[发明专利]碳纳米管改性树脂/玻璃纤维复合筋材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于土木、水利水电和交通工程等结构工程技术领域，涉及一种增强混凝土结构的筋材改性，尤其涉及一种碳纳米管改性树脂/玻璃纤维复合筋材及其制备方法。

背景技术

由于施工简单、价格低、抗压强度高使得钢筋混凝土成为工程中最为广泛的结构形式。但钢筋锈蚀对钢筋混凝土的耐久性产生严重的影响。为解决钢筋混凝土中钢筋锈蚀的问题，国内外学者提出许多研究对策与措施，利用纤维复合材料(FPR)筋替代普通钢筋和预应力钢筋被认为是比较行之有效的方法，玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋是一种由树脂和玻璃纤维复合组成的新型复合材料，由于玻璃纤维复合材料(GFRP)筋与普通钢筋相比具有抗拉强度高、抗腐蚀性能良好、密度小、膨胀系数与混凝土基本保持一致以及非磁性或非电性等优点得到广泛的研究应用。然而，GFRP筋较低的弹性模量和剪切强度严重阻碍了其在混凝土结构工程中的应用。

发明内容

为解决已有技术所存在的上述问题，本发明的目的是提供一种碳纳米管改性树脂/玻璃纤维复合筋材，提高GFRP筋材的弹性模量和剪切强度。

本发明的另一个目的是提供一种碳纳米管改性树脂/玻璃纤维复合筋材的制备方法。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

碳纳米管改性树脂/玻璃纤维复合筋材，是由70-80%连续玻璃纤维与20-30%改性树脂基体材料胶合形成；所述的改性树脂基体材料是碳纳米管改性的树脂；所述的树脂是环氧树脂或者氨基甲酸酯改性的乙烯基酯树脂。

改性树脂基体材料的技术已经成熟，是将碳纳米管材料分散于树脂基体材料中，在界面上形成远大于范德华的作用力，形成非常理想的界面，并由于碳纳米管本身的柔韧性，在复合材料被破坏时能够吸收能量，对微裂纹的进一步扩大或延伸起到约束或闭合的作用，进而提高树脂基体的强度和韧性。

碳纳米管改性树脂/玻璃纤维复合筋材的制备方法，包括以下步骤：

（1）玻璃纤维与改性树脂基体材料胶合，其中改性树脂基体材料为20-30重量%，玻璃纤维为70-80重量%；所述的胶合是配制改性树脂基体材料的溶液后，玻璃纤维浸渍改性树脂基体材料的溶液；

所述的改性树脂基体材料是碳纳米管改性的树脂；所述的树脂是环氧树脂或者氨基甲酸酯改性的乙烯基酯树脂；

（2）经拉挤工艺制备成筋条，固化前经缠绕设备将玻璃纤维单向缠绕，并于筋材表面挤压形成螺纹，使筋材更加密实，并通过二次浸胶使筋材表面纤维充分浸渍，获得碳纳米管改性树脂/玻璃纤维复合筋材。弹性模量以及剪切强度得到了改善和提高。

本发明通过制备出的材料的的弹性模量和剪切强度大大高于改性前。

附图说明

图1是本发明实施例1制备得到的碳纳米管改性树脂/玻璃纤维复合筋材的SEM电镜图。从图中可以看出，碳纳米管改性树脂均匀充分地包裹于玻璃纤维丝表面，使得玻璃纤维丝之间能够很好地胶结，由于树脂材料中的碳纳米管本身的柔韧性，在材料被破坏时能够吸收能量，对微裂纹的进一步扩大或延伸起到约束或闭合的作用，进而提高玻璃纤维筋材的强度和韧性。图中圆形较大的部分为玻璃纤维。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，所用的具体实施例是用于描述本发明，而不是限制本发明。

实施例1

碳纳米管改性树脂/玻璃纤维复合筋材，是由70重量%连续玻璃纤维（型号A-Glass，购自Owens Corning OCV^TM businesses）与30%改性树脂基体材料胶合形成；所述的改性树脂基体材料是碳纳米管改性的环氧树脂（改性过程参照《多壁碳纳米管改性环氧树脂胶黏剂实验研究》，复合材料学报，2011年第3期）。

碳纳米管改性树脂/玻璃纤维复合筋材的制备方法，包括以下步骤：连续玻璃纤维先通过导线板在浸胶装置浸渍碳纳米管改性的环氧树脂溶液，与碳纳米管改性的环氧树脂进行胶合，然后经拉挤工艺制备成筋条，固化前经缠绕设备将玻璃纤维单向缠绕于筋材表面，形成螺纹，使筋材更加密实，并通过二次浸胶使筋材的表面纤维充分浸渍，获得碳纳米管改性树脂/玻璃纤维复合筋材。

与未改性的GFRP筋材进行对照试验，按照美国标准（ACI440H）测定极限拉伸强度、极限延伸率、弹性模量、剪切强度，结果表明：改性后的GFRP筋材各项性能均有所提高，极限拉伸强度提高了15%，极限延伸率提高了10%。弹性模量提高了40%，剪切强度提高了12%。

实施例2