本發(fā)明涉及復合材料，具體涉及一種輕便型復合電桿材料及其制備方法。

背景技術：

1、在電力傳輸與分配領域，電線桿作為重要的基礎設施，其性能直接影響到電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。然而，傳統(tǒng)的鋼筋和混凝土電線桿存在諸多不足，如重量大、施工運輸困難、耐腐蝕性能差等問題，特別是在海洋及鹽霧腐蝕嚴重的地區(qū)，這些問題尤為突出。環(huán)氧樹脂作為一種多用途、強度高、耐化學性能好的聚合物，成為制備復合電桿材料的理想基體。其高強度和優(yōu)良的附著性使得環(huán)氧樹脂在固化后能夠牢固地結合其他材料，形成整體性能優(yōu)異的復合材料。同時，環(huán)氧樹脂的耐化學性、耐熱性、電絕緣性以及低收縮和低揮發(fā)性等特點，進一步增強了復合電桿材料的耐腐蝕性能和穩(wěn)定性。

2、為了進一步提升復合電桿的力學性能，改性纖維被選作增強材料，改性纖維通過化學或物理方法，對常規(guī)化學纖維的某些性能進行改進，這些改性纖維不僅具有優(yōu)異的力學性能，還能有效抵抗腐蝕和鹽霧侵蝕，延長電桿的使用壽命。因此，如何將改性纖維和環(huán)氧樹脂結合制備成適用于實際的電桿材料，成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、解決的技術問題

2、針對現(xiàn)有技術所存在的上述缺點，本發(fā)明提供了一種輕便型復合電桿材料及其制備方法，能夠有效地解決現(xiàn)有技術的電桿材料質(zhì)量重和耐鹽霧腐蝕性能差的問題。

3、技術方案

4、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)：

5、一種輕便型復合電桿材料，所述輕便型復合電桿材料由以下成分組成：改性氧化石墨烯、復合改性纖維、改性玻璃纖維、硅烷偶聯(lián)劑kh-560和環(huán)氧樹脂；

6、所述改性氧化石墨烯由l-谷氨酸對氧化石墨烯進行改性后制得；

7、所述復合改性纖維為在玄武巖纖維表面接枝聚脲納米纖維后制得；

8、所述改性玻璃纖維為硅烷偶聯(lián)劑和油酸依次對玻璃纖維進行改性后制得。

9、更進一步地，所述改性氧化石墨烯的制備步驟為：

10、步驟2.1、稱取1g氧化石墨烯分散于160ml去離子水中，超聲處理后得到氧化石墨烯分散液，稱取3g?l-谷氨酸溶解于60ml氫氧化鈉溶液中，機械攪拌分散后所得記作l-谷氨酸分散液；

11、步驟2.2、將l-谷氨酸分散液倒入氧化石墨烯分散液中，超聲處理后在氮氣保護下攪拌反應24h，反應完成后加入100ml無水乙醇和100ml去離子水在轉(zhuǎn)速為5000r/min的條件下離心洗滌，所得沉淀經(jīng)干燥處理后即為改性氧化石墨烯。

12、更進一步地，步驟2.1中超聲處理的具體操作為以28khz的頻率超聲分散30min，步驟2.1中氫氧化鈉溶液的濃度為4mg/ml，步驟2.1中機械攪拌分散的具體操作為以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌20min，步驟2.2中超聲處理的具體操作為以27khz的頻率超聲分散20min，步驟2.2中攪拌反應的轉(zhuǎn)速為300r/min，步驟2.2中干燥處理的具體操作為置于50℃的真空干燥箱內(nèi)干燥5-6h。

13、更進一步地，所述復合改性纖維的制備步驟為：

14、步驟4.1、將10g短切玄武巖纖維分散于500ml鹽酸溶液中均勻攪拌24h，接著過濾去除濾液將玄武巖纖維倒入500ml無水乙醇中超聲清潔10min，過濾去除濾液后置于50℃的烘箱內(nèi)干燥2-3h，所得記作刻蝕纖維；

15、步驟4.2、稱取10.6g十八胺和4g環(huán)己胺溶解于200ml無水乙醇中，超聲溶解后加入10g刻蝕纖維并在50℃的溫度下攪拌反應，過濾去除濾液后加入200ml去離子水繼續(xù)攪拌，所得記作纖維懸浮液；

16、步驟4.3、稱取5.5g二苯基甲烷二異氰酸酯溶解于300ml乙酸乙酯中得到溶解液，接著將溶解液滴入纖維懸浮液中，在滴加過程中對纖維懸浮液進行加熱直至其溫度為80℃，滴加完成后恒溫靜置1h，最后過濾去除濾液經(jīng)干燥處理后所得即為復合改性纖維。

17、更進一步地，步驟4.1中鹽酸溶液的質(zhì)量分數(shù)為5%，步驟4.1中均勻攪拌的轉(zhuǎn)速為400r/min，步驟4.1中超聲清潔的功率為200w。

18、更進一步地，步驟4.2中超聲溶解的具體操作為以26khz的頻率超聲分散30min，步驟4.2中攪拌反應的具體操作為以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，步驟4.2中繼續(xù)攪拌的具體操作為以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min，步驟4.3中的滴速為2滴/s，步驟4.3中干燥處理的具體操作為置于50℃的烘箱內(nèi)干燥2-3h。

19、更進一步地，所述改性玻璃纖維的制備步驟為：

20、步驟7.1、稱取5g硅烷偶聯(lián)劑kh-550溶解于95g質(zhì)量分數(shù)為85%的乙醇水溶液中，溶解分散后加入20g玻璃纖維并在80℃的水浴條件下浸漬8h，過濾去除濾液后經(jīng)干燥處理得到硅烷偶聯(lián)劑改性玻璃纖維；

21、步驟7.2、稱取2g硅烷偶聯(lián)劑改性玻璃纖維分散于100ml去離子水中，在攪拌條件下升溫至80℃后滴加6ml油酸，保溫反應8h后去除濾液并使用去離子水沖洗3次，干燥處理后所得即為改性玻璃纖維。

22、更進一步地，步驟7.1中溶解分散的具體操作為以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，步驟7.1中干燥處理的具體操作為置于1200℃的真空干燥箱內(nèi)干燥1h。

23、更進一步地，步驟7.2中攪拌條件的轉(zhuǎn)速為200r/min，步驟7.2中的滴速為2滴/s，步驟7.2中干燥處理的具體操作為置于50℃的真空干燥箱內(nèi)干燥2-3h。

24、一種輕便型復合電桿材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

25、稱取3-5重量份改性氧化石墨烯、1-2重量份復合改性纖維、2-3重量份改性玻璃纖維和2-3重量份硅烷偶聯(lián)劑kh-560進行混合，以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min后記作改性填料，稱取10-20重量份改性填料和80-90重量份環(huán)氧樹脂倒入轉(zhuǎn)矩流變儀中熔融共混，所得即為輕便型復合電桿材料。

26、有益效果

27、本發(fā)明提供了一種輕便型復合電桿材料及其制備方法，與現(xiàn)有公知技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

28、1、本發(fā)明以l-谷氨酸對氧化石墨烯進行改性能夠防止氧化石墨烯發(fā)生團聚，提高改性后氧化石墨烯在環(huán)氧樹脂中的分散性，而且，l-谷氨酸的改性還能增強氧化石墨烯與環(huán)氧樹脂之間的界面結合力，使得氧化石墨烯更均勻地分布在環(huán)氧樹脂中，進一步提高制得的復合材料的整體性能；其次，氧化石墨烯本身具有較大的比表面積和良好的阻隔性能，能夠有效地阻止腐蝕介質(zhì)（如水、氧氣等）的滲透，經(jīng)過l-谷氨酸改性后，氧化石墨烯的分散性提高，使得其在環(huán)氧樹脂中形成的阻隔層更加致密和均勻，從而進一步提升制得的復合材料的防腐性能，而且，l-谷氨酸作為一種綠色緩蝕劑，其分子中的氨基和羧基可以與金屬離子形成絡合物，降低金屬離子的活性，從而起到對金屬的緩蝕作用，這種緩蝕作用與氧化石墨烯的阻隔性能相結合，可以顯著提高復合材料的耐鹽堿腐蝕性能。

29、2、本發(fā)明利用加成聚合反應使聚脲納米纖維在玄武巖纖維表面進行原位生長制備復合改性纖維，將其加入環(huán)氧樹脂中能夠起到改善耐磨性能的作用，在摩擦過程中，聚脲納米纖維能夠有效減少磨損顆粒的產(chǎn)生，并阻止其進一步磨損復合材料表面，玄武巖纖維的承載作用能夠吸收材料變形過程中的能量，進一步降低磨損率；其次，玄武巖纖維本身具有較高的強度和模量，而聚脲納米纖維的加入能夠進一步增強其力學性能，兩者結合后形成的復合改性纖維在復合材料中能夠發(fā)揮更強的增強作用，提升復合材料的整體強度；再者，聚脲納米纖維具有良好的耐腐蝕性能，能夠在一定程度上阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，將其與玄武巖纖維結合后，復合改性纖維在復合材料中能夠形成更加致密的防腐層，提高復合材料的耐腐蝕性能。

30、3、本發(fā)明以硅烷偶聯(lián)劑和油酸依次對玻璃纖維進行改性后加入環(huán)氧樹脂內(nèi)制備成復合材料，硅烷偶聯(lián)劑和油酸的聯(lián)合作用，能夠增強玻璃纖維的界面粘合力，從而使玻璃纖維在復合材料中能夠更好地發(fā)揮其增強作用，抵抗外力的破壞，進而顯著提高改性玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料抗沖擊強度和拉伸強度的效果，而且，界面黏合的改善也有助于提高復合材料的彎曲強度，使其在受到彎曲載荷時能夠保持更好的穩(wěn)定性；其次，硅烷偶聯(lián)劑能夠在玻璃纖維表面形成一層親水性的硅氧化膜，這層膜可以阻隔外界水分的進入，從而提高復合材料的抗?jié)駸嵝阅?，在潮濕環(huán)境下，復合材料能夠保持更好的穩(wěn)定性和力學性能；最后，硅烷偶聯(lián)劑與玻璃纖維表面的牢固結合還能夠形成一層具有較高硬度和抗磨性的硅氧化膜，有助于提高復合材料的耐磨性能，延長其使用壽命，進而增強制備的復合材料的耐久性。