CN110145071A - 碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法、复合材料 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法，包括：制备纳米化的碳纤维网格和聚合物砂浆；将聚合物砂浆涂敷在涂有界面剂的加固对象表面，以形成第一聚合物砂浆层；将纳米化的碳纤维网格平铺到第一聚合物砂浆层表面，以形成纳米化的碳纤维网格层；在纳米化的碳纤维网格层的表面涂敷聚合物砂浆涂层，以形成第二聚合物砂浆层，以增强碳纤维网格和砂浆界面的握裹力。本申请还提供了一种复合材料。

Description

碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法、复合材料
技术领域
本申请涉及工程建筑技术领域，具体提供一种碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法、复合材料。
背景技术
碳纤维表面惰性大，极难与其他物质产生化学键的连接，因此欲到达力学性能要求必须对碳纤维进行表面改性，碳纤维表面的改性方法主要有：液相氧化法、气相氧化法、表面接枝聚合物法、电化学处理法和化学气相沉积法。
液化氧化法和气相氧化法是通过利用强酸或O3等氧化性较强的物质将碳纤维进行表面处理，碳纤维表面粗糙程度增加的同时会伴随其自身强度的降低；化学气相沉积法是将碳纤维表面添加催化剂后放入C2H2气体环境下通过生长碳纳米管增加碳纤维表面粗糙程度，成本高不利于碳纤维织物产业化；电化学处理法目前仍处于实验阶段。
上述的几种碳纤维表面处理的方法主要是通过增加表面粗糙度，提高界面处的机械啮合程度的物理增强手段来增加界面处粘接强度，无法满足工程中的力学性能要求，除此之外，聚合物砂浆中无机成分较多，无法实现其与改性碳纤维织物的有效化学连接。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法、复合材料。
第一方面，本申请提供了一种碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法，包括：制备纳米化的碳纤维网格和聚合物砂浆；将所述聚合物砂浆涂敷在涂有界面剂的加固对象表面，以形成第一聚合物砂浆层；将所述纳米化的碳纤维网格平铺到所述第一聚合物砂浆层表面，以形成纳米化的碳纤维网格层；在所述纳米化的碳纤维网格层的表面涂敷所述聚合物砂浆涂层，以形成第二聚合物砂浆层，以增强碳纤维网格和砂浆界面的握裹力。
在一些实施例中，所述纳米化的碳纤维网格的制备方法包括：裁剪预设尺寸的碳纤维网格放入容器中，并向容器中加入过量的浓硝酸，采用100摄氏度的水浴对容器加热12小时，以得到氧化后的碳纤维网格；用蒸馏水清洗氧化后的碳纤维网格4～5次，对清洗后的碳纤维网格进行烘干；以树枝状大分子为溶质，二甲基甲酰胺作为溶剂，甲基安六氧磷酸盐氮氧化物为偶联剂，将甲基氨六氧磷酸盐氮氧化物超声溶解在树枝状大分子溶液中配置成10-5～10-3mol/L的溶解液；将烘干后的碳纤维网格在室温环境下浸入所述溶解液中2～6小时；采用去离子水对浸入后的碳纤维网格进行洗涤，并干燥处理；将干燥处理后的碳纤维网格浸入40～70摄氏度的羟基化多壁碳纳米管均匀分散液中搅拌2～6小时；采用去离子水再次对碳纤维网格进行清洗多次，然后采用酒精对碳纤维网格进行清洗，并进行烘干操作，以得到纳米化的碳纤维网格。
在一些实施例中，所述浓硝酸的质量分数为69％。
在一些实施例中，对清洗后的碳纤维网格进行烘干时，烘干温度为40摄氏度，烘干时间为3小时。
在一些实施例中，所述聚合物砂浆的制备方法包括：将纤维素类物质与蒸馏水配置成预设比例的溶液，在温度为40摄氏度下进行磁力搅拌2小时，并静置5～10分钟；将所述溶液与砂浆均匀混合，以得到聚合物砂浆。
在一些实施例中，第一聚合物砂浆层的厚度为4～6毫米。
在一些实施例中，纳米化的碳纤维网格层的厚度为8～9毫米。
第二方面，本申请提供了一种碳纤维织物增强水泥基复合材料，所述碳纤维织物增强水泥基复合材料采用上述的碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法制备得到。
在一些实施例中，所述碳纤维织物增强水泥基复合材料为第一聚合物砂浆层/纳米化的碳纤维网格层/第二聚合物砂浆层的结构。
在一些实施例中，所述第一聚合物砂浆层的厚度为4～6毫米；所述纳米化的碳纤维网格层的厚度为8～9毫米。
本申请的有益效果：本申请实施例制备的纳米化的碳纤维网格，充分利用了树枝状大分子的分子结构为树枝状的特性，大大提高了碳纤维表面的润湿性和层间剪切强度；本申请实施例制备的碳纤维织物增强水泥基复合材料充分利用了纤维素能将碳纳米管和矿物离子有效连接的特点，将其运用到碳纤维/砂浆体系中，大大增强了两者的粘接强度。
本申请实施例提供的碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法，制备设备简单，工艺简便，可靠性高，以成本低廉的纤维素作为桥键物质，可重复性强，有良好的应用前景。
附图说明
图1是本申请实施例提供的碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了本申请实施例提供的碳纤维网格和聚合物砂浆握裹力的增强方法的流程示意图。
如图1所示，该增强方法包括以下步骤：
步骤1，制备纳米化的碳纤维网格和聚合物砂浆。
步骤2，将聚合物砂浆涂敷在涂有界面剂的加固对象表面，以形成第一聚合物砂浆层。
步骤3，将纳米化的碳纤维网格平铺到第一聚合物砂浆层表面，以形成纳米化的碳纤维网格层。
步骤4，在纳米化的碳纤维网格层的表面涂敷聚合物砂浆涂层，以形成第二聚合物砂浆层，以增强碳纤维网格和砂浆界面的握裹力。
在一些实施例中，纳米化的碳纤维网格的制备方法包括：
步骤111，裁剪预设尺寸的碳纤维网格放入容器中，并向容器中加入过量的浓硝酸，采用100摄氏度的水浴对容器加热12小时，以得到氧化后的碳纤维网格。
其中，浓硝酸的质量分数为69％。
步骤112，用蒸馏水清洗氧化后的碳纤维网格4～5次，对清洗后的碳纤维网格进行烘干。
其中，烘干温度为40摄氏度，烘干时间为3小时。
步骤113，以树枝状大分子为溶质，二甲基甲酰胺作为溶剂，甲基安六氧磷酸盐氮氧化物为偶联剂，将甲基氨六氧磷酸盐氮氧化物超声溶解在树枝状大分子溶液中配置成10-5～10-3mol/L的溶解液。
步骤114，将烘干后的碳纤维网格在室温环境下浸入所述溶解液中2～6小时。
步骤115，采用去离子水对浸入后的碳纤维网格进行洗涤，并干燥处理。
步骤116，将干燥处理后的碳纤维网格浸入40～70摄氏度的羟基化多壁碳纳米管均匀分散液中搅拌2～6小时。
步骤117，采用去离子水再次对碳纤维网格进行清洗多次，然后采用酒精对碳纤维网格进行清洗，并进行烘干操作，以得到纳米化的碳纤维网格。
需要说明的是，硝酸氧化碳纤维网格能够清除碳纤维网格表面底胶，增加碳纤维表面的粗糙程度。
在碳纤维表面引入羧基等极性基团，能够增加碳纤维网格的表面化学活性。
碳纤维网格表面引入树枝状大分子涂层，能够增加碳纤维网格的表面润湿性，而且，由于树枝状大分子富含氨基，从而能够增加碳纤维网格表面的化学活性。
碳纤维网格表面引入羟基化多壁碳纳米管，能够增加碳纤维网格表面的粗糙程度，与纤维素实现化学连接。
引入纤维素类物质，在改性碳纤维网格与聚合物砂浆界面处形成大量氢键，能够增加两者之间的握裹力，从而提高复合材料的力学性能。
示例性的，纤维素类物质可以包括：聚丙基甲基纤维素(粘度15万)、聚丙基甲基纤维素(20万)、羟甲基纤维素(粘度10万)。
在一些实施例中，聚合物砂浆的制备方法包括：
步骤121，将纤维素类物质与蒸馏水配置成预设比例的溶液，在温度为40摄氏度下进行磁力搅拌2小时，并静置5～10分钟。
步骤122，将所溶液与砂浆均匀混合，以得到聚合物砂浆。
在一些实施例中，第一聚合物砂浆层的厚度为4～6毫米。
在一些实施例中，纳米化的碳纤维网格层的厚度为8～9毫米。
下面结合两个具体的示例来对本申请实施例提供的碳纤维网格和聚合物砂浆握裹力的增强方法来进行详细的说明。
示例1：
将0.05克树枝状大分子和0.005克HATU(2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐)为原料，溶于100毫升二甲基甲酰胺中，超声3小时；然后将硝酸氧化的碳纤维网格浸入溶液中3小时；然后将洗涤干燥后的碳纤维网格再次浸入分散均匀的碳纳米管溶液中，60摄氏度搅拌4小时得到表面纳米化的碳纤维网格。
然后用去离子水清洗多次，最后用酒精清洗，烘干备用。将294毫克纤维素溶解于98克蒸馏水中，40摄氏度磁力搅拌2小时，静置10分钟，与600克聚合物混合均匀得到改性聚合物砂浆，将砂浆与上述表面纳米化的碳纤维网格制备成砂浆/碳纤维/砂浆三明治体系复合材料。
试样在20摄氏度和70％相对湿度的实验室条件下固化28天。
示例2：
将0.1克树枝状大分子和0.005克HATU(2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐)为原料，溶于100毫升二甲基甲酰胺中，超声3小时；然后将硝酸氧化的碳纤维网格浸入溶液中3小时；然后将洗涤干燥后的碳纤维网格再次浸入分散均匀的碳纳米管溶液中，60摄氏度搅拌4小时得到表面纳米化的碳纤维。
然后用去离子水清洗多次，最后用酒精清洗，烘干备用。将392毫克纤维素溶解于98克蒸馏水中，40摄氏度磁力搅拌2小时，静置10分钟，与600克聚合物混合均匀得到改性聚合物砂浆，将砂浆与上述表面纳米化的碳纤维网格制备成砂浆/碳纤维/砂浆三明治体系复合材料。
试样在20摄氏度和70％相对湿度的实验室条件下固化14天。
第二方面，本申请还提供了一种复合材料，该复合材料采用上述的碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法制备得到。
复合材料的结构为第一聚合物砂浆层/纳米化的碳纤维网格层/第二聚合物砂浆层。
其中，第一聚合物砂浆层的厚度为4～6毫米；纳米化的碳纤维网格层的厚度为8～9毫米。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法，其特征在于，包括：
制备纳米化的碳纤维网格和聚合物砂浆；
将所述聚合物砂浆涂敷在涂有界面剂的加固对象表面，以形成第一聚合物砂浆层；
将所述纳米化的碳纤维网格平铺到所述第一聚合物砂浆层表面，以形成纳米化的碳纤维网格层；
在所述纳米化的碳纤维网格层的表面涂敷所述聚合物砂浆涂层，以形成第二聚合物砂浆层，以增强碳纤维网格和砂浆界面的握裹力。
2.根据权利要求1所述的碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法，其特征在于，所述纳米化的碳纤维网格的制备方法包括：
裁剪预设尺寸的碳纤维网格放入容器中，并向容器中加入过量的浓硝酸，采用100摄氏度的水浴对容器加热12小时，以得到氧化后的碳纤维网格；
用蒸馏水清洗氧化后的碳纤维网格4～5次，对清洗后的碳纤维网格进行烘干；
以树枝状大分子为溶质，二甲基甲酰胺作为溶剂，甲基安六氧磷酸盐氮氧化物为偶联剂，将甲基氨六氧磷酸盐氮氧化物超声溶解在树枝状大分子溶液中配置成10-5～10-3mol/L的溶解液；
将烘干后的碳纤维网格在室温环境下浸入所述溶解液中2～6小时；
采用去离子水对浸入后的碳纤维网格进行洗涤，并干燥处理；
将干燥处理后的碳纤维网格浸入40～70摄氏度的羟基化多壁碳纳米管均匀分散液中搅拌2～6小时；
采用去离子水再次对碳纤维网格进行清洗多次，然后采用酒精对碳纤维网格进行清洗，并进行烘干操作，以得到纳米化的碳纤维网格。
3.根据权利要求2所述的碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法，其特征在于，所述浓硝酸的质量分数为69％。
4.根据权利要求2所述的碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法，其特征在于，对清洗后的碳纤维网格进行烘干时，烘干温度为40摄氏度，烘干时间为3小时。
5.根据权利要求1所述的碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法，其特征在于，所述聚合物砂浆的制备方法包括：
将纤维素类物质与蒸馏水配置成预设比例的溶液，在温度为40摄氏度下进行磁力搅拌2小时，并静置5～10分钟；
将所述溶液与砂浆均匀混合，以得到聚合物砂浆。
6.根据权利要求1所述的碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法，其特征在于，第一聚合物砂浆层的厚度为4～6毫米。
7.根据权利要求1所述的碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法，其特征在于，纳米化的碳纤维网格层的厚度为8～9毫米。
8.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料采用权利要求1至7中任一项所述的碳纤维网格和砂浆界面握裹力的增强方法制备得到。
9.根据权利要求8所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料为第一聚合物砂浆层/纳米化的碳纤维网格层/第二聚合物砂浆层的结构。
10.根据权利要求9所述的复合材料，其特征在于，
所述第一聚合物砂浆层的厚度为4～6毫米；
所述纳米化的碳纤维网格层的厚度为8～9毫米。
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Application publication date: 20190820