[發明專利]一種提升纖維增強復合材料耐堿性能的改性方法及纖維增強復合材料

有效

• 申請號: 201410633115.4
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN104356599B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 吳智深;施嘉偉;汪昕
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L13/00;C08K7/10;C08K7/14
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明屬于土建交通基礎設施建設領域，涉及一種纖維增強復合材料的耐堿改性方法。

背景技術

與傳統建設材料鋼材相比，纖維增強復合材料(FRP)具有輕質、高強、耐久性好、便捷施工等一系列優點，近年來FRP在土木工程領域得到了越來越多的關注和應用。混凝土結構是目前各類工程結構的最主要形式，當FRP應用于混凝土結構時，FRP將與混凝土直接接觸，或外貼于混凝土結構表面，或內埋于混凝土結構內部，而混凝土的材料組成導致其孔隙水具有較高的pH值，因此，應用于混凝土結構的FRP是長期處于堿性環境下工作的。既有研究表明：碳纖維原絲及其增強復合材料(CFRP)具有良好的耐堿性能，在堿溶液的作用下性能幾乎沒有退化；而玻璃纖維原絲的耐堿性相對較差，主要原因是堿性環境中的OH-離子與玻璃纖維原絲會發生化學反應，破壞其中的Si-O鍵，進而導致玻璃纖維原絲的強度顯著降低；對于玻璃纖維增強復合材料(GFRP)，雖然纖維表面有樹脂基體的保護，但樹脂具有一定的吸水性，并且在腐蝕溶液作用下樹脂內部易產生微裂紋，從而水汽和堿性腐蝕介質仍能夠到達纖維表面并對其進行腐蝕，導致GFRP力學性能顯著降低；玄武巖纖維與玻璃纖維化學成分相近，玄武巖纖維及其增強復合材料(BFRP)同樣面臨著耐堿性能不足的問題。為了提高GFRP和BFRP材料在混凝土結構中的適用性，有必要采取一定的措施來改善BFRP和GFRP耐堿性能不足的問題。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種纖維增強復合材料的耐堿改性方法，其技術方案是：

一種提升纖維增強復合材料耐堿性能的改性方法，其特征在于，將液體橡膠增韌劑在常溫常壓下通過均勻低速攪拌與環氧樹脂材料進行混合，以使增韌劑聚集成球狀顆粒體在樹脂基體構成的交聯網絡中形成分散相；固化后在環氧樹脂基體中引入微米級的防裂球狀顆粒體，形成增韌改性纖維增強復合材料；所述的液體橡膠增韌劑是一種帶有環氧基、羥基、羧基等活性端基，并通過酯鍵或氨酯鍵將不同種類的鏈段聯結起來的聚合物的混合物。

所述的液體橡膠增韌劑的添加比例為環氧樹脂基體質量的5％-20％。

所述的液體橡膠增韌劑的添加比例為環氧樹脂基體質量的10％。

所述的均勻低速攪拌速率是100～300r/min。

在復合材料的環氧樹脂基體中摻入液體橡膠增韌劑，使環氧樹脂基體中引入直徑為0.5～1.0微米的防裂球狀顆粒體，形成改性纖維增強復合材料；所述的液體橡膠增韌劑是一種帶有環氧基、羥基、羧基等活性端基，并通過酯鍵或氨酯鍵將不同種類的鏈段聯結起來的聚合物的混合物。

所述的纖維增強復合材料為玄武巖纖維復合材料或玻璃纖維復合材料。

所述的纖維增強復合材料的纖維體積含量為50-80％。

本發明的優點在于：

這種由液體橡膠增韌劑聚集形成的球狀顆粒體，要求具有較高的抗裂性能并且與樹脂基體材料之間具有優秀的相容交粘性能。該方法制作的改性FRP，可延緩和阻止堿性環境下樹脂基體中微裂紋的產生與擴展，大幅度降低了堿性腐蝕介質在樹脂基體中的傳播速率，從而有效提升改善了堿性環境下樹脂基體對纖維的保護作用。本發明簡單、經濟、實用，可有效提升堿性環境下玄武巖纖維增強復合材料(BFRP)和玻璃纖維增強復合材料(GFRP)的強度保留率，同時并不降低FRP材料本身的力學性能，從而有效提高BFRP和GFRP在土木工程結構尤其是混凝土結構中的適用性。該改性方法成本低廉，適宜于在量大面廣的土木工程結構中進行推廣和應用。

附圖說明

圖1為堿性腐蝕作用后樹脂基體的微觀結構示意圖；

圖2為環氧樹脂拉伸斷面的SEM圖片；

圖3為增韌環氧樹脂拉伸斷面的SEM圖片；

圖4為堿性腐蝕作用后BFRP的拉伸強度保留率；

圖5為堿性腐蝕作用后GFRP的拉伸強度保留率；

圖6為堿性腐蝕作用后BFRP的質量增加率；

圖7為堿性腐蝕作用后BFRP的質量增加率。

具體實施方式