[发明专利]一种管道复合材料及其制备方法

说明书

一种管道复合材料，包括改性竹纤维和环氧树脂；以复合材料重量计，其中改性竹纤维的含量为5‑20wt％；所述改性竹纤维的制备方法包括以下步骤：(1)竹纤维在亚临界水中进行预处理；(2)步骤(1)得到的经预处理的竹纤维和碱液、表面活性剂反应；(3)然后和环氧烷反应，(4)和偏铝酸盐水溶液混合均匀，浸渍，调节pH值至中性并搅拌老化，过滤干燥。该方法工艺简单，环保安全，采用本方法制备的复合材料管材，具有高强度和高韧性，广泛适用于化工和农业生产等个领域。

技术领域

本发明属于管道生产领域，尤其涉及一种管道复合材料及其制备方法。

背景技术

非金属复合材料管道以耐腐蚀、内表面光滑，输送能耗低等优点广泛应用于石油、化工、造纸、城市供水等行业中，随着我国经济快速发展，市场对于复合材料管道的认同和需求日益扩大。但是非金属复合材料管道还存在韧性不足，耐高温性能等缺点，因此对于非金属复合管道材料的研究具有非常重要的现实意义。

材料学上将两种或多种不同组织相的物体组成的材料成为复合材料。通常是将高强度、高模量的脆性材料分散到低强度、低模量的韧性材料中，如将玻璃纤维、碳纤维等复合到树脂材料、陶瓷等中。复合材料可以克服单一材料的弱点，将两种或多种材料的优点集合起来，其工作原理是利用高强度纤维作为受力基材，通过基体传递纤维之间的剪切力。同时纤维容易受压屈曲，基体可以在一定程度上起到防止纤维屈曲的作用。纤维复合材料已经广泛应用于工业生产的各个方面，在众多的复合材料中，竹纤维复合材料是研究较多的一种复合材料，其应用十分广阔。竹纤维复合树脂是以竹纤维为增强材料，以树脂作为基体材料的复合材料。

竹纤维是一种来源于竹类植物的纤维，竹类植物生长迅速，资源丰富，具有很高的开发利用价值，而竹纤维具有强度高、韧性好、刚度大、容易纵向分离的优点。由于竹纤维表面除了纤维素以外，还含有半纤维素和木质素、果胶、酯类等物质，纤维素主要构成纤维细胞壁的骨架结构，而半纤维素、木质素和果胶填充在木质素纤维缝隙中，充当胶黏剂。竹纤维中，半纤维素和木质素以共价键形成复杂的网络结构，纤维素镶嵌其中。纤维素本身具有较高的结晶度，大量高反应活性的羟基被封闭在结晶区中，使得纤维素反应活性较低，导致组纤维和树脂等基体材料的表面极性差异较大，因此竹纤维作为复合材料使用一般需要进行表面改性处理。

竹纤维常见的表面处理方法是采用碱洗的方法，碱液可以使纤维素发生明显的膨胀，活性比表面积增大，反应活性增强。超声波处理液也作为常见的处理方法，可以加强碱液的作用效果。氧化预处理也是常见的改性方法，氧化处理可以大量降解木质素，但是对纤维素和半纤维素几乎没有影响，从而显著提高纤维素的含量，常见的氧化剂主要有氧气、臭氧和双氧水等。

环氧树脂是一种具有良好物理化学稳定性和机械性能的有机材料，广泛应用于管道材料，但是环氧树脂由于存在内应力大、韧性和热稳定性差的缺陷，通过会加入其他组分构成复合材料使用。

庞锦英等人分别使用娃炼偶联剂A-174处理、乙酰化包覆处理和高锰酸钾接枝处理来改性香蕉纤维，再将改性香蕉纤维作为填料制备环氧树脂基复合材料。研究发现，香蕉纤维可显著改善环氧树脂的拉伸、弯曲和压缩强度，且与未改性香蕉纤维相比，3种改性处理均能进一步提高复合材料的力学性能。梁春群以硅烷偶联剂KH-550改性竹纤维和环氧树脂E-44为原料制备环氧树脂基复合材料。结果表明，竹纤维可改善环氧树脂的冲击和拉伸强度，竹纤维含量为20%时，复合材料力学性能最好。西南交通大学的周作万等人分别以2%NaOH溶液和KH-560偶联剂改性竹纤维，再分别将竹纤维和改性竹纤维为填料制备环氧树脂复合材料。研究发现，当竹纤维含量为20%，复合材料拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度相对于纯环氧树脂有明显提高，且两种改性均可进一步改善复合材料的拉伸强度和断裂伸长率。

现有技术中对于竹纤维复合树脂材料的主要还是集中在对竹纤维的的表面进行改性处理，使得竹纤维表面和树脂之间的界面差异最小化，从而提高竹纤维复合材料的机械性能。

发明内容