CN108729320A - 一种矿用巷道路面板及制备、铺装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用巷道路面板及制备、铺装方法，所述矿用巷道路面板为由复合材料制成的、截面为“π”形结构体，包括路面板和加强筋，加强筋上设有通孔，铺装时通过该通孔采用绳索连接；复合材料由聚氨酯树脂和增强玻璃纤维和/或玻璃毡复合而成。本发明以高硬度聚氨酯为基体材料，玻璃纤维为增强材料，采用连续拉挤工艺生产的π型结构，具有高强度、环境友好、耐腐蚀、韧性好、握钉力强、安装简洁、拆卸方便、重复利用等特点。通过特有的绳索连接方式进行铺设，其制备和铺设方式极大的缩短巷道路面的施工及养护周期，大幅度降低使用成本，作为道路面板使用其具有运输简便、铺装效率高、无需养护、可拆卸循环使用等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿用巷道路面板及制备、铺装方式，属于复合材料应用技术领域。
背景技术
随着现代化采煤技术的发展，煤矿井下无轨化运输已成为矿井主要辅助运输方式之一，为使无轨运输安全可靠，巷道路面的处理方式就显得尤为重要。大部分矿用巷道底板往往是强度偏低的泥质岩，且含有大量的膨胀型矿物，不仅受施工扰动、综采震动影响，遇水也会发生变形，崩解、膨胀等情况，比较难处理。目前煤矿井下巷道路面的主要处理方式是混凝土浇筑，而混凝土路面存在施工难度大、养护时间长、遇水易底鼓碎裂，无法循环利用等现象，导致安全生产效率降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种矿用巷道路面板及其制备、铺装方法，解决当前巷道路面施工难度大、养护时间长、遇水易底鼓碎裂，无法循环利用、安全生产效率低的问题。
为解决这一技术问题，本发明提供了一种矿用巷道路面板，所述矿用巷道路面板为由复合材料制成的、截面为“π”形结构体，所述“π”形结构体包括路面板和加强筋，所述加强筋上设有通孔，铺装时通过该通孔采用绳索连接；所述的复合材料由10～35％的聚氨酯树脂和65～90％的增强玻璃纤维和/或玻璃毡复合而成，其中聚氨酯为基体材料，玻璃纤维和/或玻璃毡为增强材料；所述聚氨酯由多元醇组合料与异氰酸酯反应制备而成，其中多元醇组合料与异氰酸酯的比例为1:1-1:1.5；所述多元醇组合料由有机多元醇、阻燃剂、内脱模剂、触变剂、分散剂和导电材料反应制成，阻燃剂占多元醇组合料的比例为0％～20％、导电材料占多元醇组合料的比例为0％～10％；所述增强玻璃纤维和/或玻璃毡是指由玻璃纤维纱和/或玻璃纤维纱经过编织所形成的毡、布织物。
所述多元醇组合料的配比为有机多元醇75份、阻燃剂0～20份、内脱模剂3～15份、触变剂0.8～1.2份、分散剂0.8～1.2份和导电材料0～10份。
所述路面板的厚度为2-20mm，宽度为80-200mm，高度为10-30mm，长度为3000-6000mm。
所述的加强筋为直板结构，该直板与路面板垂直、对称设置在路面板背面。
本发明还提供了一种矿用巷道路面板的制备方法，采用复合材料拉挤工艺成型，具体工艺如下：
1)按照多元醇组合料配方的组成及含量配置；
2)将多元醇组合料与异氰酸酯分别加入注胶机的储罐中反应制备高强度聚氨酯，将玻璃纤维按照路面板结构要求在穿纱板进行穿纱，并导入注胶盒与模具；
3)将聚氨酯混合料通过连续泵送至注胶盒与玻璃纤维充分浸润后，进入预先加热至160℃～220℃的模具进行高温固化拉挤成型，所得路面板成品其横向强度为80～150MPa，横向模量为7～20Gpa；
4)再经过自然风冷却至型材表面温度在60℃以下时，按照设计巷道路面板尺寸进行切割。
本发明还提供了一种矿用巷道路面板的铺装方法，包括如下步骤：道路面板铺装时多组面板之间至少两端采用绳索连接，或多组面板之间放置穿在绳索上的限制管，绳索两端各自打结，连接好后将加强筋一侧置入路面基层上；道路面板可以在矿井上面按规定的方法铺好成组，移至井下连接成面，也可先移至矿井下直接按照上述方法连接成面。
所述绳索为直径3mm～10mm的尼龙绳索，绳索直径比“π”型结构加强筋上的通孔直径小0mm～2mm。
所述限制管为内径与上述绳索直径相匹配的PVC管、TPU管及PET管制品中至少一种，限制管外径比“π”型结构加强筋通孔直径大0.5mm～6mm。
有益效果：本发明以高硬度聚氨酯为基体材料，玻璃纤维为增强材料，采用连续拉挤工艺生产的π型结构，具有高强度、高模量、环境友好、耐腐蚀、韧性好、握钉力强、安装简洁、拆卸方便、重复利用的轻质阻燃的高分子复合材料，通过特有的绳索连接方式进行铺设，其制备和铺设方式极大的缩短巷道路面的施工及养护周期，大幅度降低使用成本，同时也凭借材料本身的优良特性，完美的结构设计，先进的加工工艺及高效的铺设方式，使得其所铺设的路面的在动载荷下具有优良的使用性能，且可实现循环利用。相比其他传统材料也具有更加优异的性能，是当前拉挤成型工艺中综合性能最好的复合材料。作为道路面板使用其具有运输简便、铺装效率高、无需养护、可拆卸循环使用等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的截面示意图；
图3为本发明铺装方式的截面示意图；
图4为本发明铺装效果示意图。
图中：1路面板、2加强筋、3绳索、4限制管、5通孔。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。
本发明提供的矿用巷道路面板由高强度聚氨酯树脂为基体材料，玻璃纤维和/或玻璃毡为增强材料，采用连续拉挤工艺生产的一种能够满足矿井巷道用的轻质高强的高分子复合材料，并根据其结构特点结合其应用环境确定合理的铺装方式。
图1所示为本发明的结构示意图。
图2所示为本发明的截面示意图。
本发明由复合材料制成的截面为“π”形结构体，所述“π”形结构体包括路面板1和加强筋2，所述加强筋2上设有通孔5，铺装时通过该通孔5采用绳索3连接。
所述路面板1的厚度为2-20mm，宽度为80-200mm，高度为10-30mm，长度为3000-6000mm。
所述的加强筋2为直板结构，该直板与路面板1垂直、对称设置在路面板1背面。
所述的复合材料由10～35％的聚氨酯树脂和65～90％的增强玻璃纤维和/或玻璃毡复合而成，其中聚氨酯为基体材料，玻璃纤维和/或玻璃毡为增强材料；所述聚氨酯由多元醇组合料与异氰酸酯反应制备而成，其中多元醇组合料与异氰酸酯的比例为1:1-1:1.5；所述多元醇组合料由有机多元醇、阻燃剂、内脱模剂、触变剂、分散剂和导电材料反应制成，阻燃剂占多元醇组合料的比例为0％～20％、导电材料占多元醇组合料的比例为0％～10％；所述增强玻璃纤维和/或玻璃毡是指由玻璃纤维纱和/或玻璃纤维纱经过编织所形成的毡、布织物。
所述多元醇组合料的配比为有机多元醇75份、阻燃剂0～20份、内脱模剂3～15份、触变剂0.8～1.2份、分散剂0.8～1.2份和导电材料0～10份
本发明还提供了一种矿用巷道路面板的制备方法，采用复合材料采用拉挤工艺成型，具体工艺如下：
1)按照多元醇组合料配方的组成及含量配置；
2)将多元醇组合料与异氰酸酯分别加入注胶机的储罐中反应制备高强度聚氨酯，将玻璃纤维按照路面板结构要求在穿纱板进行穿纱，并导入注胶盒与模具；
3)将聚氨酯混合料通过连续泵送至注胶盒与玻璃纤维充分浸润后，进入预先加热至160℃～220℃的模具进行高温固化拉挤成型，所得路面板成品其横向强度为80～150MPa，横向模量为7～20Gpa；
4)再经过自然风冷却至型材表面温度在60℃以下时，按照设计巷道路面板尺寸进行切割。
实验例
一、物料配方设计：
本发明由高强度聚氨酯为基体材料，玻璃纤维和/或玻璃毡为增强材料，采用连续拉挤工艺生产制备而成。高强度聚氨酯由多元醇组合料与异氰酸酯反应制备而成，其中所述的多元醇组合料组成及含量如表1所示。将除异氰酸酯以外的组分混合搅拌均匀后，与异氰酸酯反应制备高强度聚氨酯，上述所得的高强度聚氨酯经测定，其表面电阻率如表1所示。
表1 阻燃抗静电高强度聚氨酯配方及表面电阻率表
结合测试数据与实际生产工艺综合考虑，最优聚氨酯配方为表1中配方4，即导电材料添加量为6％，所得聚氨酯表面电阻率为108Ω。
按照上述最优配方，采用玻璃纤维和/或玻璃毡为增强材料，通过连续拉挤工艺制备巷道路面板(如图1、图2所示)。
二、不同增强材料制成的巷道路面板技术指标测试
对按照上述配比及不同增强材料制成的巷道路面板进行技术指标测试。
1、采用单纯玻璃纤维进行增强。具体施工工艺为：将最优配方的多元醇组合料与异氰酸酯分别加入注胶机的储罐中，将玻璃纤维按照路面板结构要求在穿纱板进行穿纱，并导入注胶盒与模具，将聚氨酯混合料通过连续泵送至注胶盒与玻璃纤维充分浸润后进入模具进行高温固化拉挤成型，其中模具温度为160℃，所得路面板成品其横向强度为80MPa，横向模量为7GPa。
2、采用玻璃纤维与两层玻璃纤维织物进行增强。具体施工工艺为：将最优配方的多元醇组合料与异氰酸酯分别加入注胶机的储罐中，将玻璃纤维与玻璃纤维织物按照路面板结构要求在穿纱板进行穿纱，并导入注胶盒与模具，将聚氨酯混合料通过连续泵送至注胶盒与玻璃纤维充分浸润后进入模具进行高温固化拉挤成型，其中模具温度为180℃，所得路面板成品其横向强度为120MPa，横向模量为10GPa。
3、采用玻璃纤维与六层玻璃纤维织物进行增强。具体施工工艺为：将最优配方的多元醇组合料与异氰酸酯分别加入注胶机的储罐中，将玻璃纤维与玻璃纤维织物按照路面板结构要求在穿纱板进行穿纱，并导入注胶盒与模具，将聚氨酯混合料通过连续泵送至注胶盒与玻璃纤维充分浸润后进入模具进行高温固化拉挤成型，其中模具温度为220℃，所得路面板成品其横向强度为150MPa，横向模量为20GPa。
综上所述，不同增强材料的增强聚氨酯复合材料通过拉挤工艺制备的路面板，结合测试数据与实际生产工艺综合考虑，在玻璃纤维中添加两层玻璃纤维织物进行增强效果为最好。所得路面板材料横向强度为120MPa，横向模量为10GPa。测试结果如下表所示。
实施例
按照表1所列配方，采用拉挤工艺成型：在牵引机设备的牵引力作用下，将玻璃纤维纱线和/或玻璃纤维织物，经过混合后的聚氨酯树脂浸润后，通过预先加热至160℃-220℃的模具加热固化成型，再经过自然风冷却至型材表面温度在60℃以下时，按照设计巷道路面板尺寸进行切割。巷道路面板的横截面可设计成“π”型结构(如图1和图2所示)。
图4所示为本发明铺装方式的结构示意图。
本发明的铺装方法包括如下步骤：
本发明道路面板铺装时：按照巷道的宽度，将多根巷道路面板并排排列，采用尼龙绳索分别穿过巷道路面板两端加强筋上的通孔5，将排列在一起的巷道路面板连接在一起，绳索两端各自打结，不缠绕板材、不影响路面平整性。尼龙绳的直径略小于加强筋上通孔5的直径，一般以小于0.5mm～1mm为宜。为了保证路面板铺设稳固，当路面板较长时，可在路面板的中段增加绳索连接的数量。
所述绳索3为直径3mm～10mm的尼龙绳索，优选范围为4mm～8mm，绳索3直径比“π”型结构加强筋2上的通孔5直径小0mm～2mm，较优选择为绳索3直径比“π”型结构加强筋2通孔5直径小0.5mm～1mm。
本发明道路面板铺装时：多组面板之间至少两端采用绳索连接，或多组面板之间放置穿在绳索上的限制管采用绳索连接，至少绳索两端各自打结，连接好后将加强筋一侧置入路面基层上。
本发明道路面板可以在矿井上面按规定的方法铺好成组，移至井下铺设成路面，也可先移至矿井下直接再按照上述方法连接铺设成路面。巷道路面板连接好后将设有加强筋的一侧置于路面基层上。
图3所示为本发明铺装方式的截面示意图。
为了防止由于车辆碾压造成相邻的两根路面板出现交错或重叠情况，在两根路面板之间设有限制管，该限制管穿在绳索上，限制管外径比路面板加强筋通孔5直径略大，一般以大0.5mm～6mm为宜，防止限制管穿过加强筋通孔5；限制管的内径略大于绳索直径，以绳索能顺利穿过为宜，限制管的长度与两根路面板相邻的两个加强筋之间的距离相匹配，所述的限制管可以是PVC管、TPU管或PET管。
本发明以高硬度聚氨酯为基体材料，玻璃纤维为增强材料，采用连续拉挤工艺生产的“π”型结构，具有高强度、高模量、环境友好、耐腐蚀、韧性好、握钉力强、安装简洁、拆卸方便、重复利用的轻质阻燃的高分子复合材料，通过特有的绳索连接方式进行铺设，其制备和铺设方式极大的缩短巷道路面的施工及养护周期，大幅度降低使用成本，同时也凭借材料本身的优良特性，完美的结构设计，先进的加工工艺及高效的铺设方式，使得其所铺设的路面的在动载荷下具有优良的使用性能，且可实现循环利用。相比其他传统材料也具有更加优异的性能，是当前拉挤成型工艺中综合性能最好的复合材料。作为道路面板使用其具有运输简便、铺装效率高、无需养护、可拆卸循环使用等优点。
本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内通过改变加强筋结构的类“π”型结构均被本发明包围。
Claims (8)
1.一种矿用巷道路面板，其特征在于：所述矿用巷道路面板为由复合材料制成的截面为“π”形结构体，所述“π”形结构体包括路面板(1)和加强筋(2)，所述加强筋(2)上设有通孔(5)，铺装时通过该通孔(5)采用绳索(3)连接；所述的复合材料由10～35％的聚氨酯树脂和65～90％的增强玻璃纤维复合而成，其中聚氨酯为基体材料，玻璃纤维和/或玻璃毡为增强材料；所述聚氨酯由多元醇组合料与异氰酸酯反应制备而成，其中多元醇组合料与异氰酸酯的比例为1:1-1:1.5；所述多元醇组合料由有机多元醇、阻燃剂、内脱模剂、触变剂、分散剂和导电材料反应制成，阻燃剂占多元醇组合料的比例为0％～20％、导电材料占多元醇组合料的比例为0％～10％；所述增强玻璃纤维是指由玻璃纤维纱和/或玻璃纤维纱经过编织所形成的毡、布织物。
2.根据权利要求1所述的矿用巷道路面板，其特征在于：所述多元醇组合料的配比为有机多元醇75份、阻燃剂0～20份、内脱模剂3～15份、触变剂0.8～1.2份、分散剂0.8～1.2份和导电材料0～10份。
3.根据权利要求1所述的矿用巷道路面板，其特征在于：所述路面板(1)的厚度为2-20mm，宽度为80-200mm，高度为10-30mm，长度为3000-6000mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的矿用巷道路面板，其特征在于：所述的加强筋(2)为直板结构，该直板形与路面板(1)垂直、对称设置在路面板(1)背面。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的矿用巷道路面板的制备方法，其特征在于：采用复合材料采用拉挤工艺成型，具体工艺如下：
1)按照多元醇组合料配方的组成及含量配置；
2)将多元醇组合料与异氰酸酯分别加入注胶机的储罐中反应制备高强度聚氨酯，将玻璃纤维按照路面板结构要求在穿纱板进行穿纱，并导入注胶盒与模具；
3)将聚氨酯混合料通过连续泵送至注胶盒与玻璃纤维充分浸润后，进入预先加热至160℃～220℃的模具进行高温固化拉挤成型，所得路面板成品其横向强度为80～150MPa，横向模量为7～20Gpa；
4)再经过自然风冷却至型材表面温度在60℃以下时，按照设计巷道路面板尺寸进行切割。
6.一种如权利要求1-4任一项所述的矿用巷道路面板的铺装方法，其特征在于：包括如下步骤：道路面板铺装时多组面板之间至少两端采用绳索(3)连接，或多组面板之间放置穿在绳索(3)上的限制管(4)，绳索(3)两端各自打结，连接好后将加强筋(2)一侧置入路面基层上；道路面板可以在矿井上面按规定的方法铺好成组，移至井下连接成面，也可先移至矿井下直接再按照上述方法连接成面。
7.根据权利要求6所述的矿用巷道路面板的铺装方法，其特征在于：所述绳索(3)为直径3mm～10mm的尼龙绳索，绳索(3)直径比“π”型结构加强筋(2)上的通孔(5)直径小0mm～2mm。
8.根据权利要求6所述的矿用巷道路面板的铺装方法，其特征在于：所述限制管(4)为内径与上述绳索(3)直径相匹配的PVC管、TPU管及PET管制品中至少一种，限制管外径比“π”型结构加强筋(2)通孔(5)直径大0.5mm～6mm。
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