CN107083013A - 一种用于运动防护的纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于运动防护的纤维复合材料，涉及复合材料技术领域，按重量份由以下组分原料制成，聚氨酯脲弹性纤维20～30份，碳纤维8～10份，不饱和树脂800～1200份，羧甲基纤维素钠2～4份，酪素胶3～6份，稳定剂1～5份，催化剂2～4份，颜料2～4份。1)、编织，使用聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维分别制成丝状，然后将丝状的聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维交织编织成网格状；2)、熔融，将不饱和树脂加热到55～65℃软化25～35分钟，加入颜料、羧甲基纤维素钠充分搅拌混合，再将加热熔化，熔融状态下的粘度控制在10000～20000CPS；3)、浸入；4)、挤出，5)、冷却。本发明生产的产品的强度高，弹性好，不容易碎烂、防护效果好，而且重量轻，对人体无副作用。
Description
技术领域：
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种用于运动防护的纤维复合材料及其制备方法。
背景技术：
碳纤维，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
而现有技术中碳纤维常常用于运动器材中，大大增加了其强度和轻便特点，但是其价格高，在一些领域不便于加工和复合等特点使其使用并不很强。运动防护的材料一般是用于头盔、护膝、运动部件的外壳等，这些材料不仅仅要求其强度要高。而且还要满足具具有一定的弹性，不容易碎烂，而且要保持轻质的特点，而现有技术中的这些材料一般都是采用的普通的塑料材质，硬度较高，需要增加很厚的软质的隔垫，容易碎烂，一旦与硬质的物体撞击，比较容易分裂成几瓣，而且对人体造成损害，而且要求的厚度较厚，重量较重。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于克服现有的技术缺陷，提供一种强度高，弹性好，不容易碎烂、防护效果好，而且重量轻的用于运动防护的纤维复合材料及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种用于运动防护的纤维复合材料，其特征在于：按重量份由以下组分原料制成，
优选按重量份由以下组分原料制成，聚氨酯脲弹性纤维25份，碳纤维9份，不饱和树脂1000份，羧甲基纤维素钠3份，酪素胶5份，稳定剂3份，催化剂3份和颜料3份。
一种用于运动防护的纤维复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)、编织，使用聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维分别制成丝状，然后将丝状的聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维交织编织成网格状，其中丝状的聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维相互交错设置；
2)、熔融，将不饱和树脂加热到55～65℃软化25～35分钟，然后加入颜料、羧甲基纤维素钠充分搅拌混合，再将加热熔化，使其处于熔融状态下保温，熔融状态下的粘度控制在10000～20000CPS；
3)、浸入，先加入稳定剂，再加入催化剂和酪素胶并分别充分混合，再将编织好的网格状的氨酯脲弹性纤维和碳纤维均匀输送并浸入到不饱和树脂中缓慢通过；
4)、挤出，将浸入后的碳纤维丝材料通过模具挤出成型，然后固化成型；
5)、冷却，将固化后的产品的温度冷却到常温即可。
所述的不饱和树脂为热固性树脂，固化成型时的温度控制在130～140℃之间。
所述的催化剂按重量份由以下组分原料制成，氢化铜8～10份、乙醇钠5～7份和氟硅酸2～4份。
所述的稳定剂按重量份由以下组分原料制成，丁二酮20～30份和咖啡酸1～1.5份。
所述的不饱和树脂为酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂和聚氨酯树脂中的一种或多种。
本发明的羧甲基纤维素钠能够增加熔融下的不饱和树脂的粘性，使其不饱和树脂能够完全的粘附在编织的纤维网格上，而且可以防止熔融状态下的不饱和树脂出现絮凝的情况，便于后续的沉浸和挤出成型。
本发明的酪素胶可以防止熔融的不饱和树脂在沉浸时突然遇到温度低的编织纤维网格时在编织纤维网格的表面不饱和树脂温度快速下降而快速形成脆性的隔膜层，能够保证编织纤维网格与不饱和树脂之间无缝复合，有利于增加产品的强度。
本发明可以根据选择不同的树脂，而制造成各种类型的防护材料，这些防护材料的硬度强度和弹性等都可以进行适当的选择，本发明的纤维网格还可以设置为多层，挤出各种立体的结构，而且可以根据挤出模具的形状挤出不同的产品。本发明也可以通过浇筑的方式来成型固定形状的产品。
本发明还在材料生产的过程加入了稳定剂和催化剂，本发明中的稳定剂可以起到稳定不饱和树脂融融状态的稳定性，即保持熔融状态下不饱和树脂的粘稠度，加入催化剂具有一定的固化作用，便于下一步的进行成型，有利于成型后固化快速变硬。本发明在成型时先加入稳定剂再加入催化剂，可以开防止催化剂对稳定剂进行过多的干扰，使得稳定剂具有更好稳定性能，本发明在加入催化剂后立即进行成型。
本发明的稳定剂和催化剂都为混合复合型稳定剂和催化剂，相较于传统的稳定剂和催化剂具有更好的性能。
本发明中一般使用热固性树脂，有利于成型结构较为复杂的型材，而且对于加热固化以后不再可逆，成为既不溶解，又不熔化，加工成型材更为合适。
本发明的有益效果是：本发明生产的产品的强度高，弹性好，不容易碎烂、防护效果好，而且重量轻，对人体无副作用。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实例，进一步阐述本发明。
实施例一
一种用于运动防护的纤维复合材料，按重量份由以下组分原料制成，聚氨酯脲弹性纤维20份，碳纤维8～10份，不饱和树脂800～1200份，羧甲基纤维素钠2～4份，酪素胶3～6份，稳定剂1～5份，催化剂2～4份和颜料2～4份。
一种用于运动防护的纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤，
1)、编织，使用聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维分别制成丝状，然后将丝状的聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维交织编织成网格状，其中丝状的聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维相互交错设置；
2)、熔融，将不饱和树脂加热到55℃软化25分钟，然后加入颜料、羧甲基纤维素钠充分搅拌混合，再将加热熔化，使其处于熔融状态下保温，熔融状态下的粘度控制在10000CPS；
3)、浸入，先加入稳定剂，再加入催化剂和酪素胶并分别充分混合，再将编织好的网格状的氨酯脲弹性纤维和碳纤维均匀输送并浸入到不饱和树脂中缓慢通过；
4)、挤出，将浸入后的碳纤维丝材料通过模具挤出成型，然后固化成型；
5)、冷却，将固化后的产品的温度冷却到常温即可。
不饱和树脂为热固性树脂，固化成型时的温度控制在130℃之间。
催化剂按重量份由以下组分原料制成，氢化铜8份、乙醇钠5份和氟硅酸2份。
稳定剂按重量份由以下组分原料制成，丁二酮20份和咖啡酸1份。
不饱和树脂为酚醛树脂。
实施例二
一种用于运动防护的纤维复合材料，按重量份由以下组分原料制成，聚氨酯脲弹性纤维25份，碳纤维9份，不饱和树脂1000份，羧甲基纤维素钠3份，酪素胶5份，稳定剂3份，催化剂3份和颜料3份。
一种用于运动防护的纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤，
1)、编织，使用聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维分别制成丝状，然后将丝状的聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维交织编织成网格状，其中丝状的聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维相互交错设置；
2)、熔融，将不饱和树脂加热到60℃软化30分钟，然后加入颜料、羧甲基纤维素钠充分搅拌混合，再将加热熔化，使其处于熔融状态下保温，熔融状态下的粘度控制在15000CPS；
3)、浸入，先加入稳定剂，再加入催化剂和酪素胶并分别充分混合，再将编织好的网格状的氨酯脲弹性纤维和碳纤维均匀输送并浸入到不饱和树脂中缓慢通过；
4)、挤出，将浸入后的碳纤维丝材料通过模具挤出成型，然后固化成型；
5)、冷却，将固化后的产品的温度冷却到常温即可。
不饱和树脂为热固性树脂，固化成型时的温度控制在135℃之间。
催化剂按重量份由以下组分原料制成，氢化铜9份、乙醇钠6份和氟硅酸3份。
稳定剂按重量份由以下组分原料制成，丁二酮25份和咖啡酸1.3份。
不饱和树脂为不饱和聚酯树脂。
实施例三
一种用于运动防护的纤维复合材料，按重量份由以下组分原料制成，聚氨酯脲弹性纤维20～30份，碳纤维8～10份，不饱和树脂800～1200份，羧甲基纤维素钠4份，酪素胶6份，稳定剂5份，催化剂4份和颜料4份。
一种用于运动防护的纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤，
1)、编织，使用聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维分别制成丝状，然后将丝状的聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维交织编织成网格状，其中丝状的聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维相互交错设置；
2)、熔融，将不饱和树脂加热到65℃软化35分钟，然后加入颜料、羧甲基纤维素钠充分搅拌混合，再将加热熔化，使其处于熔融状态下保温，熔融状态下的粘度控制在20000CPS；
3)、浸入，先加入稳定剂，再加入催化剂和酪素胶并分别充分混合，再将编织好的网格状的氨酯脲弹性纤维和碳纤维均匀输送并浸入到不饱和树脂中缓慢通过；
4)、挤出，将浸入后的碳纤维丝材料通过模具挤出成型，然后固化成型；
5)、冷却，将固化后的产品的温度冷却到常温即可。
不饱和树脂为热固性树脂，固化成型时的温度控制在140℃之间。
催化剂按重量份由以下组分原料制成，氢化铜10份、乙醇钠7份和氟硅酸4份。
稳定剂按重量份由以下组分原料制成，丁二酮30份和咖啡酸1.5份。
不饱和树脂为聚氨酯树脂。
本发明采用市场上的ABS材料和PC材料的安全帽与本发明的材质的安全帽做对比试验，得出下表试验数据。
与市场上的ABS材料和PC材料的安全帽相比，本发明的材料具有更为安全的防护性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种用于运动防护的纤维复合材料，其特征在于：按重量份由以下组分原料制成，
2.根据权利要求1所述的一种用于运动防护的纤维复合材料，其特征在于：按重量份由以下组分原料制成，聚氨酯脲弹性纤维25份，碳纤维9份，不饱和树脂1000份，羧甲基纤维素钠3份，酪素胶5份，稳定剂3份，催化剂3份和颜料3份。
3.根据权利要求1所述的一种用于运动防护的纤维复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)、编织，使用聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维分别制成丝状，然后将丝状的聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维交织编织成网格状，其中丝状的聚氨酯脲弹性纤维和碳纤维相互交错设置；
2)、熔融，将不饱和树脂加热到55～65℃软化25～35分钟，然后加入颜料、羧甲基纤维素钠充分搅拌混合，再将加热熔化，使其处于熔融状态下保温，熔融状态下的粘度控制在10000～20000CPS；
3)、浸入，先加入稳定剂，再加入催化剂和酪素胶并分别充分混合，再将编织好的网格状的氨酯脲弹性纤维和碳纤维均匀输送并浸入到不饱和树脂中缓慢通过；
4)、挤出，将浸入后的碳纤维丝材料通过模具挤出成型，然后固化成型；
5)、冷却，将固化后的产品的温度冷却到常温即可。
4.根据权利要求1所述的一种用于运动防护的纤维复合材料，其特征在于：所述的不饱和树脂为热固性树脂，固化成型时的温度控制在130～140℃之间。
5.根据权利要求1所述的一种用于运动防护的纤维复合材料，其特征在于：所述的催化剂按重量份由以下组分原料制成，氢化铜8～10份、乙醇钠5～7份和氟硅酸2～4份。
6.根据权利要求1所述的一种用于运动防护的纤维复合材料，其特征在于：所述的稳定剂按重量份由以下组分原料制成，丁二酮20～30份和咖啡酸1～1.5份。
7.根据权利要求3所述的一种用于运动防护的纤维复合材料，其特征在于：所述的不饱和树脂为酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂和聚氨酯树脂中的一种或多种。
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