[發明專利]一種具有高強耐腐性能的氧化石墨烯-碳纖維復合材料3D打印線材及制作工藝

在審

• 申請號: 202111201904.7
• 申請日: 2021-10-15
• 公開（公告）號: CN113863013A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 岳健廣;李帥;胡夏閩
• 申請（專利權）人: 南京寧鎂碳中和科技研究院有限公司
• 主分類號: D06M15/59
• 分類號: D06M15/59;D06M15/507;D06M11/74;B33Y70/10;D06M101/40
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發明公開了一種具有高強耐腐性能的氧化石墨烯?碳纖維復合材料3D打印線材及制作工藝，線材從內到外包括碳纖維束芯、尼龍?氧化石墨烯復合材料層、聚乳酸?氧化石墨烯復合材料層三個部分。碳纖維束芯為單股碳纖維束構成或由多股碳纖維束螺旋纏繞而成，尼龍?氧化石墨烯復合材料固化在碳纖維束芯外周，聚乳酸?氧化石墨烯復合材料固化于線材的最外層。該線材可用于工程結構加固，且具有高強度、高韌性、耐腐防火的優點。

技術領域

本發明涉及3D打印材料及房屋加固技術領域，具體涉及一種用于房屋加固具有高強耐腐性能的氧化石墨烯-碳纖維復合材料3D打印線材。

背景技術

3D打印即增材制造技術，具有成本低、綠色環保、多樣成型的優點，近30年來在航空航天、機械制造、生物醫療、工業建造多個領域發展迅速，采用的材料包括聚合物、金屬、陶瓷、碳纖維和水泥基類材料等，其中金屬、碳纖維打印成型后的材料具有高強度的優點。目前，采用3D打印技術有望降低老舊小區加固的成本。然而，加固材料既要求具有高強度又要具有一定的耐腐和防火性能，而目前尚無同時具有高強耐腐防火性能的3D打印材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有高強耐腐性能的氧化石墨烯-碳纖維復合材料3D打印線材及制作工藝，用于房屋加固，具有高強耐腐、成本低的優點。

本發明采用的技術方案為：一種具有高強耐腐性能的氧化石墨烯-碳纖維復合材料 3D打印線材，該線材從內到外包括碳纖維束芯、尼龍-氧化石墨烯復合材料層、聚乳酸-氧化石墨烯復合材料層三個部分；

所述線材橫截面為圓形或方形，橫截面的直徑或寬度為2～10mm。

所述的碳纖維束芯為單股碳纖維束構成或由多股碳纖維束螺旋纏繞而成；單股碳纖維束包含纖維數量在6000～12000之間，三股、七股碳纖維束中的單股包含纖維數量分別在1000～3000、3000～6000之間；

所述的尼龍-氧化石墨烯復合材料層的厚度為碳纖維束芯直徑或厚度的1～1.5倍；

所述的聚乳酸-氧化石墨烯復合材料層的厚度為碳纖維束芯直徑或厚度的1～2.0倍。

作為優選，所述尼龍-氧化石墨烯復合材料層配方，按質量比，包括如下組分：

尼龍，98份；

氧化石墨烯，2份。

作為優選，所述聚乳酸-氧化石墨烯復合材料層配方，按質量比，包括如下組分：

聚乳酸，95份；

氧化石墨烯，5份。

上述具有高強耐腐性能的氧化石墨烯-碳纖維復合材料3D打印線材制作工藝，包括步驟如下：

A，碳纖維束采用日本東麗公司生產的T300SC型碳纖維，使用3股3K碳纖維經過螺旋纏繞制成直徑1.5mm的碳纖維束芯。

B，尼龍-氧化石墨烯復合材料層的制備，按質量份比，尼龍98份，氧化石墨烯2 份。其中尼龍選用日本三菱公司生產的PA6型號，氧化石墨烯為宏達昌公司生產的單層氧化石墨烯，純度96％，厚度小于1nm，單層0.2-10μm，層數1-2層，形狀為粉末狀。尼龍和氧化石墨烯應在230℃恒溫環境下均勻混合10min，制成熔融尼龍-氧化石墨烯復合物。

C，碳纖維束芯用張力機拉直后，浸潤在熔融尼龍-氧化石墨烯復合物中。采用拉擠工藝裝置，制成包含碳纖維束的3mm直徑尼龍-氧化石墨烯復合材料層。

D，聚乳酸和氧化石墨烯混合物的制備，按質量份比，聚乳酸95份，氧化石墨烯5份。聚乳酸和氧化石墨烯粉末應在180℃恒溫環境下均勻混合15min，制成熔融聚乳酸- 氧化石墨烯混合物。