CN109016784A - 一种高承载能力风筒布材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种高承载能力风筒布材料的制备方法，一种高承载能力风筒布材料由增强玻璃纤维基布与高强度面膜有效结合组成；所述的增强玻璃纤维基布的经线和纬线相互平行交替排列的多股纱线组成，所述纱线为2‑5根玻璃纤维和一根碳纤维合股而成；本发明的一种高承载能力风筒布材料具有重量轻、承载力高、耐腐蚀等特性，且具有隔水、隔气功能，适合用作煤矿井下密封材料，该材料的整体性强，具有良好的柔韧性，可预制成不同强度和规格，灵活性强；使用一种含镧表面处理剂对增强玻璃纤维基布表面进行改性，能够提高面膜与基布之间的浸润性，防止纤维断裂，增强材料的整体塑性和挺度。

Description

一种高承载能力风筒布材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域；具体涉及一种高承载能力风筒布材料的制备方法。
背景技术
煤矿井下的作业环境属于一种高危工作环境，国家对井下使用的设备、器材制定有严格的强制标准，用于通风的风筒布料也不例外，风筒布质量的好坏是矿井安全生产的关键因素之一。
CN203476365U公开了一种煤矿用风筒布缝合聚酯纤维假顶柔性网，由联接捆绑丝、矿用风筒布、纬向条带、经向条带组成，其特征是纬向条带与经向条带垂直交叉设置在矿用风筒布上，纬向条带与经向条带垂直交叉点处设置联接捆绑丝，该实用新型的有益效果是煤矿用风筒布缝合聚酯纤维假顶柔性网具有重量轻、承载力高、耐腐蚀等特性，且具有隔水、隔气功能，适合用作煤矿井下密封材料和支护假顶材料，整体性强，具有良好的柔韧性，阻燃、抗静电性能优异，可预制成不同强度和规格，灵活性强。
CN202685420U公开了一种防吸附的风筒布面结构，包括风筒布面主体，所述风筒布面主体上表面和/或下表面设有防粘接层。该实用新型结构简单，有效解决了风筒布层之间形成真空吸附效应这一技术问题，开卷顺畅，降低了操作人员的劳动强度。
CN201385452Y公开了一种PVC风筒布表面抗静电结构。该PVC风筒布表 面抗静电结构包括PVC风筒布(1)，所述PVC风筒布(1)表面设置有抗静 电涂层(2)。该实用新型改变传统的在风筒布材料中添加抗静电剂的方式， 采用在PVC风筒布的表面设置抗静电涂层，从而满足了其抗静电性能的要求，整个制造过程简单，制造成本降低，表面的抗静电性能稳定，且不会破坏PVC风筒布本身具有的优异阻燃性，表面的力学指标也不会下降。
以上发明制备的密封风筒布等材料具有隔绝气体和风流，防水等功能，但其一般抗拉强度较低，承载能力差，在复杂的矿洞环境中容易出现破损的问题，导致产生漏气的危险。
发明内容
为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供一种高承载能力风筒布材料的制备方法。
一种高承载能力风筒布材料的制备方法，其技术方案如下：
一种高承载能力风筒布材料由增强玻璃纤维基布与高强度面膜有效结合组成；所述的增强玻璃纤维基布的经线和纬线相互平行交替排列的多股纱线组成，所述纱线为2-5根玻璃纤维和一根碳纤维合股而成；所述的碳纤维的直径与玻璃纤维的直径相同；所述碳纤维的外侧面还依次设置有热解碳涂层和碳化钽涂层；其特征在于所述的增强玻璃纤维基布在涂布面膜前需要将100-150份的纤维基布在氮气保护下，于400-800℃热处理1-6h，冷却后浸泡在500-600份的水和45-55份的含镧表面处理剂改性10-15h，然后取出，继续浸泡在80-120份的10-15%的二氧六环溶液中20-80min，晾干，100-150℃热处理1-5h，最后和含氟面膜材料进行压延、贴合，即可形成一种高承载能力风筒布材料。
所述高强度面膜按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将20-60份的聚丙烯、10-50份的聚对苯二甲酸丁二醇酯、10-70份的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、0.5-2份的聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑、0.5-2份的聚甘油-3鲸蜡基醚、0.5-2份聚亚甲氧基双环噁唑烷、0.5-5份的偶联剂、5-20份的玄武岩纤维、1-5份的磷酸钡、0.5-3份的氟铝酸钠和0.2-0.9份的四丁基氟化铵混合均匀；然后将混合料加入到180-230℃双辊混炼机中，混炼5-15min；然后放入220-260℃挤塑机挤塑成含氟面膜材料。
所述含镧表面处理剂按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将10-30份的乙烯基水性环氧树脂、4-12份的尿丁酮，0.05-0.5份的三[双(三甲基硅)氨基]镧、1-5份的聚氧亚甲基蜜胺脲、0.05-0.5份的聚乙烯咪唑啉鎓乙酸盐和30-60份的水加入到反应釜中，搅拌10-15min，然后将1-5份的硬脂酸镁和0.5-2.5份过硫酸钾的溶解在30-60份的热水中，搅拌下加入到反应釜中，控温40-60℃，搅拌1-5h，然后加入0.1-1份的甲酸，搅拌20-30min即可得到所述的含镧表面处理剂。
所述碳纤维的外侧面的热解碳涂层的厚度为0.1-1μm，碳化钽涂层的厚度为0.5-3μm。
所述的玻璃纤维和碳纤维的直径为0.05-0.1mm。
本发明的一种高承载能力风筒布材料具有重量轻、承载力高、耐腐蚀等特性，且具有隔水、隔气功能，适合用作煤矿井下密封材料，该材料的整体性强，具有良好的柔韧性，可预制成不同强度和规格，灵活性强；使用一种含镧表面处理剂对增强玻璃纤维基布表面进行改性，能够提高面膜与基布之间的浸润性，防止纤维断裂，增强材料的整体塑性和挺度。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
一种高承载能力风筒布材料的制备方法，其技术方案如下：
一种高承载能力风筒布材料由增强玻璃纤维基布与高强度面膜有效结合组成；所述的增强玻璃纤维基布的经线和纬线相互平行交替排列的多股纱线组成，所述纱线为3根玻璃纤维和一根碳纤维合股而成；所述的碳纤维的直径与玻璃纤维的直径相同；所述碳纤维的外侧面还依次设置有热解碳涂层和碳化钽涂层；其特征在于所述的增强玻璃纤维基布在涂布面膜前需要将130份的纤维基布在氮气保护下，于600℃热处理3h，冷却后浸泡在550份的水和50份的含镧表面处理剂改性13h，然后取出，继续浸泡在100份的13%的二氧六环溶液中50min，晾干，130℃热处理3h，最后和含氟面膜材料进行压延、贴合，即可形成一种高承载能力风筒布材料。
所述高强度面膜按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将40份的聚丙烯、20份的聚对苯二甲酸丁二醇酯、50份的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、1份的聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑、0.7份的聚甘油-3 鲸蜡基醚、1份聚亚甲氧基双环噁唑烷、2.5份的偶联剂、10份的玄武岩纤维、3份的磷酸钡、1.5份的氟铝酸钠和0.5份的四丁基氟化铵混合均匀；然后将混合料加入到210℃双辊混炼机中，混炼10min；然后放入240℃挤塑机挤塑成含氟面膜材料。
所述含镧表面处理剂按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将20份的乙烯基水性环氧树脂、6份的尿丁酮，0.1份的三[双(三甲基硅)氨基]镧、2份的聚氧亚甲基蜜胺脲、0.09份的聚乙烯咪唑啉鎓乙酸盐和50份的水加入到反应釜中，搅拌12min，然后将3份的硬脂酸镁和1份过硫酸钾的溶解在50份的热水中，搅拌下加入到反应釜中，控温50℃，搅拌3h，然后加入0.5份的甲酸，搅拌25min即可得到所述的含镧表面处理剂。
所述碳纤维的外侧面的热解碳涂层的厚度为0.6μm，碳化钽涂层的厚度为2.1μm。
所述的玻璃纤维和碳纤维的直径为0.08mm。
本实验制备的布料的径向扯断强度为3426N/50mm，纬向扯断强度为2652N/50mm。
实施例2
一种高承载能力风筒布材料的制备方法，其技术方案如下：
一种高承载能力风筒布材料由增强玻璃纤维基布与高强度面膜有效结合组成；所述的增强玻璃纤维基布的经线和纬线相互平行交替排列的多股纱线组成，所述纱线为2根玻璃纤维和一根碳纤维合股而成；所述的碳纤维的直径与玻璃纤维的直径相同；所述碳纤维的外侧面还依次设置有热解碳涂层和碳化钽涂层；其特征在于所述的增强玻璃纤维基布在涂布面膜前需要将100份的纤维基布在氮气保护下，于400℃热处理1h，冷却后浸泡在500份的水和45份的含镧表面处理剂改性10h，然后取出，继续浸泡在80份的10%的二氧六环溶液中20min，晾干，100℃热处理1h，最后和含氟面膜材料进行压延、贴合，即可形成一种高承载能力风筒布材料。
所述高强度面膜按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将20份的聚丙烯、10份的聚对苯二甲酸丁二醇酯、10份的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、0.5份的聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑、0.5份的聚甘油-3 鲸蜡基醚、0.5份聚亚甲氧基双环噁唑烷、0.5份的偶联剂、5份的玄武岩纤维、1份的磷酸钡、0.5份的氟铝酸钠和0.2份的四丁基氟化铵混合均匀；然后将混合料加入到180℃双辊混炼机中，混炼5min；然后放入220℃挤塑机挤塑成含氟面膜材料。
所述含镧表面处理剂按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将10份的乙烯基水性环氧树脂、4份的尿丁酮，0.05份的三[双(三甲基硅)氨基]镧、1份的聚氧亚甲基蜜胺脲、0.05份的聚乙烯咪唑啉鎓乙酸盐 和30份的水加入到反应釜中，搅拌10min，然后将1份的硬脂酸镁和0.5份过硫酸钾的溶解在30份的热水中，搅拌下加入到反应釜中，控温40℃，搅拌1h，然后加入0.1份的甲酸，搅拌20min即可得到所述的含镧表面处理剂。
所述碳纤维的外侧面的热解碳涂层的厚度为0.1μm，碳化钽涂层的厚度为0.5μm。
所述的玻璃纤维和碳纤维的直径为0.05mm。
本实验制备的布料的径向扯断强度为3318N/50mm，纬向扯断强度为2628N/50mm。
实施例3
一种高承载能力风筒布材料的制备方法，其技术方案如下：
一种高承载能力风筒布材料由增强玻璃纤维基布与高强度面膜有效结合组成；所述的增强玻璃纤维基布的经线和纬线相互平行交替排列的多股纱线组成，所述纱线为5根玻璃纤维和一根碳纤维合股而成；所述的碳纤维的直径与玻璃纤维的直径相同；所述碳纤维的外侧面还依次设置有热解碳涂层和碳化钽涂层；其特征在于所述的增强玻璃纤维基布在涂布面膜前需要将150份的纤维基布在氮气保护下，于800℃热处理6h，冷却后浸泡在600份的水和55份的含镧表面处理剂改性15h，然后取出，继续浸泡在120份的15%的二氧六环溶液中80min，晾干，150℃热处理5h，最后和含氟面膜材料进行压延、贴合，即可形成一种高承载能力风筒布材料。
所述高强度面膜按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将60份的聚丙烯、50份的聚对苯二甲酸丁二醇酯、70份的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、2份的聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑、2份的聚甘油-3 鲸蜡基醚、2份聚亚甲氧基双环噁唑烷、5份的偶联剂、20份的玄武岩纤维、5份的磷酸钡、3份的氟铝酸钠和0.9份的四丁基氟化铵混合均匀；然后将混合料加入到230℃双辊混炼机中，混炼15min；然后放入260℃挤塑机挤塑成含氟面膜材料。
所述含镧表面处理剂按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将30份的乙烯基水性环氧树脂、12份的尿丁酮，0.5份的三[双(三甲基硅)氨基]镧、5份的聚氧亚甲基蜜胺脲、0.5份的聚乙烯咪唑啉鎓乙酸盐 和60份的水加入到反应釜中，搅拌15min，然后将5份的硬脂酸镁和2.5份过硫酸钾的溶解在60份的热水中，搅拌下加入到反应釜中，控温60℃，搅拌5h，然后加入1份的甲酸，搅拌30min即可得到所述的含镧表面处理剂。
所述碳纤维的外侧面的热解碳涂层的厚度为1μm，碳化钽涂层的厚度为3μm。
所述的玻璃纤维和碳纤维的直径为0.1mm。
本实验制备的布料的径向扯断强度为3567N/50mm，纬向扯断强度为2724N/50mm。
实施例4
一种高承载能力风筒布材料的制备方法，其技术方案如下：
一种高承载能力风筒布材料由增强玻璃纤维基布与高强度面膜有效结合组成；所述的增强玻璃纤维基布的经线和纬线相互平行交替排列的多股纱线组成，所述纱线为2根玻璃纤维和一根碳纤维合股而成；所述的碳纤维的直径与玻璃纤维的直径相同；所述碳纤维的外侧面还依次设置有热解碳涂层和碳化钽涂层；其特征在于所述的增强玻璃纤维基布在涂布面膜前需要将100份的纤维基布在氮气保护下，于400℃热处理1h，冷却后浸泡在500份的水和45份的含镧表面处理剂改性10h，然后取出，继续浸泡在80份的10%的二氧六环溶液中20min，晾干，100℃热处理1h，最后和含氟面膜材料进行压延、贴合，即可形成一种高承载能力风筒布材料。
所述高强度面膜按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将20份的聚丙烯、10份的聚对苯二甲酸丁二醇酯、10份的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、0.5份的聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑、2份的聚甘油-3 鲸蜡基醚、0.5份聚亚甲氧基双环噁唑烷、0.5份的偶联剂、5份的玄武岩纤维、1份的磷酸钡、0.5份的氟铝酸钠和0.2份的四丁基氟化铵混合均匀；然后将混合料加入到180℃双辊混炼机中，混炼5min；然后放入220℃挤塑机挤塑成含氟面膜材料。
所述含镧表面处理剂按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将30份的乙烯基水性环氧树脂、12份的尿丁酮，0.05份的三[双(三甲基硅)氨基]镧、5份的聚氧亚甲基蜜胺脲、0.5份的聚乙烯咪唑啉鎓乙酸盐 和60份的水加入到反应釜中，搅拌15min，然后将5份的硬脂酸镁和2.5份过硫酸钾的溶解在60份的热水中，搅拌下加入到反应釜中，控温60℃，搅拌5h，然后加入1份的甲酸，搅拌30min即可得到所述的含镧表面处理剂。
所述碳纤维的外侧面的热解碳涂层的厚度为0.7μm，碳化钽涂层的厚度为1.5μm。
所述的玻璃纤维和碳纤维的直径为0.08mm。
本实验制备的布料的径向扯断强度为3489N/50mm，纬向扯断强度为2672N/50mm。
实施例5
一种高承载能力风筒布材料的制备方法，其技术方案如下：
一种高承载能力风筒布材料由增强玻璃纤维基布与高强度面膜有效结合组成；所述的增强玻璃纤维基布的经线和纬线相互平行交替排列的多股纱线组成，所述纱线为5根玻璃纤维和一根碳纤维合股而成；所述的碳纤维的直径与玻璃纤维的直径相同；所述碳纤维的外侧面还依次设置有热解碳涂层和碳化钽涂层；其特征在于所述的增强玻璃纤维基布在涂布面膜前需要将150份的纤维基布在氮气保护下，于800℃热处理6h，冷却后浸泡在600份的水和55份的含镧表面处理剂改性15h，然后取出，继续浸泡在120份的15%的二氧六环溶液中80min，晾干，150℃热处理5h，最后和含氟面膜材料进行压延、贴合，即可形成一种高承载能力风筒布材料。
所述高强度面膜按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将60份的聚丙烯、50份的聚对苯二甲酸丁二醇酯、70份的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、2份的聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑、1份的聚甘油-3 鲸蜡基醚、2份聚亚甲氧基双环噁唑烷、5份的偶联剂、20份的玄武岩纤维、5份的磷酸钡、3份的氟铝酸钠和0.9份的四丁基氟化铵混合均匀；然后将混合料加入到230℃双辊混炼机中，混炼15min；然后放入260℃挤塑机挤塑成含氟面膜材料。
所述含镧表面处理剂按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将10份的乙烯基水性环氧树脂、4份的尿丁酮，0.5份的三[双(三甲基硅)氨基]镧、1份的聚氧亚甲基蜜胺脲、0.09份的聚乙烯咪唑啉鎓乙酸盐 和30份的水加入到反应釜中，搅拌10min，然后将1份的硬脂酸镁和0.5份过硫酸钾的溶解在30份的热水中，搅拌下加入到反应釜中，控温40℃，搅拌1h，然后加入0.1份的甲酸，搅拌20min即可得到所述的含镧表面处理剂。
所述碳纤维的外侧面的热解碳涂层的厚度为0.3μm，碳化钽涂层的厚度为1μm。
所述的玻璃纤维和碳纤维的直径为0.05mm。
本实验制备的布料的径向扯断强度为3462N/50mm，纬向扯断强度为2507N/50mm。
对比例1
制备组分中不包含聚甘油-3 鲸蜡基醚，其它同实施例1。
本实验制备的布料的径向扯断强度为3325N/50mm，纬向扯断强度为2431N/50mm。
对比例2
制备组分中不包三[双(三甲基硅)氨基]镧，其它同实施例1。
本实验制备的布料的径向扯断强度为3315N/50mm，纬向扯断强度为2449N/50mm。
对比例3
制备组分中不包含聚亚甲氧基双环噁唑烷，其它同实施例1。
本实验制备的布料的径向扯断强度为3362N/50mm，纬向扯断强度为2458N/50mm。
对比例4
制备组分中不包含聚乙烯咪唑啉鎓乙酸盐，其它同实施例1。
本实验制备的布料的径向扯断强度为3341N/50mm，纬向扯断强度为2365N/50mm。
对比例5
制备组分中不包含含镧表面处理剂，其它同实施例1。
本实验制备的布料的径向扯断强度为3014N/50mm，纬向扯断强度为2120N/50mm。

Claims (5)

1.一种高承载能力风筒布材料的制备方法，其技术方案如下：
一种高承载能力风筒布材料由增强玻璃纤维基布与高强度面膜有效结合组成；所述的增强玻璃纤维基布的经线和纬线相互平行交替排列的多股纱线组成，所述纱线为2-5根玻璃纤维和一根碳纤维合股而成；所述的碳纤维的直径与玻璃纤维的直径相同；所述碳纤维的外侧面还依次设置有热解碳涂层和碳化钽涂层；其特征在于所述的增强玻璃纤维基布在涂布面膜前需要将100-150份的纤维基布在氮气保护下，于400-800℃热处理1-6h，冷却后浸泡在500-600份的水和45-55份的含镧表面处理剂改性10-15h，然后取出，继续浸泡在80-120份的10-15%的二氧六环溶液中20-80min，晾干，100-150℃热处理1-5h，最后和含氟面膜材料进行压延、贴合，即可形成一种高承载能力风筒布材料。
2.根据权利要求1所述的一种高承载能力风筒布材料的制备方法，其特征在于：所述高强度面膜按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将20-60份的聚丙烯、10-50份的聚对苯二甲酸丁二醇酯、10-70份的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、0.5-2份的聚丙烯酰胺甲基亚苄基樟脑、0.5-2份的聚甘油-3鲸蜡基醚、0.5-2份聚亚甲氧基双环噁唑烷、0.5-5份的偶联剂、5-20份的玄武岩纤维、1-5份的磷酸钡、0.5-3份的氟铝酸钠和0.2-0.9份的四丁基氟化铵混合均匀；然后将混合料加入到180-230℃双辊混炼机中，混炼5-15min；然后放入220-260℃挤塑机挤塑成含氟面膜材料。
3.根据权利要求1所述的一种高承载能力风筒布材料的制备方法，其特征在于：所述含镧表面处理剂按照如下方法进行制备：
按照质量份数，将10-30份的乙烯基水性环氧树脂、4-12份的尿丁酮，0.05-0.5份的三[双(三甲基硅)氨基]镧、1-5份的聚氧亚甲基蜜胺脲、0.05-0.5份的聚乙烯咪唑啉鎓乙酸盐和30-60份的水加入到反应釜中，搅拌10-15min，然后将1-5份的硬脂酸镁和0.5-2.5份过硫酸钾的溶解在30-60份的热水中，搅拌下加入到反应釜中，控温40-60℃，搅拌1-5h，然后加入0.1-1份的甲酸，搅拌20-30min即可得到所述的含镧表面处理剂。
4.根据权利要求1所述的一种高承载能力风筒布材料的制备方法，其特征在于：所述碳纤维的外侧面的热解碳涂层的厚度为0.1-1μm，碳化钽涂层的厚度为0.5-3μm。
5.根据权利要求1所述的一种高承载能力风筒布材料的制备方法，其特征在于：所述的玻璃纤维和碳纤维的直径为0.05-0.1mm。
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