CN113999486A - 增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及聚氨酯环氧树脂领域，具体公开了一种增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂及其制备方法。聚氨酯环氧树脂由A组分和B组分组成，A组分包括以下重量份的原料：双酚A型环氧树脂100份，聚氨酯2.5‑5份，聚丁二烯橡胶2.5‑5份，纳米增韧剂0.2‑0.5份，石墨烯0.1‑0.5份，润湿分散剂1‑3份，凹凸棒土1‑5份，抗UV阻隔剂1‑3份，偶联剂0.5‑1份，脱模剂1‑3份；B组分包括以下重量份的原料：固化剂82‑86份，促进剂1‑3份。本申请的聚氨酯环氧树脂可用于碳纤维输电杆塔复合材料的制备，能够大幅提高输电杆塔的综合力学性能和疲劳性能，使用寿命长。

Description

增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量 聚氨酯环氧树脂及其制备方法
技术领域
本申请涉及聚氨酯环氧树脂领域，更具体地说，它涉及一种增强碳纤维复合材料输 电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂及其制备方法。
背景技术
电杆、电塔结构是输电、通讯、铁路、机场、市政等基础设施中一类重要的特种支撑结构物，其结构性能直接影响线路的安全性、经济性和可靠性。传统输电杆塔主要为混凝土材质和钢材质，这两种材质的输电杆塔普遍存在易锈蚀、易腐烂、易开裂的缺陷，再加上长期裸露在外受到风雨、大气污秽、雷击、鸟害等的影响，使用寿命较短，容易出现各种安全隐患，并且这两种材质都比较重，施工运输和运行维护困难，安装成本高。
目前，输电杆塔开始朝着高性能、轻量化的方向研究，复合材料成本了研究上的重点，如玻璃纤维，玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高的优点，密度在2.5-2.76g/cm3之间，质量较轻，但玻璃纤维比较脆， 耐磨性较差，在恶劣天气中容易折断。
为了提高输电杆塔强度，研究又将方向转移到了碳纤维复合材料上，碳纤维的轴向 强度和模量高，与玻璃纤维相比，其杨氏模量是玻璃纤维的3倍多，比性能高，且密度仅为 1.75-1.95g/cm3之间，质量更轻，并且还具有优异的耐高温性能、耐老化性能、耐腐蚀性能。 碳纤维复合材质在加工时大多通过拉挤成型工艺，通过将碳纤维材料在聚氨酯环氧树脂中浸 润并加热使树脂固化，制成碳纤维复合材料预浸料。聚氨酯环氧树脂具有较高的柔曲性和回 弹性，使碳纤维复合材料在具有良好的强度的同时，也具有一定韧性和耐腐蚀性，以便于输 电杆塔抵抗强风等恶劣天气，因此聚氨酯环氧树脂材料的性能对于碳纤维复合材料性能的影 响很大。
针对上述中的相关技术，发明人认为相关技术中输电杆塔的制备材料存在综合力学 性能和疲劳性能较弱的缺陷。
发明内容
为了提高输电杆塔制备材料的综合力学性能和疲劳性能，本申请提供一种增强碳纤 维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性 模量聚氨酯环氧树脂，采用如下的技术方案：
一种增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂，由A组 分和B组分组成；
所述A组分包括以下重量份的原料：
双酚A型环氧树脂100份
聚氨酯2.5-5份
聚丁二烯橡胶2.5-5份
纳米增韧剂0.2-0.5份
石墨烯0.1-0.5份
润湿分散剂1-3份
凹凸棒土1-5份
抗UV阻隔剂1-3份
偶联剂0.5-1份
脱模剂1-3份；
所述B组分包括以下重量份的原料：
固化剂82-86份
促进剂1-3份。
本申请中的聚氨酯环氧树脂具有质轻、高强度、高抗冲击、高弹性模量的优点，其综合力学性能和疲劳性能优异，邵氏硬度、户外老化耐黄变保持时间、玻璃化转变温度、拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、断裂伸长率、断裂韧性等性能大幅提高，尤其是在冲击强度、断裂伸长率、断裂韧性这些性能指标尤为突显，冲击强度能够达到62KJ/m2，断裂伸长率能够达到8.8％，断裂韧性KIC能够达到1.636MPa/m2，复合了本申 请聚氨酯环氧树脂的碳纤维材料制得的输电杆塔能够很好地抵抗强风、暴雪、覆冰、地震等 恶劣天气及自然灾害；采用本申请中的聚氨酯环氧树脂制得的碳纤维复合材料输电杆塔的质量约为混凝土材质输电杆塔的1/16，为钢质输电杆塔的1/3，比目前的复合材料输电杆塔轻30-40％，可大幅度降低运输和施工安装成本，尤其是在难以到达的山林和偏远地区，可通过直升机运载，安装速度更快，节省人力，并且还具有很好的化学稳定性和耐候性能，超抗腐蚀、超耐酸碱、超耐盐及有机溶剂等腐蚀介质，因此能够很好地适应沿海地区、内陆盐渍土地区、酸雨多发地区以及工业区等对输电杆塔有特殊防腐要求的环境，使用时间可达60年，另外复合了本申请聚氨酯环氧树脂的碳纤维材料还具有优良的电气绝缘性，可大大降低 输电杆塔出现雷击事故的可能性，降低输电杆塔底座电磁场对周围环境的影响，保护土地资 源，安全环保。
纳米增韧剂能够大大提高聚氨酯环氧树脂的综合力学性能和疲劳性能，能够在保持 环氧树脂本体综合力学性能稳定的基础上，增强树脂基体与碳纤维间的界面结合，从而进一 步提高了碳纤维增强复合材料的综合力学性能和疲劳性能。
石墨烯能够提高聚氨酯环氧树脂的强度和韧性，有利于提高制备的碳纤维复合材料 的综合力学性能，凹凸棒土与石墨烯相配合起到协同作用，有利于进一步提高聚氨酯环氧树 脂的强度和韧性，并且凹凸棒土也有利于体系内的组分相互结合。
润湿分散剂能够加强聚氨酯环氧树脂对碳纤维的浸润性，加强分散效果，有利于聚氨 酯环氧树脂更均匀的融合到碳纤维之间。
抗UV阻隔剂能够有效地提高聚氨酯环氧树脂的耐候性能和耐老化性能，使聚氨酯环 氧树脂在室内环境下耐黄变时间长达10年，能够很好地满足输电杆塔的应用场景，对恶劣 的应用环境也有很好的抗性，使用寿命长。
偶联剂能够在聚氨酯环氧树脂与碳纤维粘接界面间形成强力较高的化学键，很好地 将聚氨酯环氧树脂和碳纤维结合，增加环氧树脂和碳纤维之间的相容性和粘结性，有利于原 料的混合。
脱模剂的作用是便于在后期加工时将固化成型的聚氨酯环氧树脂产品轻松地从模具 上分离开来，从而得到光滑平整的环氧树脂产品，并保证模具的多次使用。
固化剂和促进剂能够极大降低体系的固化温度和时间，可实现此类体系的中低温固 化，便于聚氨酯环氧树脂的制备。
优选的，所述A组分和所述B组分的重量比为100：(82-86)。
通过采用上述技术方案，将A组分和B组分的重量比控制在100：(82-86)制得的聚氨酯环氧树脂的各性能更好且更平衡，当A组分占比过多时，固化后的聚氨酯环氧树脂硬度过高、钢性太大，受力时容易开裂，当B组分占比过多时，固化后的聚氨酯环氧树脂太 软，硬度达不到要求，影响体育器材的使用性能，并且B组分占比过多也会导致聚氨酯环 氧树脂的表面现象不美观，透明度降低。
优选的，所述石墨烯的比表面积为260-350m2/g，pH值为6-8，粒径小于10μm。
通过将石墨烯的比表面积控制在260-350m2/g能够使石墨烯与体系内的组分充分接触， 有利于提高聚氨酯环氧树脂的强度和韧性，pH值控制在6-8有利于保证A组分的正常反应 结合，粒径控制在小于10μm的范围内有利于石墨烯在体系内均匀地分散。
优选的，所述纳米增韧剂的粒径小于50nm，所述纳米增韧剂中钛系化合物所占的质 量百分比不大于10％。
通过将纳米增韧剂的粒径控制在小于50nm的范围内有利于纳米增韧剂均匀地分散在 A组分体系内，提高了A组分体系的均匀性，纳米增韧剂中钛系化合物所占的质量百分比 控制在10％以下既能够保证A组分的韧性，又有利于提高A组分的强度。
优选的，所述凹凸棒土的粒径为100-300nm，比表面积为30-50m2/g。
通过将凹凸棒土的粒径控制在100-300nm，有利于凹凸棒土在体系内均匀地分散，比 表面积控制在30-50m2/g有利于体系内组分的结合。
优选的，所述抗UV阻隔剂的粘度为200-300CPS。
优选的，所述润湿分散剂为有机硅双生结构表面活性剂，粘度为1200-1500CPS。
优选的，所述偶联剂的粘度为30-50CPS。
通过采用上述技术方案，将抗UV阻隔剂的粘度控制在200-300CPS，将润湿分散剂的粘度控制在1200-1500CPS，偶联剂的粘度控制在30-50CPS，有利于抗UV阻隔剂、润湿 分散剂以及偶联剂均匀地分散在A组分体系内，方便A组分的制备。
第二方面，本申请提供一种增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性 模量聚氨酯环氧树脂的制备方法，采用如下的技术方案：
一种增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂的制备方法， 所述A组分的制备包括以下步骤：
S1：将双酚A型环氧树脂、将聚氨酯、聚丁二烯橡胶加入搅拌容器中，控制搅拌转速200- 500rpm，搅拌升温至160℃并在160℃下搅拌8小时，得到聚氨酯/环氧树脂/聚丁二烯橡胶 聚合物；
S2：将聚氨酯/环氧树脂/聚丁二烯橡胶聚合物自然降温至100℃，加入纳米增韧剂和润湿分 散剂，调整搅拌转速1450-1500rpm并在100℃下搅拌5min，得到中间物；
S3：保持搅拌转速1450-1500rpm，将中间物自然降温至80℃，加入石墨烯和凹凸棒土并在 80℃下搅拌5min，然后加入抗UV阻隔剂、偶联剂和脱模剂，继续在80℃下搅拌10min， 自然降温至常温得到A组分；
所述B组分的制备包括以下步骤：
将固化剂和促进剂加入反应容器中并搅拌升温至60-80℃，控制搅拌转速200-500rpm，在 60-80℃下搅拌10-15min，自然降温至常温得到B组分。
通过采用上述制备方法，工艺简单、操作方便，对设备及工艺参数的条件要求低，生产效率高，并且产品的良品率也高，制得的聚氨酯环氧树脂具备很好的综合力学性能和优 异的疲劳性能。
优选的，所述聚氨酯/环氧树脂/聚丁二烯橡胶聚合物的环氧当量为200-210g/eq。
通过将聚氨酯/环氧树脂/聚丁二烯橡胶聚合物的环氧当量控制在200-210g/eq，有利 于使固化后的聚氨酯环氧树脂具有较高的玻璃化转变温度，提高了聚氨酯环氧树脂的耐老化 性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.本申请制得的聚氨酯环氧树脂具有质轻、高强度、高抗冲击、高弹性模量的优点，其综 合力学性能和疲劳性能优异，各项性能都得到提高，尤其是在冲击强度、断裂伸长率、断裂 韧性这些性能指标尤为突显，冲击强度能够达到62KJ/m2，断裂伸长率能够达到8.8％，断 裂韧性KIC能够达到1.636MPa/m2，复合了本申请聚氨酯环氧树脂的碳纤维材料制得的输 电杆塔能够很好地抵抗强风、暴雪、覆冰、地震等恶劣天气及自然灾害，并且质量仅为混凝 土材质输电杆塔的1/16，为钢质输电杆塔的1/3，比目前的复合材料输电杆塔轻30-40％，可 大幅度降低运输和施工安装成本，便于在难以到达的山林和偏远地区安装，同时还具有很好 的化学稳定性和耐候性能，超抗腐蚀、超耐酸碱、超耐盐及有机溶剂等腐蚀介质，因此能够 很好地适应沿海地区、内陆盐渍土地区、酸雨多发地区以及工业区等对输电杆塔有特殊防腐 要求的环境，使用时间可达60年，另外复合了本申请聚氨酯环氧树脂的碳纤维材料还具有 优良的电气绝缘性，可大大降低输电杆塔出现雷击事故的可能性，降低输电杆塔底座电磁场 对周围环境的影响，保护土地资源，安全环保。
2.本申请的制备方法工艺简单、操作方便，对设备及工艺参数的条件要求低，生产效率高，产品的良品率高，制得的聚氨酯环氧树脂具备很好的综合力学性能和优异的疲劳性 能。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面将结合本申请实施例的表格及数据，对本申请实施例 中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在理解本申请的发明构 思前提下所获得的其他实施例，都属于本申请保护的范围内。
输电杆塔作为基建中非常重要的一类，其结构性能直接影响线路的安全性、经济性 和可靠性。传统的混凝土材质和钢材质输电杆塔易锈蚀、易腐烂、易开裂，长期裸露在外受 到风雨、大气污秽、雷击、鸟害等的影响，使用寿命较短，容易出现各种安全隐患，并且这两种材质都比较重，施工运输和运行维护困难，安装成本高。
为了使输电杆塔朝着轻量化、高性能发展，研究将方向转移到了碳纤维复合材料上， 碳纤维的轴向强度和模量高，比性能高，且密度仅为1.75-1.95g/cm3之间，质量更轻，并且 还具有优异的耐高温性能、耐老化性能、耐腐蚀性能。碳纤维复合材质在加工时大多通过拉 挤成型工艺，通过将碳纤维材料在聚氨酯环氧树脂中浸润并加热使树脂固化支撑预浸料。聚 氨酯环氧树脂具有较高的柔曲性和回弹性，使碳纤维复合材料在具有良好的强度的同时，也 具有一定韧性和耐腐蚀性。本申请通过大量研究发现了一种聚氨酯环氧树脂，能够大幅提高 发明碳纤维复合材料的综合力学性能和疲劳性能。
为了更方便理解本申请的技术方案，以下结合表格和实施例对本申请作进一步详细 说明，但不作为本申请限定的保护范围。
实施例
本实施例公开了一种增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚 氨酯环氧树脂，由A组分和B组分组成：
A组分包括以下重量份的原料：
双酚A型环氧树脂100份
聚氨酯2.5-5份
聚丁二烯橡胶2.5-5份
纳米增韧剂0.2-0.5份
石墨烯0.1-0.5份
润湿分散剂1-3份
凹凸棒土1-5份
抗UV阻隔剂1-3份
偶联剂0.5-1份
脱模剂1-3份；
B组分包括以下重量份的原料：
固化剂82-86份
促进剂1-3份；
A组分和B组分的重量比为100：(82-86)。
A组分的制备包括如下步骤：
S1将双酚A型环氧树脂、将聚氨酯(粉末)、聚丁二烯橡胶(粉末)加入搅拌容器中，调整 搅拌转速为350±150rpm，搅拌升温至160℃并在160℃下搅拌8小时，得到聚氨酯/环氧树 脂/聚丁二烯橡胶聚合物，制得的聚氨酯/环氧树脂/聚丁二烯橡胶聚合物的环氧当量为205±5 g/eq；
S2将聚氨酯/环氧树脂/聚丁二烯橡胶聚合物自然降温至100℃，加入纳米增韧剂和润湿分散 剂，调整搅拌转速为1475±25rpm，在100℃下搅拌5min，得到中间物；
S3将中间物自然降温至80℃，保持搅拌转速为1475±25rpm，加入石墨烯和凹凸棒土并在 80℃下搅拌5min，然后加入抗UV阻隔剂、偶联剂和脱模剂，继续在80℃下搅拌10min， 自然降温至常温得到A组分。
B组分的制备包括如下步骤：
将固化剂和促进剂加入反应容器中，调整搅拌转速为350±150rpm，搅拌升温至70℃，在 70℃下搅拌15min，自然降温至常温得到B组分。
实施例中的原料均由市场购买获得，其中：
双酚A型环氧树脂选自上海凯茵化工，型号为NPEL-128，25℃时粘度为12000-15000CPS； 聚氨酯粉末选自拜耳增强阻燃级聚氨酯8601，或德国巴斯夫耐磨聚氨酯95A；
聚丁二烯橡胶为溶聚丁二烯橡胶；
纳米增韧剂为深材科技(深圳)有限公司生产的超强纳米增韧剂，型号为SC-818，该增韧剂为 浅黄色透明液体且含有纳米级钛系化合物，纳米级钛系化合物的粒径小于50nm，纳米级钛 系化合物所占的质量百分比不大于10％；
石墨烯为增强增韧型石墨烯，比表面积为260-350m2/g，pH值为6-8，粒径小于10μm；
润湿分散剂为有机硅双生结构表面活性剂，透明液体，25℃时粘度为1200-1500CPS；
凹凸棒土的粒径为100-300nm，比表面积为30-50m2/g；
抗UV阻隔剂为纳米抗UV阻隔剂，透明液体，25℃时粘度为200-300CPS；
偶联剂选自道康宁6040，透明液体，25℃时粘度为30-50CPS；
脱模剂选自毕克化学，型号为BYK-P9912；
固化剂为甲基六氢苯酐AMT-700；
促进剂型号为Hycat3100S。
设置实施例1-5，实施例1-5的A组分和B组分的重量比不相同，具体配比如表1。
表1：实施例1-5的配比数据
Figure BDA0002869858560000071
Figure BDA0002869858560000081
对比例
对比例1：与实施例1的区别在于，不添加纳米增韧剂。
对比例2：与实施例1的区别在于，纳米增韧剂替换为美国CVC公司生产的CTBN，CTBN为透明液体，添加量为双酚A型环氧树脂重量的5％。
对比例3：一种日本某品牌市售聚氨酯环氧树脂，该环氧树脂为半透明液体，25℃时 粘度为16000-26000CPS。
对比例4：一种美国某品牌市售聚氨酯环氧树脂，该环氧树脂为浅黄色液体，25℃时 粘度为15000-25000CPS。
对比例5：一种美国某品牌市售聚氨酯环氧树脂，该环氧树脂为浅黄色液体，25℃时 粘度为13000-25000CPS。
性能检测试验
分别将实施例1-5以及对比例1-2中的A组分和B组分进行混合，制得聚氨酯环氧树脂，根 据检测性能的不同按照性能检测标准将实施例1-5以及对比例1-5中的聚氨酯环氧树脂分别 浇铸为不同的标准浇铸体，先在120℃下固化2小时，接着在160℃下继续固化3小时，然 后进行下列性能检测。
邵氏硬度D检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，采用邵氏D 硬度计进行测试，测试结果取平均值。
拉伸强度检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
拉伸模量检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
弯曲强度检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
弯曲模量检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
冲击强度检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照标准 TP/1449进行测试，测试结果取平均值。
断裂伸长率检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准 GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
断裂韧性KIC检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国际标准GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
户外老化耐黄变保持时间检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个， 将浇铸体放置于户外暴露环境下进行老化黄变测试，黄变时间取平均值。
玻璃化转变温度TG检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准GB/T 19466.2进行检测，检测结果取平均值。
实施例1-5的性能检测数据参见表2，对比例1-5的性能检测数据参见表3。
表2：实施例1-5的性能检测数据
Figure BDA0002869858560000091
表3：对比例1-5的性能检测数据
Figure BDA0002869858560000092
Figure BDA0002869858560000101
对比实施例1-5和对比例1并结合表2和表3的数据可以看出，添加了纳米增韧剂的聚氨酯环氧树脂的各项性能均优于不添加增韧剂的聚氨酯环氧树脂，并且各项性能均比较优 异，可得知纳米增韧剂对于聚氨酯环氧树脂性能的提升有很大的帮助。随着纳米增韧剂用量 的增加，聚氨酯环氧树脂的性能逐渐变优，其中以实施例5中A组分与B组分配比的聚氨 酯环氧树脂的性能更优，其邵氏硬度能够达到90D，拉伸强度能够达到85.2MPa，拉伸模量 能够达到3580MPa，弯曲强度能够达到151.9MPa，弯曲模量能够达到3529MPa，冲击强度能够达到62KJ/m2，断裂伸长率能够达到8.8％，断裂韧性KIC能够达到1.636MPa/m2，综 合力学性能和疲劳性能优异。另外还有很好的抗紫外线能力，户外老化耐黄变时间长达123 个月，玻璃化转变温度能够达到135℃，能够很好地适应输电杆塔的使用环境，使用寿命长。
对比实施例1-5和对比例2并结合表2和表3的数据可以看出，使用美国CVC公司 生产的CTBN作为增韧剂的聚氨酯环氧树脂的各项性能相比于对比例1-5中的聚氨酯环氧树脂均有下降，并且实施例5中纳米增韧剂的用量远小于对比例1中CTBN的用量，可得知 纳米增韧剂对于聚氨酯环氧树脂性能的提升效果更好。
对比实施例1-5和对比例3-5并结合表2和表3的数据可以看出，实施例1-5中聚氨酯环氧树脂的邵氏硬度、拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、断裂伸长率、断裂韧性、玻璃化转变温度以及耐黄变性能均优于对比例3-5中市面出售的国际品牌的聚氨酯环氧树脂，说明本申请中的聚氨酯环氧树脂性能非常优异，各项性能的提升很大，尤其是断裂韧性的提升幅度达到了251％。
设置实施例6：取实施例5中重量配比的A组分10份，固化剂8份，2-乙基-4-甲基 咪2份，搅拌混合并在120℃下固化2小时，然后在160℃下继续固化3小时，制成直径为 30mm的绝缘棒。
设置对比例6：实施例6包括普通环氧树脂10份，固化剂8份，2-乙基-4-甲基咪2份，搅拌混合并在120℃下固化2小时，然后在160℃下继续固化3小时，制成直径为 30mm的绝缘棒。
实施例6和对比例6中的固化剂均采用浙江正大新材料科技有限公司的产品，型号为910，对比例6中的普通环氧树脂采用凤凰牌环氧树脂128。
从实施例6和对比例6中各取5个绝缘棒进行以下性能测试，实施例6绝缘棒的测试结果见表4，对比例6绝缘棒的测试结果见表5。
表4：实施例6绝缘棒的性能检测数据
Figure BDA0002869858560000111
表5：对比例6绝缘棒的性能检测数据
Figure BDA0002869858560000112
Figure BDA0002869858560000121
对比实施例6和对比例6并结合表4和表5的数据可以看出，本申请的聚氨酯环氧树脂的巴氏硬度、热态抗弯强度、冷态抗弯强度、拉伸破坏强度、拉伸模量等力学性能均优于对比例6中的普通环氧树脂，并且本申请的聚氨酯环氧树脂的吸水率和吸红时间均优于对 比例6中的普通环氧树脂，可见本申请的聚氨酯环氧树脂具有优异的防水防渗性能，对强风、 暴晒、暴雨、暴雪、覆冰、地震等恶劣天气及自然灾害的抵抗能力很强，使用寿命长。在电 学性能上，本申请的聚氨酯环氧树脂的击穿电压、水扩散泄漏电流、体积电阻率也均优于对 比例6中的普通环氧树脂，电气绝缘性，可大大降低输电杆塔出现雷击事故的可能性。
另外，经测试，采用本申请中的聚氨酯环氧树脂制得的碳纤维复合材料输电杆塔的 质量仅为混凝土材质输电杆塔的1/16，为钢质输电杆塔的1/3，比目前的复合材料输电杆塔 轻30-40％，大幅降低了在难以到达的山林和偏远地区的安装难度，提高安装效率，节省人 力。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员 在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造
性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂，其特征在于，由A组分和B组分组成；
所述A组分包括以下重量份的原料：
双酚A型环氧树脂100份
聚氨酯2.5-5份
聚丁二烯橡胶2.5-5份
纳米增韧剂0.2-0.5份
石墨烯0.1-0.5份
润湿分散剂1-3份
凹凸棒土1-5份
抗UV阻隔剂1-3份
偶联剂0.5-1份
脱模剂1-3份；
所述B组分包括以下重量份的原料：
固化剂82-86份
促进剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂，其特征在于：所述A组分和所述B组分的重量比为100：(82-86)。
3.根据权利要求1所述的增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂，其特征在于：所述石墨烯的比表面积为260-350m2/g，pH值为6-8，粒径小于10μm。
4.根据权利要求1所述的增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂，其特征在于：所述纳米增韧剂的粒径小于50nm，所述纳米增韧剂中钛系化合物所占的质量百分比不大于10％。
5.根据权利要求1所述的增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂，其特征在于：所述凹凸棒土的粒径为100-300nm，比表面积为30-50m2/g。
6.根据权利要求1所述的增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂，其特征在于：所述抗UV阻隔剂的粘度为200-300CPS。
7.根据权利要求1所述的增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂，其特征在于：所述润湿分散剂为有机硅双生结构表面活性剂，粘度为1200-1500CPS。
8.根据权利要求1所述的增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂，其特征在于：所述偶联剂的粘度为30-50CPS。
9.权利要求1-8任一所述的增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂的制备方法，其特征在于，所述A组分的制备包括以下步骤：
S1：将双酚A型环氧树脂、将聚氨酯、聚丁二烯橡胶加入搅拌容器中，控制搅拌转速200-500rpm，搅拌升温至160℃并在160℃下搅拌8小时，得到聚氨酯/环氧树脂/聚丁二烯橡胶聚合物；
S2：将聚氨酯/环氧树脂/聚丁二烯橡胶聚合物自然降温至100℃，加入纳米增韧剂和润湿分散剂，调整搅拌转速1450-1500rpm并在100℃下搅拌5min，得到中间物；
S3：保持搅拌转速1450-1500rpm，将中间物自然降温至80℃，加入石墨烯和凹凸棒土并在80℃下搅拌5min，然后加入抗UV阻隔剂、偶联剂和脱模剂，继续在80℃下搅拌10min，自然降温至常温得到A组分；
所述B组分的制备包括以下步骤：
将固化剂和促进剂加入反应容器中并搅拌升温至60-80℃，控制搅拌转速200-500rpm，在60-80℃下搅拌10-15min，自然降温至常温得到B组分。
10.根据权利要求9所述的增强碳纤维复合材料输电杆塔用纳米改性高强度高弹性模量聚氨酯环氧树脂的制备方法，其特征在于：所述聚氨酯/环氧树脂/聚丁二烯橡胶聚合物的环氧当量为200-210g/eq。
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