一种高性能复合材料及其应用的制作方法

本发明涉及复合材料，具体是一种高性能复合材料及其应用。

背景技术：

1、随着建造技术的快速发展，相关行业对于工程材料的要求也在逐渐提升。建筑模板、加固型材等工具式材料在施工现场的使用量极大，但由于周转次数低、损耗率高，每年须投入大量资金用于购置相关产品。另一方面，制备上述施工材料耗费大量林木资源，对生态环境构成严重影响。

2、复合材料是将不同性质的材料组分优化组合形成的新材料，其主要性能较原材料有显著提升。利用一种性能优异、可再生利用且高度阻燃的新型复合材料制备损耗高、用量大的工具式建材，具有重要现实意义。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明提出一种高性能复合材料及其应用。

2、本发明提供的一种高性能复合材料，包括以下原材料：聚丙烯聚合物、矿物材料、石墨烯、碳纤维、硫化碳炔和硅烷偶联剂。

3、优选的，包括以下重量份的原材料：100份聚丙烯聚合物、15-30份矿物材料、5-10份石墨烯、5-10份碳纤维、1-5份硫化碳炔、0.2-0.3份硅烷偶联剂。

4、优选的，所述聚丙烯聚合物为均聚聚丙烯。

5、优选的，所述矿物材料为锂云母、金红石、锆石中的至少一种，所述矿物材料的细度为100-200目。

6、优选的，所述石墨烯为粉末状氧化石墨烯，粒径为10-20μm。

7、优选的，所述碳纤维的细度为30-100目。

8、优选的，所述硫化碳炔的细度为100-200目。

9、优选的，所述硅烷偶联剂为γ-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-(2.3-环氧丙氧)丙基氧基硅烷中的至少一种。

10、优选的，其制备方法包括下述步骤：

11、步骤1：将矿物材料洗净后自然风干，经设备研磨成100-200目的粉末；

12、步骤2：将石墨烯加工成10-20μm粒级的粉末体；

13、步骤3：将硫化碳炔加工成细度为100-200目的粉末体；

14、步骤4：将聚丙烯聚合物在70℃下干燥5-10h，再经振动筛筛分，形成细度小于30目的粉末体；

15、步骤5：将步骤1的矿物材料、步骤2的石墨烯、步骤3的硫化碳炔、步骤4的聚丙烯聚合物和硅烷偶联剂混合均匀，进行转速为300-500r/min、时间为5-10min的搅拌，形成第一混合体；

16、步骤6：在步骤5形成的第一混合体中投入碳纤维，经过加温混合25min成型，得到高性能复合材料。

17、本发明还提供一种所述的高性能复合材料在制备建筑模板、加固型材、排水管道、建筑围挡中的应用。

18、应用时，所述建筑模板根据结构形式，分为空腹式和实心式，所述空腹式建筑模板的厚度为8-10mm，空心率为40-60％，所述实心式建筑模板的厚度3-5mm。

19、所述加固型材为40mm*80mm空心式，有效厚度为3-5mm，所述加固型材可根据型钢尺寸设计为工字型、槽型、h型和t型。

20、所述排水管道设计为波纹状，管道直径为60-1500mm。

21、所述建筑围挡的结构为矩形中空状，高度为1000-2500mm，宽度1000-1500mm，可对半拆卸及拼装，使用时先进行结构拼装并向内部注砂。

22、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

23、1、本发明提供一种高性能复合材料，具有极高的强度和热稳定性。在配方设计上，聚丙烯聚合物与所选矿物材料、石墨烯、碳纤维以及硫化碳炔之间具有良好的结合性，避免了大量外加剂的使用。另一方面，所选矿物材料、石墨烯、碳纤维以及硫化碳炔经少量硅烷偶联剂改性后再与聚丙烯结合，使复合材料体系具有显著的遇水稳定性。

24、如图1所示，其为复合材料体系的接触角照片。左侧为未经偶联剂改性的效果，其标记接触角约145°，已存在明显疏水性。右侧为经0.2份硅烷偶联剂改性后复合材料的效果，其接触角约为146°。图1从形貌角度证实了偶联剂可进一步提高材料体系的疏水性，增强聚丙烯与其他原材料间的界面附着力。

25、2、本发明具有力学性能强、热稳定性高以及疏水效果明显等优势，且通用性较强，可用于多种建筑材料的制备。

26、3、本发明的高性能复合材料，满足熔点≥300℃，抗拉强度≥40.0mpa，抗弯强度≥50.0mpa，弯曲弹性模量≥4500mpa，缺口冲击强度≥40.0mpa，燃烧等级达到a2级及以上。

技术特征：

1.一种高性能复合材料，其特征在于，包括以下原材料：聚丙烯聚合物、矿物材料、石墨烯、碳纤维、硫化碳炔和硅烷偶联剂。

2.如权利要求1所述的高性能复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原材料：100份聚丙烯聚合物、15-30份矿物材料、5-10份石墨烯、5-10份碳纤维、1-5份硫化碳炔、0.2-0.3份硅烷偶联剂。

3.如权利要求1或2所述的高性能复合材料，其特征在于，所述聚丙烯聚合物为均聚聚丙烯。

4.如权利要求1或2所述的高性能复合材料，其特征在于，所述矿物材料为锂云母、金红石、锆石中的至少一种，所述矿物材料的细度为100-200目。

5.如权利要求1或2所述的高性能复合材料，其特征在于，所述石墨烯为粉末状氧化石墨烯，粒径为10-20μm。

6.如权利要求1或2所述的高性能复合材料，其特征在于，所述碳纤维的细度为30-100目。

7.如权利要求1或2所述的高性能复合材料，其特征在于，所述硫化碳炔的细度为100-200目。

8.如权利要求1或2所述的高性能复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-(2.3-环氧丙氧)丙基氧基硅烷中的至少一种。

9.如权利要求1或2所述的高性能复合材料，其特征在于，其制备方法包括下述步骤：

10.如权利要求1-9任一项所述的高性能复合材料在制备建筑模板、加固型材、排水管道、建筑围挡中的应用。

技术总结
本发明提供一种高性能复合材料，包括以下原材料：聚丙烯聚合物、矿物材料、石墨烯、碳纤维、硫化碳炔和硅烷偶联剂。本发明具有力学性能强、热稳定性高以及疏水效果明显等优势，且通用性较强，可用于多种建筑材料的制备。

技术研发人员：蔡国俊,陈刚,黄峰,梅江涛,包晗,张若豪,刘阳,顾波,俞方罡,吕强华,全有维,王日彤,许斌
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>中建八局第三建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29