[发明专利]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

说明书

本发明提出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，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。本发明聚合物与立体纤维布间形成的榫卯结构提高了二者的界面作用，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。

技术领域

本发明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-立体纤维布复合材料及其制备方法。

背景技术

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。

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。

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。

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。