CN109096748A

CN109096748A - 一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底及其制备方法

Info

Publication number: CN109096748A
Application number: CN201810788881.6A
Authority: CN
Inventors: 蔡福泉
Original assignee: Anhui Cxs New Material Co Ltd
Current assignee: Anhui Cxs New Material Co Ltd
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2018-12-28

Abstract

本发明涉及一种制鞋工艺，特别涉及一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底及其制备方法。所述鞋中底由以下重量份的原料制成：PA66 50‑70%、碳纤维束15‑30%、增韧剂1‑5%、分散剂1‑3%、共聚物1‑3%、活性锌氧粉1‑3%、硬脂酸锌1‑3%、导电粒子1‑5%、热稳定剂0.1‑1%，阻燃剂5‑8%；本发明提供了一种轻便、硬度、耐用性和功能性好的鞋中底材料及鞋中底的制备方法。

Description

一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种制鞋工艺，特别涉及一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底及其制备方法。

背景技术

鞋中底是鞋子的一个重要部分，目前鞋子的鞋中底采用发泡橡胶制成，而常规发泡橡胶的耐磨性能较差。长时间走路或运动摩擦后鞋底材料与地面接触的部分易产生一定程度的变形，影响穿着，易破损，不耐用，硬度也不够强。而且目前的鞋子在扔掉后，鞋中底不能回收利用，产生大量的垃圾，不环保。

因此，需要研制一款轻便，而且硬度、耐用性和功能性好且易回收利用的鞋中底材料。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供了一种轻便、硬度、耐用性和功能性好且能回收利用的热塑性碳纤维复合材料鞋中底及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：PA66 50-70%、碳纤维束15-30%、增韧剂1-5%、分散剂1-3%、共聚物1-3%、活性锌氧粉 1-3%、硬脂酸锌1-3%、导电粒子1-5%、热稳定剂0.1-1%，阻燃剂5-8%。

优选的，所述共聚物是熔融温度在 90-110 度、拉伸强度大于 20MPa 的乙烯 -辛烯共聚物。

优选的，所述导电粒子包括碳纳米管和氧化石墨稀包覆纳米铝颗粒；所述碳纳米管与所述氧化石墨稀包覆纳米铝颗粒的重量比为1∶1；碳纳米管的长度为50-100nm。所述纳米铝颗粒的直径为20-30nm。

优选的，所述的热稳定剂为有机锡类热稳定剂或有机化合物热稳定剂。

优选的，所述的增韧剂为羧基液体丁腈橡胶、端羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚砜、聚酰亚胺、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛中的一种或几种。

优选的，所述的分散剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌或硬脂酸钙其中的一种。

优选的，所述的阻燃剂为无卤阻燃剂。

一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底的制备方法，包括如下步骤：

1）将碳纤维通过聚氨酯及尼龙浆料进行上浆处理粘合成碳纤维束；

2）按照原料重量份称取如下原料：取PA66、碳纤维束、乙烯 - 辛烯共聚物、活性锌氧粉、硬脂酸锌、导电粒子、增韧剂、热稳定剂、分散剂及阻燃剂通过双螺杆挤出机混合并逐渐加温反应，然后通过水槽降温，再通过二级烘干机烘干然后快速切粒，再经过震动筛选机筛选，再通过鼓风机吹到放置室1-2小时，形成导电性热塑性碳纤维复合材料粒子；

3）将步骤2制得的导电性碳纤维热塑性复合材料粒子放入一次注塑机台的料斗，经一次注塑成型，控制温度在 176℃，得到鞋中底。

优选的，步骤2中双螺杆挤出机具有13个加温区，其中1-3区温度为250度，4-6区温度为260度，7-10区的温度为270度，11-13区的温度为260度。

本发明的有益效果是：本发明新型鞋中底材料采用了新的配方，新的配方科学合理，鞋底的原材料采用PA66跟碳纤维，增加了鞋底的强度、抗冲击性和耐磨性，同时能对鞋底的硬度进行了优化，本发明鞋中底材料提高了鞋中底的各方面的性能，使鞋子有更好的品质和耐久性，而且由于鞋底的主材料为PA66跟碳纤维，使得鞋底可以回收利用，避免鞋底成为生活垃圾，较为环保，本发明公布了新型鞋中底材料的制备方法，该制备方法简单方便，而且利用本发明新型鞋中底材料制备的鞋底具有更好的抗撕裂性能，不易破损，经久耐用，耐磨性能高，硬度高，而且在材料中加入了导电粒子，使鞋中底具有良好的导电性能，能消除人体静电，使鞋底具有更多的功能。

具体实施方式

本发明提供了一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，所述鞋中底由以下重量份的原料制成： PA66 50-70%、碳纤维束15-30%、增韧剂1-5%、分散剂1-3%、共聚物1-3%、活性锌氧粉 1-3%、硬脂酸锌1-3%、导电粒子1-5%、热稳定剂0.1-1%，阻燃剂5-8%。

所述共聚物是熔融温度在 90-110 度、拉伸强度大于 20MPa 的乙烯 - 辛烯共聚物。

所述导电粒子包括碳纳米管和氧化石墨稀包覆纳米铝颗粒；所述碳纳米管与所述氧化石墨稀包覆纳米铝颗粒的重量比为1∶1；碳纳米管的长度为50-100nm。所述纳米铝颗粒的直径为20-30nm。

所述的热稳定剂为有机锡类热稳定剂或有机化合物热稳定剂。

所述的增韧剂为羧基液体丁腈橡胶、端羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚砜、聚酰亚胺、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛中的一种或几种。

所述的分散剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌或硬脂酸钙其中的一种。

所述的阻燃剂为无卤阻燃剂。

在生产过程中，首先需要对碳纤维进行选择，碳纤维具有模量高，质轻等特点，与玻璃纤维相比，模量高3〜5倍，作为PA材料的增强材料是最佳选择。碳纤维PA复合材料可分为长（连续）纤维增强和短纤维增强两大类，纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。经过试验我们选择了6MM短碳纤维，具有性价比的优势。为回收利用碳纤维奠定了基础。

其实是基料的选择：经过多年致力于基料研发，先后选择PC、PEEK、PPS、PI、PA、PET、PP作为基料的试验。从试验中发现PA是一种极为重要的热塑性基料。采用碳纤维进行增强，改善了PA吸湿性大,制品尺寸稳定性差,强度与硬度不如金属等缺陷。经过反复试验和筛选，用PA6作为基料，与碳纤维材料达到了相似相溶的效果。二者复合综合体现了各自的优点,蠕变小,尺寸精度好,热稳定性显著提高, 耐磨,特别是在注塑成型加工中易操作，回收利用易破碎，满足了各种部件快速成型的要求，生产周期比热固性复合材料大大降低。

对PA/碳纤维复合体系,我们采用PA-66作为基体材料,以短切或长(连续)碳纤维作为增强材料。在试验中用20%碳纤维增强PA66,其弯曲强度提高到1358MPa,拉伸强度提高到3157.2MPa,添加30%碳纤维, 其弯曲强度提高到1861MPa,拉伸强度提高到3952MPa，而纯PA6树脂的拉伸强度只有75MPa, 悬臂梁缺口冲击强度为56J/M。添加20%碳纤维,由此可见,碳纤维对PA树脂的增强作用是显而易见。

在筛选PA66基料后，对其进行改性，使得PA66材料能够和碳纤维充分的浸渍以提高材料的综合性能。我们采用物理改性和化学改性两种方法，本发明主要以物理改性为主（引入，热稳定剂、分散剂及共聚物等多种助剂）；通过改性，使得PA66基体分子量分布窄，流动性好，提高了熔融指数。加入增韧助剂后，可以改变PA66的熔融指数，提高其流动性。但增韧剂超过10%后会降低其碳纤维复合材料的力学性能，因此，我们控制在5%左右其效果比较理想。同时发现，在改性中加入过量的阻燃剂会降低其碳纤维复合材料的力学性能，我们在配方中一般加入1-8%左右的高效阻燃剂，碳纤维复合材料的阻燃达到V0级。

在碳纤维处理过程中，我们把碳纤维材料经过溶液浸渍和化学偶联处理，目的是引进耦合基团，耦合基团一端与树脂基团相结合，另一端与碳纤维结合，就像一个个锚或钉子把树脂与碳纤维牢固地结合，能较好地充分浸润。[3]因为没有处理过的碳纤维其力学性能较低，达不到增强的效果。未经处理的碳纤维表面呈惰性,与PA66基体的界面结合性较差。靠基体与碳纤维的物理粘合，其碳纤维复合材料的力学性能较差，容易松散而脱落。所以要对碳纤维进行溶液浸渍和化学偶联处理，即上浆。浆料选择很重要，有聚氨酯和尼龙浆料。我们选用混合浆料，采用2：1的配方，上浆后的碳纤维表面光滑乌亮，具有润滑感。在造粒过程中，不易挥发，与树脂基体的界面结合性较强。

本发明新型鞋中底材料通过PA66及碳纤维，代替了传统的聚氨酯发泡材料，采用了新的配方，新的配方科学合理，鞋底的原材料采用PA66跟碳纤维，增加了鞋底的强度、抗冲击性和耐磨性，同时能对鞋底的硬度进行了优化，本发明鞋中底材料提高了鞋中底的各方面的性能，使鞋子有更好的品质和耐久性，而且由于鞋底的主材料为PA66跟碳纤维，使得鞋底可以回收利用，避免鞋底成为生活垃圾，较为环保，本发明公布了新型鞋中底材料的制备方法，该制备方法简单方便，而且利用本发明新型鞋中底材料制备的鞋底具有更好的抗撕裂性能，不易破损，经久耐用，耐磨性能高，硬度高，而且在材料中加入了导电粒子，使鞋中底具有良好的导电性能，能消除人体静电，使鞋底具有更多的功能。

下面通过四组实施例对本发明作进一步说明：

实施例一：

一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，所述鞋中底由以下重量份的原料制成： PA6660%、碳纤维束23%、增韧剂1%、分散剂1%、共聚物1%、活性锌氧粉 3%、硬脂酸锌1%、导电粒子4%、热稳定剂0.5%，阻燃剂5.5%。

实施例二：

一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，所述鞋中底由以下重量份的原料制成： PA6666%、碳纤维束15%、增韧剂2%、分散剂2%、共聚物2%、活性锌氧粉 2%、硬脂酸锌2%、导电粒子1.3%、热稳定剂0.2%，阻燃剂6.5%。

实施例三：

一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，所述鞋中底由以下重量份的原料制成： PA6650%、碳纤维束29%、增韧剂5%、分散剂3%、共聚物3%、活性锌氧粉 1%、硬脂酸锌3%、导电粒子5%、热稳定剂1%。

实施例四：

一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，所述鞋中底由以下重量份的原料制成： PA6670%、碳纤维束16%、增韧剂1%、分散剂1%、共聚物1%、活性锌氧粉 1%、硬脂酸锌1%、热稳定剂1%，阻燃剂8% 。

实施例一～实施例四的具体性能见表一：

	实施例一	实施例二	实施例三	实施例四
					PA66	60	65	50	70
碳纤维	23	15	29	16
					增韧剂	1	2	5	1
分散剂	1	2	3	1
					共聚物	1	2	3	1
活性锌氧粉	3	4	1	1
					硬脂酸锌	1	2	3	1
导电粒子	4	1.3	5	0
					热稳定剂	0.5	0.2	1	1
阻然剂	5.5	6.5	0	8
					0°拉伸模量/GPa	154	114	181	121
拉伸强度/MPa	2130	1928	3032	1837
					0°压缩强度/MPa	909	838	1070	854
0°弯曲模量/GPa	121	107	138	112
					弯曲强度/MPa	1380	1197	1570	1234
90°拉伸强度/MPa	80	71	96	78
					0°剪切强度/MPa	105	99	117	95
层间断裂韧性/(kj/m2)	1. 1-1.7	0. 8-1.0	1.1- 1.2	0.9-1.1
					阻燃性能	V0级	V0级	V2级	V0级

各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此本发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

Claims

1.一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，其特征在于，所述鞋中底由以下重量份的原料制成： PA66 50-70%、碳纤维束15-30%、增韧剂1-5%、分散剂1-3%、共聚物1-3%、活性锌氧粉1-3%、硬脂酸锌1-3%、导电粒子1-5%、热稳定剂0.1-1%，阻燃剂5-8%。

2.根据权利要求 1所述的一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，其特征在于，所述共聚物是熔融温度在 90-110 度、拉伸强度大于 20MPa 的乙烯 - 辛烯共聚物。

3.根据权利要求1所述的一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，其特征在于，所述导电粒子包括碳纳米管和氧化石墨稀包覆纳米铝颗粒；所述碳纳米管与所述氧化石墨稀包覆纳米铝颗粒的重量比为1∶1；碳纳米管的长度为50-100nm。

4.所述纳米铝颗粒的直径为20-30nm。

5.根据权利要求1所述的一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，其特征在于，所述的热稳定剂为有机锡类热稳定剂或有机化合物热稳定剂。

6.根据权利要求1所述的一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，其特征在于，所述的增韧剂为羧基液体丁腈橡胶、端羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚砜、聚酰亚胺、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，其特征在于，所述的分散剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌或硬脂酸钙其中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种热塑性碳纤维复合材料鞋中底，其特征在于：所述的阻燃剂为无卤阻燃剂。

9.一种如权利要求 1-8所述的热塑性碳纤维复合材料鞋中底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9 所述的热塑性碳纤维复合材料鞋中底的制备方法，其特征在于，步骤2中双螺杆挤出机具有13个加温区，其中1-3区温度为250度，4-6区温度为260度，7-10区的温度为270度，11-13区的温度为260度。