一种具有榫卯结构的聚合物-立体纤维布复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种具有榫卯结构的聚合物

【技术实现步骤摘要】
一种具有榫卯结构的聚合物
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立体纤维布复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚合物复合材料领域，具体而言，涉及一种具有榫卯结构的聚合物
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立体纤维布复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚合物材料具有良好的韧性和力学强度，广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域。但是由于材料间的极性差异，聚合物材料与混凝土、金属等非聚合物材料间的粘接性较差，受外力作用容易发生剥离和脱落，使得聚合物材料应用到混凝土、金属等非聚合物材料表面作为防护材料时受到极大地限制，尤其是超高分子量聚乙烯和聚四氟乙烯等自润滑性较好的材料。当前，如何高效利用聚合物材料的良好韧性和强度，来改善混凝土、金属等非聚合物材料表面的防护性能，尤其是能够持续、稳定地抵抗一定程度外部作用力和化学侵蚀，已成为世界性难题。
[0003]聚合物材料制件与混凝土、金属等非聚合物材料制件进行结合时，一般可采用胶粘剂粘接、螺纹结构固定、卡槽/卡扣固定等方式，但这种结合方式局限于应用在日常生活用品、电器产品等产品的局部小面积位置。对于工程应用中遇到的大面积位置，无法有效实现聚合物材料制件与混凝土、金属等表面的牢固结合。工程应用中的大面积位置，如水利工程中的大坝溢流面等，将聚合物材料的板材或是片材通过胶粘剂粘接到非聚合物表面时，由于较大的界面极性差异及聚合物板材或是片材自身的重力因素导致极难粘接或是无法粘接，勉强粘接的界面也无法承受水利工程中高速水沙冲击、落石碰撞等恶劣工况条件的破坏，难以形成在长期使用条件下保持稳定、牢固的聚合物与混凝土、金属等表面间的界面作用。因此，利用传统的结合方法，无法长期有效的实现聚合物材料制件与混凝土、金属等非聚合物制件作用面间的牢固结合。
[0004]而在实际工程应用中，水利工程中的大坝溢流面防护等表面防护领域存在着一些亟待解决的关键难题。例如，在水利工程方面，水利工程中的大坝溢流面，长期承受高速水流、砂石冲击和磨损，局部还要承受山体落石的高位落砸和冲击，导致大坝的混凝土溢流面很容易出现裂纹、裂缝等破坏缺陷，这些缺陷的存在一方面带来巨大的安全隐患，另一面在不断修复中要耗费大量的人力和财力资本。不限于以上举例在表面防护领域存在的亟待解决的难题，目前未出现较好的解决办法。如何充分利用聚合物材料的高强高韧、耐酸碱腐蚀，还具有较好的自润滑性和表面自清洁性，进行设计和制备表面防护材料，是解决上述难题的较好途径。
[0005]纤维布，如玻璃纤维布、玄武岩纤维布、碳纤维布等具有较好的力学强度，通常加入到聚合物中起到增强增韧作用。中国专利公开号CN104890261A公开了“玻璃纤维布双面浸胶增强聚烯烃片材的制备方法”，在挤出过程中，使连续的改性玻璃纤维布通过挤出模头与聚烯烃进行熔融双面复合，经挤出、双面浸胶复合、压延、牵引，制备获得玻璃纤维布双面浸胶聚烯烃片材，具有在横向和纵向上抗拉强度高，断裂伸长率较低等优点。中国专利公开
号200988970Y公开了“高强加筋复合防渗土工膜”，通过在双层聚合物（聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯）土工膜间敷设径编机织布（涤纶布或丙纶布）通过压延、热合得到的复合防渗土工膜，具有较好的抗拉、抗撕裂、抗顶破性能。以上专利涉及到聚合物和纤维布的复合方法及复合材料，但未涉及用于与混凝土、金属等材料表面进行粘接的技术方法和复合材料。而且聚合物与纤维布之间的结合仅靠物理压合，聚合物与纤维布间的界面作用较弱，在使用过程中受到外力作用及化学侵蚀，容易产生纤维布的局部剥离甚至脱落，使得其使用功能遭到不同程度的破坏，影响工程质量及工程安全。
[0006]纤维布与聚合物具有较好的复合性能，同时纤维布与混凝土、金属等非聚合物材料表面间也具有良好的粘结性，以纤维布作为聚合物与混凝土、金属等材料表面间的桥梁与纽带，在聚合物材料表面直接粘合纤维布形成聚合物/纤维布复合材料，再作用于混凝土、金属等材料表面，通过粘接剂的粘接作用形成聚合物
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纤维布
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混凝土或金属三位一体的牢固复合体系。但由于聚合物与纤维布之间直接利用粘结剂，将纤维布粘附在聚合物的表面，导致形成的聚合物/纤维布复合材料界面性能差，在使用过程中容易产生聚合物基体与纤维布之间发生大面积剥离或是局部纤维布撕裂脱落而影响工程质量甚至造成工程事故。
[0007]因此，为克服现有技术的不足，提出一种具有榫卯结构的聚合物
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立体纤维布复合材料及其制备方法，以解决聚合物/纤维布复合材料在使用过程中容易产生聚合物基体与纤维布之间发生大面积剥离或是局部纤维布撕裂脱落等问题是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术正是基于上述技术问题至少之一，本专利技术提供了一种具有榫卯结构的聚合物/立体纤维布复合材料及其制备方法，利用聚合物充满纤维布中纤维束交织所形成的网格空隙，立体纤维布中凸出纤维结构被包埋于聚合物层中，与聚合物形成榫卯结构，强化了聚合物/立体纤维布复合材料中聚合物与立体纤维布间的界面作用，利用立体纤维布与混凝土、钢铁等基材良好的粘接性能，形成中间层，实现了聚合物/纤维布复合材料与混凝土、钢铁等基材间的良好且可靠粘接性，保证聚合物/纤维布复合材料在使用过程中的长期稳定性，保证了工程质量。
[0009]有鉴于此，本专利技术提出了一种具有榫卯结构的聚合物/立体纤维布复合材料；包括立体纤维布和聚合物；立体纤维布包括二维基层平铺面以及垂直与二维基层平铺面的凸出纤维结构；其中二维基层平铺面与凸出纤维结构一体编制成型；其中二维基层平铺面覆在聚合物表面上；凸出纤维结构包埋于聚合物中，与聚合物形成榫卯结构。
[0010]进一步的，立体纤维布为立体玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布或立体涤纶纤维布；立体纤维布的规格为60
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2000 g/m2。
[0011]进一步的，聚合物为热塑性塑料或热固性树脂。
[0012]进一步的，凸出纤维结构由单根纤维或是若干纤维组成纤维束，构成纤维柱、纤维圈或纤维方格；纤维束间有间隙在二维基层平铺面上间隔成的网格空隙；立体纤维布凸出纤维结构包埋于聚合物中的深度为聚合物层厚度的1/10
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1之间。
[0013]本专利技术中的凸出纤维结构为纤维柱、纤维圈、纤维方格、纤维环等多种凸出形状。
[0014]根据本专利技术第二个方向，提出了制备具有榫卯结构的聚合物/立体纤维布复合材料的方法：包括挤出涂覆成型法、压制成型法、浇注固化成型法或分步涂覆成型法。
[0015]进一步的，挤出涂覆成型法具体步骤为：将聚合物材料经挤出塑化为熔体状态涂覆到立体纤维布的二维基层平铺面上，凸出纤维结构包埋于聚合物中；再经过压光和冷却固化定型即可。
[0016]将聚合物在80~280℃的加工温度下利用挤出机塑化后经机头挤出涂覆到立体纤维布上，聚合物材料熔体流入到纤维束在立体纤维布的二维基层平铺面上交织所形成的网格空隙中，同时立体纤维布中凸出的纤维结构被包埋于聚合物层中，与聚合物形成榫卯结构，经两辊压光和冷却固化定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有榫卯结构的聚合物/立体纤维布复合材料，其特征在于，包括立体纤维布和所述聚合物；所述立体纤维布包括二维基层平铺面以及垂直与所述二维基层平铺面的凸出纤维结构；其中所述二维基层平铺面与所述凸出纤维结构一体编制成型；其中所述二维基层平铺面覆在所述聚合物表面上；所述凸出纤维结构包埋于所述聚合物中，与所述聚合物形成榫卯结构。2.根据权利要求1所述的一种具有榫卯结构的聚合物/立体纤维布复合材料，其特征在于，所述立体纤维布为立体玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布或立体涤纶纤维布，所述立体纤维布的规格为60
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2000 g/m2。3.根据权利要求1所述的一种具有榫卯结构的聚合物/立体纤维布复合材料，其特征在于，聚合物为热塑性塑料或热固性树脂。4.根据权利要求1所述的一种具有榫卯结构的聚合物/立体纤维布复合材料，其特征在于，所述凸出纤维结构由单根纤维或是若干纤维组成纤维束，构成纤维柱、纤维圈或纤维方格；所述纤维束间有间隙在所述二维基层平铺面上间隔成网格；所述立体纤维布凸出纤维结构包埋于聚合物中的深度为聚合物层厚度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠厚，景峰，陈荣源，韩琳，杨晓壮，
申请(专利权)人：郑州倍耐防护材料有限公司，
类型：发明
国别省市：