CN116355388A - 一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架 - Google Patents
一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，所述聚氨酯防腐蚀复合材料支架采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成；所述聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下原料组分：芳香族聚氨酯树脂40‑45份、异氰酸酯36‑50份、聚酯多元醇30‑70份、纳米二氧化硅2‑5份、纳米钛酸钡2‑5份、纳米蒙脱土9‑15份、碳酸钙9‑17份、改性石墨烯6‑9份、氨基改性硅油7‑12份、玻璃纤维布70‑95份、短切碳纤维50‑65份。本聚氨酯防腐蚀复合材料支架的耐腐蚀性强，力学性能(抗拉伸强度和抗弯折强度)优异。
Description
技术领域
本发明一般地涉及光伏支架技术领域。更具体地，本发明涉及一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
背景技术
随着环境形势的日益恶化，人们对新的可再生资源的需求越来越强烈，由此太阳能作为一种新能源而进入人们的视野，且越来越受到重视。在日常生活中，用到的太阳能资源有太阳能热水器、太阳能路灯及光伏发电等。随着光伏行业的不断发展，系统电压相对提高，对封装材料的绝缘性也随之更加严格。当下为了解决光伏电站土地稀缺的问题，在沿海滩涂、海上岛屿、湖泊、池塘、水库、化工厂屋顶等恶劣环境下建造电站将成为趋势。
目前用于太阳能光伏支架的材料主要是铝合金材料，但是，铝合金材料制成的太阳能光伏支架存在耐腐蚀性差和抗折强度低的问题，直接用在沿海滩涂、海上岛屿、湖泊、池塘、水库、化工厂屋顶等恶劣环境中，容易因受到外力冲击而变形，或者受到酸碱腐蚀，导致无法继续正常使用。因此，需要提供一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明提供一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，以解决现有技术中常见的铝合金材料支架耐腐蚀性差和抗弯折强度低的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用如下技术方案：。
一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，所述聚氨酯防腐蚀复合材料支架采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成；
所述聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂40-45份、异氰酸酯36-50份、聚酯多元醇30-70份、纳米二氧化硅2-5份、纳米钛酸钡2-5份、纳米蒙脱土9-15份、碳酸钙9-17份、改性石墨烯6-9份、氨基改性硅油7-12份、玻璃纤维布70-95份和短切碳纤维50-65份。
本发明聚氨酯防腐蚀复合材料的原材料中包括芳香族聚氨酯树脂、异氰酸酯和聚酯多元醇，芳香族聚酯的耐酸碱腐蚀性能明显优于脂肪族聚酯，这一方面是由于其链段中易水解的酯基浓度低，另一方面，芳香基团的空间屏蔽效应阻碍了介质分子对酯基的攻击；异氰酸酯和聚酯多元醇构成聚氨酯硬段，分子间作用力强，分子空间排列紧密，以致介质分子难渗入，使耐腐蚀性更强。
原材料中的纳米蒙脱土和碳酸钙均为增强填料，与聚氨酯分子之间的键合作用可以提高聚氨酯的水解稳定性，从而提高在弱的酸碱介质中的耐腐蚀性，但是，在强酸性介质中，增强填料纳米蒙脱土和碳酸钙的加人反而对聚氨酯的耐腐蚀性产生不利的影响，原因是纳米蒙脱土和碳酸钙与强酸性介质发生了化学反应而溶解，从而造成耐腐蚀性能方面的缺陷；硅油本身具有低表面能和憎水性，可降低聚氨酯的吸水性，从而提高耐腐蚀性，但是，硅氧键在酸性环境中不稳定，而氨基改性硅油因为增加了化学交联的缘故，可提高聚氨酯复合材料对强酸性溶液的耐腐蚀性，进而弥补纳米蒙脱土和碳酸钙在强酸性介质中造成的耐腐蚀性能方面的缺陷，使得聚氨酯复合材料在强酸性环境中也能具备优异的耐腐蚀性。
原材料中的改性石墨烯与末端含异氰酸酯的聚氨酯混合，通过伯氨基与异氰酸酯之间的反应使得两者之间存在共价键，提升两者之间存在的界面作用力，提升聚氨酯复合材料的力学性能(抗拉伸强度和抗弯折强度)。
进一步的，所述改性石墨烯的具体制备方法如下：
A1、将氧化石墨粉末加入二甲基甲酰胺中，超声分散100-120min，得到氧化石墨烯分散液；
A2、将2，4-甲苯二异氰酸酯加入步骤A1所得氧化石墨烯分散液中，超声10-15min，混匀，得到混合液；
A3、将A2所得混合液在90℃条件下水浴磁力搅拌回流反应24h，然后用平均孔径为0.2μm的聚丙烯薄膜过滤，并用乙醇和去离子水交替洗涤5-7次，即得改性石墨烯。
通过上述技术方案，以2,4﹣甲苯二异氰酸酯为架桥剂，制备得到表面含伯胺基团的改性石墨烯，这个过程中，由于2,4﹣甲苯二异氰酸酯在与氧化石墨烯反应后，在石墨烯层间充当纳米空间阻隔片的作用，起到抑制石墨烯片层堆叠的作用，导致石墨烯片层层间位错随机不规整排列，同时，由于含氧官能团的大量消除，石墨烯层结构缺陷增多，从而表面更加粗糙，能够增强与聚氨酯混合连接的机械连接强度，进而提升聚氨酯复合材料的力学性能(抗拉伸强度和抗弯折强度)；与此同时，该改性石墨烯与末端含异氰酸酯的聚氨酯混合，通过伯氨基与异氰酸酯之间的反应使得两者之间存在共价键，提升两者之间存在的界面作用力，进一步提升聚氨酯复合材料的力学性能(抗拉伸强度和抗弯折强度)。
进一步的，A1中，所述氧化石墨粉末与二甲基甲酰胺的用量比例为：
每1000ml的二甲基甲酰胺中加入氧化石墨粉末的质量为1g；
制得氧化石墨烯分散液的浓度为1mg/ml。
进一步的，A2中，所述2，4-甲苯二异氰酸酯的用量为2g。
进一步的，所述氨基改性硅油的具体制备方法如下：
B1、向三口烧瓶中加入α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，再加入KOH，三口烧瓶连接搅拌器和回流冷凝管，通氮气气氛保护，搅拌升温，在90℃下反应5h，得到无色透明粘稠液体；
B2、向B1所得无色透明粘稠液体中加入环氧聚醚和溶剂，降温至75℃，保持4h，然后，减压脱除溶剂和低沸物，得无色透明溶液，即为氨基改性硅油。
通过上述技术方案，以α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和环氧聚醚合成氨基改性硅油，因为增加了化学交联的缘故，原位聚合，提高聚氨酯复合材料对强酸性溶液的耐腐蚀性。
进一步的，所述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1。
进一步的，所述无色透明粘稠液体与环氧聚醚和溶剂的质量比为1:0.8-1.2:1。
进一步的，所述KOH的加入质量为α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷质量之和的1/220-1/200。
所述氨基改性硅油的合成方程式如下：
其中，
进一步的，所述聚氨酯防腐蚀复合材料支架的制备方法，包括如下步骤：
S1、将芳香族聚氨酯树脂、异氰酸酯、聚酯多元醇、纳米二氧化硅、纳米钛酸钡、纳米蒙脱土、碳酸钙、改性石墨烯和氨基改性硅油混合，并且搅拌均匀，得到混合树脂；
S2、将短切碳纤维加入S1所得混合树脂中，并且通过超声波振动和搅拌分散，形成混合液；
S3、将S2所得混合液置入模具的浸胶槽内，与此同时，将玻璃纤维布在模具的浸胶槽内均匀排布，浸透，得到聚氨酯防腐蚀复合材料；
S4、采用拉挤成型机对S3所得聚氨酯防腐蚀复合材料进行拉挤成型操作；
S5、待聚氨酯防腐蚀复合材料通过模具尾端时，降温脱模，得到支架构件，对支架构件进行组装、连接，即得聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
进一步的，S4中，采用拉挤成型机对聚氨酯防腐蚀复合材料进行拉挤成型操作时，模具温度为110℃-135℃，牵引速度为0.5m/min-0.8m/min。
有益效果是：
本发明聚氨酯防腐蚀复合材料的原材料中包括芳香族聚氨酯树脂、异氰酸酯和聚酯多元醇，芳香族聚酯的耐酸碱腐蚀性能明显优于脂肪族聚酯，这一方面是由于其链段中易水解的酯基浓度低，另一方面，芳香基团的空间屏蔽效应阻碍了介质分子对酯基的攻击；异氰酸酯和聚酯多元醇构成聚氨酯硬段，分子间作用力强，分子空间排列紧密，以致介质分子难渗入，使耐腐蚀性更强；
原材料中的纳米蒙脱土和碳酸钙均为增强填料，与聚氨酯分子之间的键合作用可以提高聚氨酯的水解稳定性，从而提高在弱的酸碱介质中的耐腐蚀性，但是，在强酸性介质中，增强填料纳米蒙脱土和碳酸钙的加人反而对聚氨酯的耐腐蚀性产生不利的影响，原因是纳米蒙脱土和碳酸钙与强酸性介质发生了化学反应而溶解，从而造成耐腐蚀性能方面的缺陷；硅油本身具有低表面能和憎水性，可降低聚氨酯的吸水性，从而提高耐腐蚀性，但是，硅氧键在酸性环境中不稳定，而氨基改性硅油因为增加了化学交联的缘故，可提高聚氨酯复合材料对强酸性溶液的耐腐蚀性，进而弥补纳米蒙脱土和碳酸钙在强酸性介质中造成的耐腐蚀性能方面的缺陷，使得聚氨酯复合材料在强酸性环境中也能具备优异的耐腐蚀性；
原材料中的改性石墨烯与末端含异氰酸酯的聚氨酯混合，通过伯氨基与异氰酸酯之间的反应使得两者之间存在共价键，提升两者之间存在的界面作用力，提升聚氨酯复合材料的力学性能(抗拉伸强度和抗弯折强度)；
本发明以α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和环氧聚醚合成氨基改性硅油，因为增加了化学交联的缘故，原位聚合，提高聚氨酯复合材料对强酸性溶液的耐腐蚀性；
本发明以2,4﹣甲苯二异氰酸酯为架桥剂，制备得到表面含伯胺基团的改性石墨烯，这个过程中，由于2,4﹣甲苯二异氰酸酯在与氧化石墨烯反应后，在石墨烯层间充当纳米空间阻隔片的作用，起到抑制石墨烯片层堆叠的作用，导致石墨烯片层层间位错随机不规整排列，同时，由于含氧官能团的大量消除，石墨烯层结构缺陷增多，从而表面更加粗糙，增强与聚氨酯混合连接的机械连接强度，进而提升聚氨酯复合材料的力学性能(抗拉伸强度和抗弯折强度)；与此同时，该改性石墨烯与末端含异氰酸酯的聚氨酯混合，通过伯氨基与异氰酸酯之间的反应使得两者之间存在共价键，提升两者之间存在的界面作用力，进一步提升聚氨酯复合材料的力学性能(抗拉伸强度和抗弯折强度)。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1为本发明实施例1中氧化石墨粉末的SEM图；
图2为本发明实施例1中改性石墨烯的SEM图；
图3为本发明实施例1制得聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
图中：1、长立杆；2、短立杆；3、支杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域技术人员应知，下面所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂42份、异氰酸酯37份、聚酯多元醇38份、纳米二氧化硅3份、纳米钛酸钡3份、纳米蒙脱土11份、碳酸钙12份、改性石墨烯7份、氨基改性硅油10份、玻璃纤维布82份和短切碳纤维59份。
其中，改性石墨烯的具体制备方法如下：
A1、按照每1000ml的二甲基甲酰胺中加入氧化石墨粉末的质量为1g的比例，将氧化石墨粉末加入二甲基甲酰胺中，超声分散110min，制得浓度为1mg/ml氧化石墨烯分散液；
A2、按照每1000ml的二甲基甲酰胺对应2，4-甲苯二异氰酸酯的用量为2g的比例，将2，4-甲苯二异氰酸酯加入步骤A1制得的氧化石墨烯分散液中，超声12min，混匀，得到混合液；
A3、将A2制得的混合液在90℃条件下水浴磁力搅拌回流反应24h，然后用平均孔径为0.2μm的聚丙烯薄膜过滤，并用乙醇和去离子水交替洗涤6次，即得改性石墨烯。
其中，氨基改性硅油的具体制备方法如下：
B1、向三口烧瓶中加入α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1，再加入KOH，KOH的加入质量为α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷质量之和的1/210，三口烧瓶连接搅拌器和回流冷凝管，通氮气气氛保护，搅拌升温，在90℃下反应5h，得到无色透明粘稠液体；
B2、向B1所得无色透明粘稠液体中加入环氧聚醚和溶剂，无色透明粘稠液体与环氧聚醚和溶剂的质量比为1:1:1，降温至75℃，保持4h，然后，减压脱除溶剂和低沸物，得无色透明溶液，即为氨基改性硅油。
聚氨酯防腐蚀复合材料支架的制备方法，包括如下步骤：
S1、将芳香族聚氨酯树脂、异氰酸酯、聚酯多元醇、纳米二氧化硅、纳米钛酸钡、纳米蒙脱土、碳酸钙、改性石墨烯和氨基改性硅油混合，并且搅拌均匀，得到混合树脂；
S2、将短切碳纤维加入S1所得混合树脂中，并且通过超声波振动和搅拌分散，形成混合液；
S3、将S2所得混合液置入模具的浸胶槽内，与此同时，将玻璃纤维布在模具的浸胶槽内均匀排布，浸透，得到聚氨酯防腐蚀复合材料；
S4、采用拉挤成型机，在控制模具温度为110℃-135℃、牵引速度为0.5m/min-0.8m/min的条件下，对S3所得聚氨酯防腐蚀复合材料进行拉挤成型操作；
S5、待聚氨酯防腐蚀复合材料通过模具尾端时，降温脱模，得到支架构件，对支架构件进行组装、连接，即得聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
如图3所示，长立杆1、短立杆2和支杆3为上述S5制得的三种支架构件，在其他实施例中，还可以根据实际需要制备出其它形状的支架构件，多种多个支架构件进行组装、连接，得到所需的聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：
一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂41份、异氰酸酯36份、聚酯多元醇30份、纳米二氧化硅2份、纳米钛酸钡2份、纳米蒙脱土9份、碳酸钙10份、改性石墨烯6份、氨基改性硅油7份、玻璃纤维布70份和短切碳纤维50份。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于：
一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂45份、异氰酸酯48份、聚酯多元醇70份、纳米二氧化硅5份、纳米钛酸钡5份、纳米蒙脱土15份、碳酸钙17份、改性石墨烯9份、氨基改性硅油12份、玻璃纤维布95份和短切碳纤维65份。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于：
一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂40份、异氰酸酯50份、聚酯多元醇35份、纳米二氧化硅5份、纳米钛酸钡2份、纳米蒙脱土15份、碳酸钙9份、改性石墨烯8份、氨基改性硅油11份、玻璃纤维布74份和短切碳纤维52份。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于：
一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂44份、异氰酸酯47份、聚酯多元醇68份、纳米二氧化硅3份、纳米钛酸钡3份、纳米蒙脱土12份、碳酸钙15份、改性石墨烯7份、氨基改性硅油9份、玻璃纤维布78份和短切碳纤维60份。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于：
一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂44份、异氰酸酯39份、聚酯多元醇55份、纳米二氧化硅4份、纳米钛酸钡4份、纳米蒙脱土12份、碳酸钙16份、改性石墨烯6份、氨基改性硅油7份、玻璃纤维布70份和短切碳纤维65份。
实施例7
本实施例与实施例1的区别仅在于：
一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂43份、异氰酸酯37份、聚酯多元醇39份、纳米二氧化硅2份、纳米钛酸钡2份、纳米蒙脱土9份、碳酸钙9份、改性石墨烯7份、氨基改性硅油9份、玻璃纤维布92份和短切碳纤维56份。
实施例8
本实施例与实施例1的区别仅在于：
一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂41份、异氰酸酯39份、聚酯多元醇49份、纳米二氧化硅5份、纳米钛酸钡3份、纳米蒙脱土10份、碳酸钙16份、改性石墨烯7份、氨基改性硅油11份、玻璃纤维布74份和短切碳纤维64份。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于：采用聚乙二醇酸脂肪族聚酯替换芳香族聚氨酯树脂。
具体地，一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：聚乙二醇酸脂肪族聚酯42份、异氰酸酯37份、聚酯多元醇38份、纳米二氧化硅3份、纳米钛酸钡3份、纳米蒙脱土11份、碳酸钙12份、改性石墨烯7份、氨基改性硅油10份、玻璃纤维布82份和短切碳纤维59份。
该聚氨酯防腐蚀复合材料支架的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚乙二醇酸脂肪族聚酯、异氰酸酯、聚酯多元醇、纳米二氧化硅、纳米钛酸钡、纳米蒙脱土、碳酸钙、改性石墨烯和氨基改性硅油混合，并且搅拌均匀，得到混合树脂；
S2、将短切碳纤维加入S1所得混合树脂中，并且通过超声波振动和搅拌分散，形成混合液；
S3、将S2所得混合液置入模具的浸胶槽内，与此同时，将玻璃纤维布在模具的浸胶槽内均匀排布，浸透，得到聚氨酯防腐蚀复合材料；
S4、采用拉挤成型机，在控制模具温度为110℃-135℃、牵引速度为0.5m/min-0.8m/min的条件下，对S3所得聚氨酯防腐蚀复合材料进行拉挤成型操作；
S5、待聚氨酯防腐蚀复合材料通过模具尾端时，降温脱模，得到支架构件，对支架构件进行组装、连接，即得聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于：制备聚氨酯防腐蚀复合材料的原材料中不含异氰酸酯和聚酯多元醇。
具体地，一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂42份、纳米二氧化硅3份、纳米钛酸钡3份、纳米蒙脱土11份、碳酸钙12份、改性石墨烯7份、氨基改性硅油10份、玻璃纤维布82份和短切碳纤维59份。
该聚氨酯防腐蚀复合材料支架的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚乙二醇酸脂肪族聚酯、纳米二氧化硅、纳米钛酸钡、纳米蒙脱土、碳酸钙、改性石墨烯和氨基改性硅油混合，并且搅拌均匀，得到混合树脂；
S2、将短切碳纤维加入S1所得混合树脂中，并且通过超声波振动和搅拌分散，形成混合液；
S3、将S2所得混合液置入模具的浸胶槽内，与此同时，将玻璃纤维布在模具的浸胶槽内均匀排布，浸透，得到聚氨酯防腐蚀复合材料；
S4、采用拉挤成型机，在控制模具温度为110℃-135℃、牵引速度为0.5m/min-0.8m/min的条件下，对S3所得聚氨酯防腐蚀复合材料进行拉挤成型操作；
S5、待聚氨酯防腐蚀复合材料通过模具尾端时，降温脱模，得到支架构件，对支架构件进行组装、连接，即得聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
对比例3
本对比例与实施例1的区别仅在于：制备聚氨酯防腐蚀复合材料的原材料中不含纳米蒙脱土和碳酸钙。
具体地，一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂42份、异氰酸酯37份、聚酯多元醇38份、纳米二氧化硅3份、纳米钛酸钡3份、改性石墨烯7份、氨基改性硅油10份、玻璃纤维布82份和短切碳纤维59份。
该聚氨酯防腐蚀复合材料支架的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚乙二醇酸脂肪族聚酯、异氰酸酯、聚酯多元醇、纳米二氧化硅、纳米钛酸钡、改性石墨烯和氨基改性硅油混合，并且搅拌均匀，得到混合树脂；
S2、将短切碳纤维加入S1所得混合树脂中，并且通过超声波振动和搅拌分散，形成混合液；
S3、将S2所得混合液置入模具的浸胶槽内，与此同时，将玻璃纤维布在模具的浸胶槽内均匀排布，浸透，得到聚氨酯防腐蚀复合材料；
S4、采用拉挤成型机，在控制模具温度为110℃-135℃、牵引速度为0.5m/min-0.8m/min的条件下，对S3所得聚氨酯防腐蚀复合材料进行拉挤成型操作；
S5、待聚氨酯防腐蚀复合材料通过模具尾端时，降温脱模，得到支架构件，对支架构件进行组装、连接，即得聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
对比例4
本对比例与实施例1的区别仅在于：制备聚氨酯防腐蚀复合材料的原材料中，纳米蒙脱土和碳酸钙的用量明显低于实施例1。
具体地，一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂42份、异氰酸酯37份、聚酯多元醇38份、纳米二氧化硅3份、纳米钛酸钡3份、纳米蒙脱土3份、碳酸钙2份、改性石墨烯7份、氨基改性硅油10份、玻璃纤维布82份和短切碳纤维59份。
对比例5
本对比例与实施例1的区别仅在于：制备聚氨酯防腐蚀复合材料的原材料中不含氨基改性硅油。
具体地，一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂42份、异氰酸酯37份、聚酯多元醇38份、纳米二氧化硅3份、纳米钛酸钡3份、纳米蒙脱土11份、碳酸钙12份、改性石墨烯7份、玻璃纤维布82份和短切碳纤维59份。
聚氨酯防腐蚀复合材料支架的制备方法，包括如下步骤：
S1、将芳香族聚氨酯树脂、异氰酸酯、聚酯多元醇、纳米二氧化硅、纳米钛酸钡、纳米蒙脱土、碳酸钙和改性石墨烯混合，并且搅拌均匀，得到混合树脂；
S2、将短切碳纤维加入S1所得混合树脂中，并且通过超声波振动和搅拌分散，形成混合液；
S3、将S2所得混合液置入模具的浸胶槽内，与此同时，将玻璃纤维布在模具的浸胶槽内均匀排布，浸透，得到聚氨酯防腐蚀复合材料；
S4、采用拉挤成型机，在控制模具温度为110℃-135℃、牵引速度为0.5m/min-0.8m/min的条件下，对S3所得聚氨酯防腐蚀复合材料进行拉挤成型操作；
S5、待聚氨酯防腐蚀复合材料通过模具尾端时，降温脱模，得到支架构件，对支架构件进行组装、连接，即得聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
对比例6
本对比例与实施例1的区别仅在于：制备聚氨酯防腐蚀复合材料的原材料中，以普通硅油替换氨基改性硅油。
具体地，一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂42份、异氰酸酯37份、聚酯多元醇38份、纳米二氧化硅3份、纳米钛酸钡3份、纳米蒙脱土11份、碳酸钙12份、改性石墨烯7份、硅油10份、玻璃纤维布82份和短切碳纤维59份。
聚氨酯防腐蚀复合材料支架的制备方法，包括如下步骤：
S1、将芳香族聚氨酯树脂、异氰酸酯、聚酯多元醇、纳米二氧化硅、纳米钛酸钡、纳米蒙脱土、碳酸钙和改性石墨烯和硅油混合，并且搅拌均匀，得到混合树脂；
S2、将短切碳纤维加入S1所得混合树脂中，并且通过超声波振动和搅拌分散，形成混合液；
S3、将S2所得混合液置入模具的浸胶槽内，与此同时，将玻璃纤维布在模具的浸胶槽内均匀排布，浸透，得到聚氨酯防腐蚀复合材料；
S4、采用拉挤成型机，在控制模具温度为110℃-135℃、牵引速度为0.5m/min-0.8m/min的条件下，对S3所得聚氨酯防腐蚀复合材料进行拉挤成型操作；
S5、待聚氨酯防腐蚀复合材料通过模具尾端时，降温脱模，得到支架构件，对支架构件进行组装、连接，即得聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
对比例7
本对比例与实施例1的区别仅在于：制备聚氨酯防腐蚀复合材料的原材料中不含改性石墨烯。
具体地，一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成。
该聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下组分：芳香族聚氨酯树脂42份、异氰酸酯37份、聚酯多元醇38份、纳米二氧化硅3份、纳米钛酸钡3份、纳米蒙脱土11份、碳酸钙12份、氨基改性硅油10份、玻璃纤维布82份和短切碳纤维59份。
聚氨酯防腐蚀复合材料支架的制备方法，包括如下步骤：
S1、将芳香族聚氨酯树脂、异氰酸酯、聚酯多元醇、纳米二氧化硅、纳米钛酸钡、纳米蒙脱土、碳酸钙和氨基改性硅油混合，并且搅拌均匀，得到混合树脂；
S2、将短切碳纤维加入S1所得混合树脂中，并且通过超声波振动和搅拌分散，形成混合液；
S3、将S2所得混合液置入模具的浸胶槽内，与此同时，将玻璃纤维布在模具的浸胶槽内均匀排布，浸透，得到聚氨酯防腐蚀复合材料；
S4、采用拉挤成型机，在控制模具温度为110℃-135℃、牵引速度为0.5m/min-0.8m/min的条件下，对S3所得聚氨酯防腐蚀复合材料进行拉挤成型操作；
S5、待聚氨酯防腐蚀复合材料通过模具尾端时，降温脱模，得到支架构件，对支架构件进行组装、连接，即得聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
试验例
试验对象：实施例1-8和对比例1-6支架构件。
试验项目：1、耐腐蚀性；2、抗弯折强度、抗拉伸强度；
试验方法/依据：1、每个试验对象均分别准备5个试样，检测接触角，然后分别浸泡在蒸馏水、2％硫酸溶液、2％氢氧化钠溶液、10％硫酸溶液和10％氢氧化钠溶液中7d，取出后再分别测试接触角，用浸泡前的测试数值减去浸泡后的测试数值，对得出的相差数值进行记录，根据所记录的相差数值，判断被腐蚀程度，相差数值越大，表明浸泡前后接触角变化越大，说明被腐蚀越严重，表明对应试样的耐腐蚀性越差。
2、用SD3025M型万能制样机分别将实施例1-8和对比例1-6支架构件按照GB/T1449-2005制备成15mm*120mm的弯折试样，按照GB/T1447-2005制备成I型哑铃状拉伸试样；弯折强度按GB/T1449-2005，拉伸强度按GB/T1447-2005进行测试；每个试验对象均分别准备5个弯折试样和5个拉伸试样，进行测试并取平均值；
试验结果：见表1和表2。
表1
表2
试验结论：
由表1数据对比，可知：对比例1与实施例1的区别在于对比例1采用聚乙二醇酸脂肪族聚酯替换了实施例1中的芳香族聚氨酯树脂，结果试样在蒸馏水、2％硫酸溶液、2％氢氧化钠溶液、10％硫酸溶液和10％氢氧化钠溶液中浸泡7d前后，接触角测试相差数值比较可知，对比例1相差数值均大于实施例1，说明原材料中添加芳香族聚氨酯树脂有利于增强耐腐蚀性，这是因为芳香族聚酯的耐酸碱腐蚀性能优于脂肪族聚酯，这一方面是由于其链段中易水解的酯基浓度低，另一方面，芳香基团的空间屏蔽效应阻碍了介质分子对酯基的攻击。
对比例2与实施例1的区别在于对比例1原材料中不含异氰酸酯和聚酯多元醇，结果对比例2各项相差数值均大于实施例1，说明原材料中的异氰酸酯和聚酯多元醇有利于增强耐腐蚀性，这是因为异氰酸酯和聚酯多元醇构成聚氨酯硬段，分子间作用力强，分子空间排列紧密，以致介质分子难渗入，从而达到增强耐腐蚀性的效果。
对比例3与实施例1的区别在于对比例1原材料中不含纳米蒙脱土和碳酸钙，结果对比例3各项相差数值均大于实施例1，说明原材料中的纳米蒙脱土和碳酸钙有利于增强耐腐蚀性，这是因为纳米蒙脱土和碳酸钙均为增强填料，与聚氨酯分子之间的键合作用可以提高聚氨酯的水解稳定性，从而提高在弱的酸碱介质中的耐腐蚀性；另外，还可以看出，在强酸性介质中，增强填料纳米蒙脱土和碳酸钙的加人反而对聚氨酯的耐腐蚀性产生不利的影响，这是因为纳米蒙脱土和碳酸钙与强酸性介质发生了化学反应而溶解，从而造成耐腐蚀性能方面的缺陷。
对比例4与实施例1的区别在于对比例4原材料中纳米蒙脱土和碳酸钙的用量明显低于实施例1，证明效果与对比例3和实施例1的对比证明效果相似，说明纳米蒙脱土和碳酸钙在原材料中的用量占比过低的话，也无法带来很好的增强耐腐蚀性的效果。
对比例5与实施例1的区别在于对比例5原料中不含氨基改性硅油，结果对比例5各项相差数值均大于实施例1，说明原材料中的氨基改性硅油有利于增强耐腐蚀性，这是因为以α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和环氧聚醚合成的氨基改性硅油，因为增加了化学交联的缘故，原位聚合，可提高聚氨酯复合材料对强酸性溶液的耐腐蚀性；同时，其存在能弥补纳米蒙脱土和碳酸钙在强酸性介质中造成的耐腐蚀性能方面的缺陷，这一点从对比例1-5在10％硫酸溶液(强酸性介质)下的测试数据也能通过比较得出。
对比例6与实施例1的区别在于对比例6中以普通的硅油代替了实施例1中的氨基改性硅油，结果对比例6各项相差数值均大于实施例1，再结合对比例5数据，说明原材料中的氨基改性硅油有利于增强耐腐蚀性，而普通的硅油虽然本身具有低表面能和憎水性，可降低聚氨酯的吸水性，从而提高耐腐蚀性，但是，其硅氧键在酸性环境中不稳定，在酸性环境中，反而会削弱耐腐蚀性。
由表2数据对比，可知：对比例7与实施例1的区别在于对比例7原材料中不含改性石墨烯，结果对比例7弯折强度和拉伸强度均小于实施例1，说明改性石墨烯有利于提升聚氨酯复合材料的力学性能；这是因为以2,4﹣甲苯二异氰酸酯为架桥剂制备得到表面含伯胺基团的改性石墨烯，制备过程中，由于2,4﹣甲苯二异氰酸酯在与氧化石墨烯反应后，在石墨烯层间充当纳米空间阻隔片的作用，起到抑制石墨烯片层堆叠的作用，导致石墨烯片层层间位错随机不规整排列，同时，由于含氧官能团的大量消除，石墨烯层结构缺陷增多，从而使表面更加粗糙(参见附图1和图2)，增强与聚氨酯混合连接的机械连接强度，进而提升聚氨酯复合材料的力学性能(抗拉伸强度和抗弯折强度)；与此同时，从原理上来看，该改性石墨烯与末端含异氰酸酯的聚氨酯混合，通过伯氨基与异氰酸酯之间的反应使得两者之间存在共价键，提升两者之间存在的界面作用力，进一步提升聚氨酯复合材料的力学性能，这一点从对比例2与实施例1的数据对比中也能看出。
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求保护范围内的模块组成、等同或替代方案。
Claims (10)
1.一种聚氨酯防腐蚀复合材料支架，其特征在于，所述聚氨酯防腐蚀复合材料支架采用聚氨酯防腐蚀复合材料制成；
所述聚氨酯防腐蚀复合材料按重量份数计，包括以下原料组分：芳香族聚氨酯树脂40-45份、异氰酸酯36-50份、聚酯多元醇30-70份、纳米二氧化硅2-5份、纳米钛酸钡2-5份、纳米蒙脱土9-15份、碳酸钙9-17份、改性石墨烯6-9份、氨基改性硅油7-12份、玻璃纤维布70-95份和短切碳纤维50-65份。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯防腐蚀复合材料支架，其特征在于，所述改性石墨烯的具体制备方法如下：
A1、将氧化石墨粉末加入二甲基甲酰胺中，超声分散100-120min，得到氧化石墨烯分散液；
A2、将2，4-甲苯二异氰酸酯加入步骤A1所得氧化石墨烯分散液中，超声10-15min，混匀，得到混合液；
A3、将A2所得混合液在90℃条件下水浴磁力搅拌回流反应24h，然后用平均孔径为0.2μm的聚丙烯薄膜过滤，并用乙醇和去离子水交替洗涤5-7次，即得改性石墨烯。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯防腐蚀复合材料支架，其特征在于，A1中，所述氧化石墨粉末与二甲基甲酰胺的用量比例为：
每1000ml的二甲基甲酰胺中加入氧化石墨粉末的质量为1g；
制得氧化石墨烯分散液的浓度为1mg/ml。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯防腐蚀复合材料支架，其特征在于，A2中，所述2，4-甲苯二异氰酸酯的用量为2g。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯防腐蚀复合材料支架，其特征在于，所述氨基改性硅油的具体制备方法如下：
B1、向三口烧瓶中加入α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，再加入KOH，三口烧瓶连接搅拌器和回流冷凝管，通氮气气氛保护，搅拌升温，在90℃下反应5h，得到无色透明粘稠液体；
B2、向B1所得无色透明粘稠液体中加入环氧聚醚和溶剂，降温至75℃，保持4h，然后，减压脱除溶剂和低沸物，得无色透明溶液，即为氨基改性硅油。
6.根据权利要求5所述的聚氨酯防腐蚀复合材料支架，其特征在于，所述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1。
7.根据权利要求5所述的聚氨酯防腐蚀复合材料支架，其特征在于，所述无色透明粘稠液体与环氧聚醚和溶剂的质量比为1:0.8-1.2:1。
8.根据权利要求5所述的聚氨酯防腐蚀复合材料支架，其特征在于，所述KOH的加入质量为α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷质量之和的1/220-1/200。
9.根据权利要求1-8任一项所述的聚氨酯防腐蚀复合材料支架，其特征在于，所述聚氨酯防腐蚀复合材料支架的制备方法，包括如下步骤：
S1、将芳香族聚氨酯树脂、异氰酸酯、聚酯多元醇、纳米二氧化硅、纳米钛酸钡、纳米蒙脱土、碳酸钙、改性石墨烯和氨基改性硅油混合，并且搅拌均匀，得到混合树脂；
S2、将短切碳纤维加入S1所得混合树脂中，并且通过超声波振动和搅拌分散，形成混合液；
S3、将S2所得混合液置入模具的浸胶槽内，与此同时，将玻璃纤维布在模具的浸胶槽内均匀排布，浸透，得到聚氨酯防腐蚀复合材料；
S4、采用拉挤成型机对S3所得聚氨酯防腐蚀复合材料进行拉挤成型操作；
S5、待聚氨酯防腐蚀复合材料通过模具尾端时，降温脱模，得到支架构件，对支架构件进行组装、连接，即得聚氨酯防腐蚀复合材料支架。
10.根据权利要求9所述的聚氨酯防腐蚀复合材料支架，其特征在于，S4中，采用拉挤成型机对聚氨酯防腐蚀复合材料进行拉挤成型操作时，模具温度为110℃-135℃，牵引速度为0.5m/min-0.8m/min。
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