一种具有高强耐腐性能的氧化石墨烯-碳纤维复合材料3D打印线材及制作工艺

摘要

本发明公开了一种具有高强耐腐性能的氧化石墨烯‑碳纤维复合材料3D打印线材及制作工艺，线材从内到外包括碳纤维束芯、尼龙‑氧化石墨烯复合材料层、聚乳酸‑氧化石墨烯复合材料层三个部分。碳纤维束芯为单股碳纤维束构成或由多股碳纤维束螺旋缠绕而成，尼龙‑氧化石墨烯复合材料固化在碳纤维束芯外周，聚乳酸‑氧化石墨烯复合材料固化于线材的最外层。该线材可用于工程结构加固，且具有高强度、高韧性、耐腐防火的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印材料及房屋加固技术领域，具体涉及一种用于房屋加固具有高强耐腐性能的氧化石墨烯-碳纤维复合材料3D打印线材。

背景技术

3D打印即增材制造技术，具有成本低、绿色环保、多样成型的优点，近30年来在航空航天、机械制造、生物医疗、工业建造多个领域发展迅速，采用的材料包括聚合物、金属、陶瓷、碳纤维和水泥基类材料等，其中金属、碳纤维打印成型后的材料具有高强度的优点。目前，采用3D打印技术有望降低老旧小区加固的成本。然而，加固材料既要求具有高强度又要具有一定的耐腐和防火性能，而目前尚无同时具有高强耐腐防火性能的3D打印材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高强耐腐性能的氧化石墨烯-碳纤维复合材料3D打印线材及制作工艺，用于房屋加固，具有高强耐腐、成本低的优点。

本发明采用的技术方案为：一种具有高强耐腐性能的氧化石墨烯-碳纤维复合材料 3D打印线材，该线材从内到外包括碳纤维束芯、尼龙-氧化石墨烯复合材料层、聚乳酸-氧化石墨烯复合材料层三个部分；

所述线材横截面为圆形或方形，横截面的直径或宽度为2～10mm。

所述的碳纤维束芯为单股碳纤维束构成或由多股碳纤维束螺旋缠绕而成；单股碳纤维束包含纤维数量在6000～12000之间，三股、七股碳纤维束中的单股包含纤维数量分别在1000～3000、3000～6000之间；

所述的尼龙-氧化石墨烯复合材料层的厚度为碳纤维束芯直径或厚度的1～1.5倍；

所述的聚乳酸-氧化石墨烯复合材料层的厚度为碳纤维束芯直径或厚度的1～2.0倍。

作为优选，所述尼龙-氧化石墨烯复合材料层配方，按质量比，包括如下组分：

尼龙，98份；

氧化石墨烯，2份。

作为优选，所述聚乳酸-氧化石墨烯复合材料层配方，按质量比，包括如下组分：

聚乳酸，95份；

氧化石墨烯，5份。

上述具有高强耐腐性能的氧化石墨烯-碳纤维复合材料3D打印线材制作工艺，包括步骤如下：

A，碳纤维束采用日本东丽公司生产的T300SC型碳纤维，使用3股3K碳纤维经过螺旋缠绕制成直径1.5mm的碳纤维束芯。

B，尼龙-氧化石墨烯复合材料层的制备，按质量份比，尼龙98份，氧化石墨烯2 份。其中尼龙选用日本三菱公司生产的PA6型号，氧化石墨烯为宏达昌公司生产的单层氧化石墨烯，纯度96％，厚度小于1nm，单层0.2-10μm，层数1-2层，形状为粉末状。尼龙和氧化石墨烯应在230℃恒温环境下均匀混合10min，制成熔融尼龙-氧化石墨烯复合物。

C，碳纤维束芯用张力机拉直后，浸润在熔融尼龙-氧化石墨烯复合物中。采用拉挤工艺装置，制成包含碳纤维束的3mm直径尼龙-氧化石墨烯复合材料层。

D，聚乳酸和氧化石墨烯混合物的制备，按质量份比，聚乳酸95份，氧化石墨烯5份。聚乳酸和氧化石墨烯粉末应在180℃恒温环境下均匀混合15min，制成熔融聚乳酸- 氧化石墨烯混合物。

E，将3mm直径尼龙-氧化石墨烯复合材料层浸润在熔融聚乳酸-氧化石墨烯混合物中，采用拉挤工艺装置，外包2mm聚乳酸和氧化石墨烯基体，制成5mm直径的用于房屋加固具有高强耐腐性能的氧化石墨烯-碳纤维复合材料3D打印线材。

有益效果：本发明线材可用于工程结构加固，且具有高强度、高韧性、耐腐防火的优点。

附图说明

图1是本发明的一种圆形截面具有高强耐腐性能的氧化石墨烯-碳纤维复合材料3D 打印线材的结构示意图；

图2是本发明的一种方形截面具有高强耐腐性能的氧化石墨烯-碳纤维复合材料3D 打印线材的结构示意图。

其中，1为碳纤维束芯，2为尼龙-氧化石墨烯复合材料层，3为聚乳酸-氧化石墨烯复合材料层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1,

如图1为一种具有高强耐腐性能的氧化石墨烯-碳纤维复合材料3D打印线材，该线材从内到外包括碳纤维束芯1、尼龙-氧化石墨烯复合材料层2、聚乳酸-氧化石墨烯复合材料层3三个部分；

所述线材横截面为圆形或方形，横截面的直径或宽度为2～10mm。

所述的碳纤维束芯1为单股碳纤维束构成或由多股碳纤维束螺旋缠绕而成；单股碳纤维束包含纤维数量在6000～12000之间，三股、七股碳纤维束中的单股包含纤维数量分别在1000～3000、3000～6000之间；

所述的尼龙-氧化石墨烯复合材料层2的厚度为碳纤维束芯直径或厚度的1～1.5倍；所述的聚乳酸-氧化石墨烯复合材料层3的厚度为碳纤维束芯直径或厚度的1～2.0倍。

上述具有高强耐腐性能的氧化石墨烯-碳纤维复合材料3D打印线材制作工艺，包括步骤如下：

A，碳纤维束采用日本东丽公司生产的T300SC型碳纤维，使用3股3K碳纤维经过螺旋缠绕制成直径1.5mm的碳纤维束芯。

B，尼龙-氧化石墨烯复合材料层的制备，按质量份比，尼龙98份，氧化石墨烯2 份。其中尼龙选用日本三菱公司生产的PA6型号，氧化石墨烯为宏达昌公司生产的单层氧化石墨烯，纯度96％，厚度小于1nm，单层0.2-10μm，层数1-2层，形状为粉末状。尼龙和氧化石墨烯应在230℃恒温环境下均匀混合10min，制成熔融尼龙-氧化石墨烯复合物。

C，碳纤维束芯用张力机拉直后，浸润在熔融尼龙-氧化石墨烯复合物中。采用拉挤工艺装置，制成包含碳纤维束的3mm直径尼龙-氧化石墨烯复合材料层。

D，聚乳酸和氧化石墨烯混合物的制备，按质量份比，聚乳酸95份，氧化石墨烯5份。聚乳酸和氧化石墨烯粉末应在180℃恒温环境下均匀混合15min，制成熔融聚乳酸- 氧化石墨烯混合物。

E，将3mm直径尼龙-氧化石墨烯复合材料层浸润在熔融聚乳酸-氧化石墨烯混合物中，采用拉挤工艺装置，外包2mm聚乳酸和氧化石墨烯基体，制成5mm直径的用于房屋加固具有高强耐腐性能的氧化石墨烯-碳纤维复合材料3D打印线材。

实施例2

如图2所示，该实施例与实施例1不同之处在于：所述线材为方形截面。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。