[发明专利]一种水泥电杆加固用的改性环氧树脂复合材料

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种环氧树脂复合材料，确切地说是一种水泥电杆加固用的改性环氧树脂复合材料。

二、背景技术

现各种输配供电线路，大部分都是采用混凝土电杆(水泥电杆)架设的，经过长多年风风雨雨，严寒酷冬的露天和部分电杆常年在塌陷区水中运行。很多水泥电杆出现了横向裂纹和竖向裂纹，杆子局部混凝土出现碎裂现象，直接威胁着生产生活的安全供电和正常运行。若要采取更换电杆的策略，停电时间长，施工也比较困难，因有的电杆是在农村居住的宅院内，拆除容易，换杆较为困难，而且要向村和住家户赔付大量的青苗补偿费，费用高，影响时间长，安全隐患多。

碳纤维具有比强度大、弹性模量高、耐热性高、化学稳定性好等特点，是制备高性能树脂基复合材料常用的增强纤维，其中碳纤维/环氧树脂复合材料最为人们熟知，被大量应用于飞机制造、建筑工业等方面。将碳纤维复合材料应用在输配电线路水泥电杆的加固上，可以很好的解决水泥线杆出现的裂纹等安全问题，而且不增加电杆的结构尺寸及重量，具有抗拉强度增大，耐腐蚀，耐久性等特点。但在使用过程中因为多采用单纯的环氧树脂与碳纤维复合，环氧树脂自身为热固性树脂虽然具有良好的耐热性、高强度和对基材良好的粘附性能，但也存在较脆、耐冲击、抗剥离和耐振动疲劳等性差的问题，使树脂与碳纤维复合效果不理想，加之施工条件限制造成加固后的抗拉效果、耐候性能等指标不够稳定；所以采用碳纤维/环氧树脂复合材料加固水泥电杆从复合材料的制备到具体施工方法都还急需改进。

三、发明内容

本发明针对现有技术所存在的不足，旨在提供一种改性环氧树脂复合材料以用于对输配电线路水泥电杆的修复加固，所要解决的技术问题是改善碳纤维/环氧树脂复合材料的耐候性及抗冲击等能力，同时在对水泥电杆的加固中，能够较好地保证加固质量、简化加固程序，以确保了输配电线路的安全。

为实现这样的目的，本发明首先对碳纳米管进行表面修饰改性，这就是用HNO₃/H₂SO₄混合酸对碳纳米管进行氧化处理，使其表面羧基化，然后加入环氧树脂中，同时加入纳米二氧化硅，对环氧树脂进行改性。

本发明所称的改性环氧树脂复合材料，包括碳纤维布和环氧树脂，与现有技术的区别是在碳纤维布上浸渍以下改性的环氧树脂(各组分以重量份计，下同)：

环氧树脂                100份

表面修饰的碳纳米管      0.8～2份

纳米二氧化硅            3～8份。

优选在碳纤维布上浸渍以下改性的环氧树脂：

环氧树脂              100份

表面修饰的碳纳米管    1.0～1.6份

纳米二氧化硅          4～7份。

表面修饰的碳纳米管统一制备后备用，纳米二氧化硅市场购置备用。在施工配料时，改性的环氧树脂中应加入固化剂30～60份，优选40～60份。

用上述复合材料加固水泥电杆的方法是先将碳纤维剪裁后粘贴在所需部位，再将混合有固化剂的改性环氧树脂刷于碳纤维表面并经浸渍、辊压定型实现加固。

本发明采用纳米材料对环氧树脂进行改性，其中所使用的碳纳米管经过混合酸氧化处理后，表面修饰有羧基。羧基化碳纳米管可以与环氧基团发生反应，产生化学结合，改善了碳纳米管与基体间的界面作用，使其均为分散在环氧树脂基体中，提高了树脂基体与碳纤维的界面浸润效果，当羧基化碳纳米管质量含量为1％时，复合材料的层间剪切强度可以提高近29％。同时加入的纳米二氧化硅由于粒子粒径小，表面原子占有率高，表面具有不饱和键或悬空键的特殊结构，因此纳米粒子具有非常大的表面活性，与聚合物发生物理或化学键合使纳米粒子在界面上与环氧基团形成远大于范德华力的作用力，形成非常理想的界面，从而起到更好的引发微裂纹、吸收能量的作用，得以起到良好的增强效果。本发明用于环氧树脂改性得到了良好效果。

将改性后的环氧树脂同碳纤维复合所得材料经检测其拉伸剪切强度10MPa，拉伸强度≥30MPa，压缩强度≥70MPa，弯曲强度≥40MPa，弹性模量≥1500MPa，伸长率≥1.5％，经加速老化试验2000h加速老化后，其各项强度无明显降低，经弱酸碱条件处理各项强度也无明显降低，这些数据说明该材料具有良好的耐侯性、抗拉性、高强度、耐冲击和耐腐蚀等特点，是用来加固电杆的良好材料。