境时可能会出现耐候性不佳和易受腐蚀的问题，这可能降低了避雷针的性能和寿命。因此，开发一种具有出色的防水性能的避雷针材料变得至关重要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供了一种提供基于环氧树脂与二氧化硅的防水喷涂复合材料制备方法，可以提高环氧树脂材料强度、韧性以及阻尼效果，且步骤简单易行。

2、为解决上述技术问题，作为本发明的一方面，提供了一种基于环氧树脂与二氧化硅的复合材料，其包括微米级二氧化硅球和环氧树脂，所述微米级二氧化硅，分散于环氧树脂中，所述二氧化硅占环氧树脂的重量比为0.1％～10％。

3、优选地，所述环氧树脂与微米二氧化硅复合材料，其微米二氧化硅球，其直径在45μm～600μm之间。

4、优选地，所述环氧树脂与微米二氧化硅复合材料，其环氧树脂为双酚a型或者双酚f型环氧树脂。

5、相应地，本发明的另一方面，还提供一种基于环氧树脂与二氧化硅的复合材料的制备方法，用于制备如前述的复合材料，其特征在于，包括以下步骤：

6、步骤s1，制备微米二氧化硅球：将量好的无水乙醇、去离子水、硝酸混合搅拌均匀；再将称量好的正硅酸乙酯缓慢滴入烧杯，搅拌均匀后陈化风干，得到微米二氧化硅球。

7、步骤s2，将步骤s1制备的微米二氧化硅球分散于环氧树脂中，形成环氧树脂-二氧化硅均匀分散体系；

8、步骤s3，向步骤s2制备的环氧树脂-二氧化硅分散体系中加入固化剂，进行固化处理，制得所述环氧树脂-二氧化硅管复合材料。

9、优选地，所述步骤s1还包括以下操作：采用偶联剂对二氧化硅进行表面改性，具体包括：

10、将步骤二氧化硅分散在乙醇水溶液中，得到二氧化硅/乙醇分散液a，其中所述乙醇水溶液，乙醇与水的质量比为5：1～1：5；

11、向二氧化硅/乙醇分散液a中加入偶联剂，得到改性的二氧化硅分散液b；

12、将分散液b过滤，将滤渣洗涤，并干燥制得表面改性的二氧化硅。

13、优选地，所述步骤s3采用超声分散和高速搅拌的方法，使得所述微米二氧化硅球均匀分散于环氧树脂中。

14、优选地，所述步骤s3中采用超声分散和高速搅拌的过程中，所述超声分散功率优选为：200瓦，温度为50℃～70℃，超声分散0.5～2小时；所述高速搅拌为：40℃～70℃，600～2000转/分钟，搅拌12小时。

15、优选地，所述步骤s3中，所述固化剂为咪唑类固化剂：2-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑，或/及酸酐类固化剂：甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐，其中咪唑类固化剂与环氧树脂添加比为1g/100g～6g/100g，酸酐类固化剂与环氧树脂添加比为40g/100g～90g/100g。

16、优选地，所述步骤s3中的固化反应进一步包括：

17、进行低温预固化，其中，低温预固化温度50℃～80℃，预固化时间0.5～3小时；

18、进行高温固化，其中，高温固化温度140℃～170℃，固化时间4～7小时。

19、本发明的另一方面，还提供一种基于环氧树脂与二氧化硅的复合材料的制备方法，用于制备如前述的复合材料，其包括以下步骤：

20、步骤s1，取亲水亲油平衡值hlb约为12的聚氧乙烯醚8克、1mol/l氯化镍溶液2ml、水合肼0.5ml、二乙胺1ml以及正硅酸四乙酯3ml；

21、依次将聚氧乙烯醚和氯化镍溶液加入到20ml环已烷中，搅拌至沉淀完全溶解，得到混合溶液：使得每毫升混合溶液中含有聚氧乙烯醚质量0.4克、镍盐摩尔量0.1mmol；

22、再向混合溶液中，依次加入水合肼、二乙胺以及正硅酸四乙酯，使得每毫升混合溶液添加水合肼0.025ml，二乙胺0.05ml，二氧化硅前驱体0.15ml，搅拌均匀：在50℃反应24小时，直至得到粉红色的胶体a；

23、向胶体a中加入1mo1/l稀盐酸，并磁力搅拌24小时后，离心，并用乙醇与蒸留水的混合液洗涤3-4次，离心得到二氧化硅；

24、在每毫升乙醇水溶液中，均匀分散上述二氧化硅0.03克，采用超声波进行分散，得到二氧化硅/乙醇分散液b；乙醇水溶液中，乙醇与水的质量比为1：1；向每毫升分散液b中加入kh-550硅烷偶联剂0.06ml，常温持续搅拌5小时，得到改性的二氧化硅分散液c；将分散液c过滤，并将滤渣采用乙醇与蒸馏水混合液洗涤3次后，于50℃真空干燥48小时，得到表面改性的二氧化硅；

25、步骤s2，将步骤s1中制得的表面改性的二氧化硅3.5克均分散于环氧树脂100克中，形成均匀分散体系；

26、步骤s3，分散条件为50c、200瓦超声波分散1小时；然后60℃，以2000转/分钟转速高速搅拌0.5小时；

27、步骤s4，向步骤s3制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐75克，其中，甲基六氢邻苯二甲酸酐与环氧树脂的比为75：100；两者均匀混合并真空脱气泡；然后在60℃下低温预固化3小时，再于170℃高温固化5小时，得到所述基于环氧树脂与二氧化硅的复合材料。

28、作为本发明的另一方面，还提供一种避雷针，其至少部分采用如前述的复合材料所制成。

29、实施本发明实施例，具有如下的有益效果：

30、本发明提供的基于环氧树脂与二氧化硅的复合材料，由正硅酸乙酯制备出的微米二氧化硅球有高机械强度、低密度的特性，且在环氧树脂基体中均匀分散，因而少量的二氧化硅球能较大幅度地提高环氧树脂的力学性能。实施本发明，可以有效地提高避雷针的抗腐蚀性和防水性，从而延长其使用寿命，减少维护成本，并提高建筑物和设备的安全性；

31、本发明实施例提供的制备方法，其步骤简单、反应条件温和，适合工业大规模生产。

技术特征：

1.一种基于环氧树脂与二氧化硅的复合材料，其特征在于，包括微米级二氧化硅球和环氧树脂，所述微米级二氧化硅分散于环氧树脂中，所述二氧化硅占环氧树脂的重量比为0.1％～10％。

2.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述环氧树脂与微米二氧化硅复合材料，其微米二氧化硅球，其直径在45μm～600μm之间。

3.如权利要求2所述的材料，其特征在于，所述环氧树脂与微米二氧化硅复合材料，其环氧树脂为双酚a型或者双酚f型环氧树脂。

4.一种基于环氧树脂与二氧化硅的复合材料的制备方法，用于制备如权利要求1至3任一项所述的复合材料，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s1还包括以下操作：采用偶联剂对二氧化硅进行表面改性，具体包括：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤s3采用超声分散和高速搅拌的方法，使得所述微米二氧化硅球均匀分散于环氧树脂中；

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述固化剂为咪唑类固化剂：2-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑，或/及酸酐类固化剂：甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐，其中咪唑类固化剂与环氧树脂添加比为1g/100g～6g/100g，酸酐类固化剂与环氧树脂添加比为40g/100g～90g/100g。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中的固化反应进一步包括：

9.一种基于环氧树脂与二氧化硅的复合材料的制备方法，用于制备如权利要求1至3任一项所述的复合材料，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种避雷针，其特征在于，其至少部分采用如权利要求1至3任一项所述的复合材料所制成。

技术总结
本发明公开了一种基于环氧树脂与二氧化硅的复合材料，其包括微米级二氧化硅球和环氧树脂，所述微米级二氧化硅分散于环氧树脂中，所述二氧化硅占环氧树脂的重量比为0.1％～10％。本发明还公开了相应的制备方法及避雷针。实施本发明，可以提高环氧树脂材料强度、韧性以及阻尼效果，且步骤简单易行。采用所述复合材料的避雷针，可以有效地提高避雷针的抗腐蚀性和防水性，从而延长其使用寿命，减少维护成本，并提高建筑物和设备的安全性。

技术研发人员：林海,刘小军,宋文伟,汪鹏,高瑞鑫,张晶焯,肖黎,楚少华,杨丰阁,郝越,张瑞达,赖振宇,徐红星,林文校,赖运河,王世刚,牛犇,岑凯辛
受保护的技术使用者：深圳供电局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17