CN111394808A - 一种能够用于制作高空施工安全绳的材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种能够用于制作高空施工安全绳的材料，属于绳缆技术领域，实施能够用于高空施工安全绳的材料，按重量份数计，包括以下组分：玄武岩纤维110～350份、高强度纤维385～550份、氧化石墨烯1～5份、抗氧化剂5～10份、增韧聚合物50～200份、树脂材料50～250、偶联剂100～200份、阻燃聚氯乙烯50～100份、氨基硅油乳液50～100份。利用该材料制备的安全绳具有强拉伸性和弹性，保护高空操作人员，尤其是施工人员。

Description

一种能够用于制作高空施工安全绳的材料
技术领域
本发明涉及绳缆技术领域，具体涉及一种能够用于制作高空施工安全绳的材料。
背景技术
城市建设的发展，建筑物越来越高，进而建筑工人的高空施工的几率越来越多，对应高空的救援、高空作业、高空维护等领域的工作也越来越多。一系列的高空作业的人们的人身安全越来越受到重视。
中国专利CN201320887318提供一种高强度/反光/发光安全绳，主要通在表面绳皮编织层的表层编织发光材料和反光材料实现上述效果。
中国专利CN201611228874.8公开了一种复合式高空作业安全绳，通过在其结构上设置活动挂钩、螺纹钢、固定块和钢绳固定连接等构造的设置，来确保安全绳在使用过程中不容易脱离，滑动性好，柔嫩性强，不容易断裂，施工难度小的效果。
中国专利CN201310491060.3公开一种安全绳，通过将绳子设置成三层复合的结构，内芯采用钢丝绳，中间层采用耐磨、防腐蚀的杜邦丝，外皮为四层编制的高强涤纶，拉力较大，通过复合结构有效地结合三种材料的特点，扬长补短，提高安全绳的强度、拉力以及耐磨损性。
现有的专利关于高空施工安全绳的改进方式主要从外部构造来实现，对于内部构造也就是安全绳的制作材料方面公开的技术较少。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够用于制作高空施工安全绳的材料，利用该材料制备的安全绳具有强拉伸性和弹性，保护高空操作人员，尤其是施工人员。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种能够用于高空施工安全绳的材料，按重量份数计，包括以下组分：
玄武岩纤维110～350份、高强度纤维385~550份、氧化石墨烯1~5份、抗氧化剂5~10份、增韧聚合物50~200份、树脂材料50～250、偶联剂100～200份、阻燃聚氯乙烯50~100份、氨基硅油乳液50~100份。
进一步地，按重量份数计，包括以下组分：
玄武岩纤维200份、高强度纤维450份、氧化石墨烯5份、抗氧化剂10份、增韧聚合物100份、树脂材料150份、偶联剂130份、阻燃聚氯乙烯60份、氨基硅油乳液80份。
进一步地，所述高强度纤维是指高度取向的高分子量高模量聚乙烯纤维和高取向高分子高模量聚丙烯纤维，优选为长链聚乙烯纤维。
进一步地，所述的增韧聚合物选自橡胶、乙烯-醋酸乙烯接枝共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯辛烯弹性体、聚酯类热塑性弹性体、热塑性弹性体、热塑性树脂或其组合。
进一步地，所述抗氧化剂包括磷酸盐、受阻酚类、季戊四醇酯中的一种或多种。
进一步地，所述树脂材料包括ABS树脂、酚醛树脂、 EVA(醋酸乙烯-乙烯共聚物)、醋酸乙烯- 叔碳酸酯乳液、氯偏乳液、氯乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸共聚物乳液、聚醋酸乙烯乳液等。
进一步地，所述偶联剂选自钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或几种；所述偶联剂需用无水乙醇按照1:1的质量比例将其稀释后使用。
一方面，本发明提供一种能够用于高空施工安全绳的材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、混合料的制备：将玄武岩纤维、高强度纤维、氧化石墨烯、抗氧化剂按先后顺序在室温下进行混合均匀后；将增韧聚合物、树脂材料、偶联剂按顺序加入，在前一物质混合均匀后再加入后一物质，直至所有物质混合均一；
步骤二、熔融混合：将所述的混合料与阻燃聚氯乙烯常温混合后再在挤出机中熔融混合并挤出成料条、水冷、切成颗粒；
步骤三、制备初生纤维：将所得颗粒在螺杆挤压机经高温挤压熔融成熔融态纺丝液，添加氨基硅油乳液，再经纺丝组件在 120~280 巴压力条件下纺丝形成丝条，丝条通过冷却吹风冷却固化形成初生纤维；
步骤四、拉伸热定型：将初生纤维上油，经多级牵伸，然后将上过油的初生纤维在脱盐水中浸泡，然后进行热定型，冷却再经卷绕，即得成型材料，也就是能够用于高空施工安全绳的材料。进一步地，步骤一中：混合料制备的混合过程中保持在20～80转/分钟，室温搅拌，待所有物质添加搅拌至混合均一后，上升温度为60～100℃的条件下继续进行搅拌混匀直至乙醇量<10%。各组分混合过程也就是各组分进行相互相容、分散和接触的过程，通过各组分界面结合强度的增加利于材料的韧性和抗拉伸性的提高。各组分按一定的顺序添加，根据各组分之间的特性进行的组合，并非随机处理。
进一步地，步骤二中，所述颗粒在70~80℃下干燥，去除多余的溶剂。
进一步地，步骤二中，所述料条在挤出时，挤出温度为200~300℃，口模温度为270~300℃，挤出机螺杆转速为15~150转/分。熔融混合进一步地增加各组分之间的结合力和均一性。
进一步地，步骤三中，所述熔融态纺丝液挤压温度为 280~350℃。
进一步地，步骤四中，所述脱盐水中浸泡的浸泡时间为 40~60 分钟。
一方面，本发明提供一种能够用于高空施工安全绳的材料的应用，其用于制作高空施工安全绳。
能够用于高空施工安全绳的材料的各组分中，氧化石墨烯质轻且极易团聚但利于增强材料的抗冲击力和拉伸力，与其他组分较难混溶，通过增韧聚合物、树脂材料、偶联剂先后对其进行吸附与各组分分散，增加了与玄武岩纤维、高强度纤维、树脂材料混合过程中的接触面积，提高相互间的相容性；氧化石墨烯引入含氧极性官能团提升玄武岩纤维和高强度纤维与树脂材料的界面结合强度；玄武岩纤维、高强度纤维、氧化石墨烯、抗氧化剂进行混合均匀使得各组分的界面结合强度增加；通过采用增韧聚合物对玄武岩纤维、高强度纤维进行修饰改性，增加相容性和纤维的分散性，有效减少纤维的裸露；偶联剂为玄武岩纤维和高强度纤维及其他组分提供了良好的相容性；树脂材料的加入为产品材料的抗折弯耐压等性能作出贡献，树脂材料具有强极性功能和粘接力，为产品纤维提供了良好的溶体结合强度，使产品材料具有良好的韧性和抗拉伸性能。
在混合料的制备过程中，长时间搅拌不会影响分子间的结合能力，反而利于颗粒间的分散，通过增韧聚合物、偶联剂的作用，提高混合物间的柔韧性，使其在后续制备的产品具有良好的热膨胀系数和冷却收缩的位移应力，不会出现脱层或脱料情况，且能增加各组分间的粘接力和分子间的连接，改善了材料的冷热涨缩性能和力学承载能力。通过高温挤压熔融过程不会出现各组分的损失或析出，利于保持所得产品较高的热稳定性，混合物之间协同作用利用纤维缠结各分子链，提高耐应力，提高断裂能力和耐热性能，进一步充分利用各原料组分之间的协同作用，并对各原料组分含量进行优化，赋予了该材料具有耐热性、尺寸稳定性、抗低温性、耐老化、柔韧等性能；可以显著提高得到的材料的力学性能，特别是拉伸强度和直角撕裂强度，使其对材料变形具有更强的适应性。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
本发明提供一种能够用于高空施工安全绳的材料，通过将各组分进行混合、熔融、制备初生纤维和拉伸热定型过程，制得。所得材料的拉伸强度和拉伸模量明显提高，弯曲强度也得到提高，耐热性和低温冲击强度也得到了提升。整体表现出优异的韧性、拉伸强度和直角撕裂强度，具有较高的力学承载能力，
具体实施方式
以下结合具体实施方式，对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为，本发明所述主题范围仅限于以下实施例。
下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有化学品用料均可来自于商购。
实施例1
一种能够用于高空施工安全绳的材料的制备方法，其中，其中，玄武岩纤维350份、长链聚乙烯纤维385份、氧化石墨烯1份、磷酸盐5份、乙烯-醋酸乙烯接枝共聚物200份、ABS树脂50份、钛酸酯偶联剂200份、阻燃聚氯乙烯100份、氨基硅油乳液50份；包括以下步骤：
步骤一、混合料的制备：将玄武岩纤维、长链聚乙烯纤维、氧化石墨烯、抗氧化剂按先后顺序在室温下进行混合均匀后；将乙烯-醋酸乙烯接枝共聚物、树脂材料、偶联剂按顺序加入，在前一物质混合均匀后再加入后一物质，直至所有物质混合均一；混合过程中保持在80转/分钟，室温搅拌，待所有物质添加搅拌至混合均一后，上升温度为60℃的条件下继续进行搅拌混匀直至乙醇量<10%；
步骤二、熔融混合：将所述的混合料与阻燃聚氯乙烯常温混合后再在挤出机中熔融混合并挤出成料条、水冷、切成颗粒，颗粒在70℃下干燥，去除多余的溶剂；在挤出时，挤出温度为300℃，口模温度为270℃，挤出机螺杆转速为150转/分；
步骤三、制备初生纤维：将所得颗粒在螺杆挤压机经 280℃挤压熔融成熔融态纺丝液，添加氨基硅油乳液，再经纺丝组件在 120巴压力条件下纺丝形成丝条，丝条通过冷却吹风冷却固化形成初生纤维；
步骤四、拉伸热定型：将初生纤维上油，经多级牵伸，然后将上过油的初生纤维在脱盐水中浸泡60 分钟，然后进行热定型，冷却再经卷绕，即得成型材料，也就是能够用于高空施工安全绳的材料。
实施例2
一种能够用于高空施工安全绳的材料的制备方法，其中，玄武岩纤维200份、长链聚乙烯纤维450份、氧化石墨烯5份、季戊四醇酯10份、马来酸酐接枝聚乙烯辛烯弹性体100份、氯乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸共聚物乳液150份、硅烷偶联剂130份、阻燃聚氯乙烯60份、氨基硅油乳液80份；包括以下步骤：
步骤一、混合料的制备：将玄武岩纤维、长链聚乙烯纤维、氧化石墨烯、抗氧化剂按先后顺序在室温下进行混合均匀后；将增韧聚合物、树脂材料、偶联剂按顺序加入，在前一物质混合均匀后再加入后一物质，直至所有物质混合均一；混合过程中保持在50转/分钟，室温搅拌，待所有物质添加搅拌至混合均一后，上升温度为90℃的条件下继续进行搅拌混匀直至乙醇量<10%；
步骤二、熔融混合：将所述的混合料与阻燃聚氯乙烯常温混合后再在挤出机中熔融混合并挤出成料条、水冷、切成颗粒，颗粒在80℃下干燥，去除多余的溶剂；在挤出时，挤出温度为270℃，口模温度为300℃，挤出机螺杆转速为100转/分；
步骤三、制备初生纤维：将所得颗粒在螺杆挤压机经300℃挤压熔融成熔融态纺丝液，添加氨基硅油乳液，再经纺丝组件在 150 巴压力条件下纺丝形成丝条，丝条通过冷却吹风冷却固化形成初生纤维；
步骤四、拉伸热定型：将初生纤维上油，经多级牵伸，然后将上过油的初生纤维在脱盐水中浸泡60 分钟，然后进行热定型，冷却再经卷绕，即得成型材料，也就是能够用于高空施工安全绳的材料。
实施例3
一种能够用于高空施工安全绳的材料的制备方法，其中，玄武岩纤维110份、长链聚乙烯纤维550份、氧化石墨烯1份、季戊四醇酯5份、橡胶200份、ABS树脂100份、硅烷偶联剂180份、阻燃聚氯乙烯50份、氨基硅油乳液100份；包括以下步骤：
步骤一、混合料的制备：将玄武岩纤维、长链聚乙烯纤维、氧化石墨烯、抗氧化剂按先后顺序在室温下进行混合均匀后；将增韧聚合物、树脂材料、偶联剂按顺序加入，在前一物质混合均匀后再加入后一物质，直至所有物质混合均一；混合过程中保持在50转/分钟，室温搅拌，待所有物质添加搅拌至混合均一后，上升温度为80℃的条件下继续进行搅拌混匀直至乙醇量<10%；
步骤二、熔融混合：将所述的混合料与阻燃聚氯乙烯常温混合后再在挤出机中熔融混合并挤出成料条、水冷、切成颗粒，颗粒在70℃下干燥，去除多余的溶剂；在挤出时，挤出温度为280℃，口模温度为290℃，挤出机螺杆转速为80转/分；
步骤三、制备初生纤维：将所得颗粒在螺杆挤压机经 290℃挤压熔融成熔融态纺丝液，添加氨基硅油乳液，再经纺丝组件在 180 巴压力条件下纺丝形成丝条，丝条通过冷却吹风冷却固化形成初生纤维；
步骤四、拉伸热定型：将初生纤维上油，经多级牵伸，然后将上过油的初生纤维在脱盐水中浸泡40 分钟，然后进行热定型，冷却再经卷绕，即得成型材料，也就是能够用于高空施工安全绳的材料。
实施例4
一种能够用于高空施工安全绳的材料的制备方法，其中，玄武岩纤维250份、长链聚乙烯纤维490份、氧化石墨烯3份、季戊四醇酯6份、马来酸酐接枝聚乙烯辛烯弹性体150份、EVA250份、硅烷偶联剂130份、阻燃聚氯乙烯80份、氨基硅油乳液80份；包括以下步骤：
步骤一、混合料的制备：将玄武岩纤维、长链聚乙烯纤维、氧化石墨烯、抗氧化剂按先后顺序在室温下进行混合均匀后；将增韧聚合物、树脂材料、偶联剂按顺序加入，在前一物质混合均匀后再加入后一物质，直至所有物质混合均一；混合过程中保持在50转/分钟，室温搅拌，待所有物质添加搅拌至混合均一后，上升温度为90℃的条件下继续进行搅拌混匀直至乙醇量<10%；
步骤二、熔融混合：将所述的混合料与阻燃聚氯乙烯常温混合后再在挤出机中熔融混合并挤出成料条、水冷、切成颗粒，颗粒在70℃下干燥，去除多余的溶剂；在挤出时，挤出温度为280℃，口模温度为300℃，挤出机螺杆转速为95转/分；
步骤三、制备初生纤维：将所得颗粒在螺杆挤压机经 350℃挤压熔融成熔融态纺丝液，添加氨基硅油乳液，再经纺丝组件在 180 巴压力条件下纺丝形成丝条，丝条通过冷却吹风冷却固化形成初生纤维；
步骤四、拉伸热定型：将初生纤维上油，经多级牵伸，然后将上过油的初生纤维在脱盐水中浸泡40分钟，然后进行热定型，冷却再经卷绕，即得成型材料，也就是能够用于高空施工安全绳的材料。本发明实施例1~4制备的能够用于制作高空施工安全绳的材料，其拉伸强度（MPa）在779~906之间，韧性（MJ/m3）在389.1~470.8之间，玩去强度（MPa）在852~930之间，热变形温度（℃）在80~83之间，低温抗冲击强度（MPa）在110~120之间。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为被包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种能够用于高空施工安全绳的材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
玄武岩纤维110～350份、高强度纤维385～550份、氧化石墨烯1～5份、抗氧化剂5～10份、增韧聚合物50～200份、树脂材料50～250、偶联剂100～200份、阻燃聚氯乙烯50～100份、氨基硅油乳液50～100份。
2.根据权利要求1所述的能够用于高空施工安全绳的材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
玄武岩纤维200份、高强度纤维450份、氧化石墨烯5份、抗氧化剂10份、增韧聚合物100份、树脂材料150份、偶联剂130份、阻燃聚氯乙烯60份、氨基硅油乳液80份。
3.根据权利要求1所述的能够用于高空施工安全绳的材料，其特征在于，所述高强度纤维为长链聚乙烯纤维。
4.根据权利要求1所述的能够用于高空施工安全绳的材料，其特征在于，所述的增韧聚合物选自橡胶、乙烯-醋酸乙烯接枝共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯辛烯弹性体、聚酯类热塑性弹性体、热塑性弹性体、热塑性树脂或其组合。
5.根据权利要求1所述的能够用于高空施工安全绳的材料，其特征在于，所述抗氧化剂包括磷酸盐、受阻酚类、季戊四醇酯中的一种或多种；所述树脂材料包括ABS树脂、酚醛树脂、EVA、醋酸乙烯-叔碳酸酯乳液、氯偏乳液、氯乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸共聚物乳液或聚醋酸乙烯乳液；所述偶联剂选自钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或几种；所述偶联剂需用无水乙醇按照1∶1的质量比例将其稀释后使用。
6.一种权利要求1～5任一项所述能够用于高空施工安全绳的材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、混合料的制备：将玄武岩纤维、高强度纤维、氧化石墨烯、抗氧化剂按先后顺序在室温下进行混合均匀后；将增韧聚合物、树脂材料、偶联剂按顺序加入，在前一物质混合均匀后再加入后一物质，直至所有物质混合均一；
步骤二、熔融混合：将所述的混合料与阻燃聚氯乙烯常温混合后再在挤出机中熔融混合并挤出成料条、水冷、切成颗粒；
步骤三、制备初生纤维：将所得颗粒在螺杆挤压机经高温挤压熔融成熔融态纺丝液，添加氨基硅油乳液，再经纺丝组件在120～280巴压力条件下纺丝形成丝条，丝条通过冷却吹风冷却固化形成初生纤维；
步骤四、拉伸热定型：将初生纤维上油，经多级牵伸，然后将上过油的初生纤维在脱盐水中浸泡，然后进行热定型，冷却再经卷绕，即得成型材料，也就是能够用于高空施工安全绳的材料。
7.根据权利要求1所述的能够用于高空施工安全绳的材料，其特征在于，步骤一中：混合料制备的混合过程中保持在20～80转/分钟，室温搅拌，待所有物质添加搅拌至混合均一后，上升温度为60～100℃的条件下继续进行搅拌混匀直至乙醇量＜10％。
8.根据权利要求1所述的能够用于高空施工安全绳的材料，其特征在于，步骤二中，所述颗粒在70～80℃下干燥；
所述料条在挤出时，挤出温度为200～300℃，口模温度为270～300℃，挤出机螺杆转速为15～150转/分。
9.根据权利要求1所述的能够用于高空施工安全绳的材料，其特征在于，步骤三中，所述熔融态纺丝液挤压温度为280～350℃；
步骤四中，所述脱盐水中浸泡的浸泡时间为40～60分钟。
10.一种权利要求1～5任一项设施能够用于高空施工安全绳的材料的应用，其特征在于，其用于制作高空施工安全绳。
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