[发明专利]石墨烯/纤维增强高分子复合材料及其应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯/纤维增强高分子复合材料，包括石墨烯、纤维和聚合物，其中，所述石墨烯为其表面接枝氮磷化合物形成的功能化石墨烯，所述纤维优选为氮磷化合物接枝的短纤维。基于所述复合材料制造的成型体，例如盖板或步行板组件，不仅具有良好的力学强度、阻燃性能、耐久性能，且具有比重小、抗变形能力大等特点，进而其构造的盖板或步行板也具备力学强度大、阻燃性能好等特点。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种石墨烯/纤维增强高分子复合材料，以及基于所述复合材料制备的成型体及成型体的制备方法和应用，还涉及一种盖板。

背景技术

列车在隧道内运行通过时，由于列车截面积与隧道截面积之比比较大，且隧道长度较大，列车运行速度快，列车会在隧道内产生较大侧向风压的“活塞效应”，会对隧道内存放的通信、信号、电力、排水等设备产生破坏。此外，随着高速铁路客运专线大规模建设，隧道越来越多，隧道内防火和救援设计问题越来越突出。盖板作为保证隧道内列车安全及人员疏散与救援的重要手段之一，其设置的必要性显得尤为突出。

考虑到防火救援维护需要、冰冻和其它物质溅射对设备造成损坏，所有水沟及电缆均需配备盖板。但是，目前国内由于对盖板的性能还没有统一标准，且对盖板要求较高，不仅要求经济适用性好、施工简便和耐久性，还需要较高的力学强度、耐水、耐酸碱和油，且还需要优异的阻燃性能。现有金属或无机非金属材料盖板因为比重大、抗变形能力差，且安装不方便。因此，必须研制新型盖板，以满足近年来我国高速铁路快速发展和普速铁路改造后大面积提速的需要。

传统纤维增强高分子复合材料，因为高强、耐水、耐酸碱和油，且比重小、抗变形能好，安装方便，有望取代现有的金属或无机非金属材料盖板。但是，纤维与聚合物的相容性不佳，形成的传统纤维增强高分子复合材料容易燃烧，因而大大限制其在盖板中应用。

针对上述问题，在纤维增强高分子复合材料添加阻燃剂，以满足使用要求。其中无机阻燃剂是目前应用最为广泛的阻燃剂，具有绿色无毒、效果持久、不易挥发、来源广泛、价格低廉等优点，比较适合用于纤维增强高分子复合材料盖板中。但是，无机阻燃剂也存在阻燃效率低、添加量大、与聚合物相容性差等缺点。因此，研发阻燃效率高、添加量小、易于与聚合物基体相容的无机阻燃剂是当前行业内的研究热点，也是研究难点。

针对上述现有技术状况，在我国高速铁路快速发展和普速铁路改造后大面积提速的背景下，亟待开发出适用于制备具备阻燃性能好、力学强度高、耐腐蚀等特点的盖板的复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯/纤维增强高分子复合材料，基于该复合材料制备的成型体，尤其是基于该复合材料经过模压成型制备的具有良好的阻燃性、力学性能和耐腐蚀的盖板组件。

本发明的目的还在于提供所述成型体或盖板组件的制备方法，包括功能化石墨烯的制备步骤。通过该制备方法的简单步骤有效地制备具有提高的阻燃性能和力学性能的盖步板。

此外，本发明的目的还在于提供一种盖板，其盖板主体基于本发明提供的石墨烯/纤维增强高分子复合材料。

根据本发明的一个方面，提供了一种石墨烯/纤维增强高分子复合材料，包括石墨烯、纤维和聚合物，其中，所述石墨烯为其表面接枝氮磷化合物形成的功能化石墨烯。优选地，所述氮磷化合物为如式一所示的氮磷化合物，

其中，

m、n各自独立地为2-5的整数，优选为3-4；