CN117734215A - 一种安全鞋头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种安全鞋头及其制造方法。安全鞋头的制造方法包括以下步骤。S1，制备连续纤维增强热塑性材料带。S2，将连续纤维增强热塑性材料带编织形成预制片。S3，将预制片经热复合工艺形成连续纤维增强热塑性材料板。S4，将连续纤维增强热塑性材料板加工形成安全鞋头。根据本申请的安全鞋头的制造方法，利用连续纤维增强热塑性材料制造安全鞋头，材料可反复回收利用，对环境又好，并且生产能耗低进而成本低得，到的安全鞋头质量轻强度高。

Description

一种安全鞋头及其制造方法

技术领域

本申请涉及复合材料技术领域，具体而言涉及一种安全鞋头及其制造方法。

背景技术

安全鞋头是劳动防护安全鞋的主要防护安全部件，广泛选择钢、铝等金属材质。金属材质重量重，穿着体验差，影响工作效率，且鞋头生产工序复杂，生产中防腐处理环境污染大。

还有一些安全鞋头产品选择热固性材料制作，例如热固性玻璃钢材质。然而，这种材质不可回收，环境污染大，且生产过程中挥发物污染工作环境，用工不友好。

因此，需要一种安全鞋头及其制造方法，以至少部分地解决以上问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本申请的第一方面提供了一种安全鞋头的制造方法，包括以下步骤：

S1：制备连续纤维增强热塑性材料带；

S2：将所述连续纤维增强热塑性材料带编织形成预制片；

S3：将所述预制片经热复合工艺形成连续纤维增强热塑性材料板；

S4：将所述连续纤维增强热塑性材料板加工形成所述安全鞋头。

根据本申请的安全鞋头的制造方法，利用连续纤维增强热塑性材料制造安全鞋头，材料可反复回收利用，对环境又好，并且生产能耗低进而成本低得，到的安全鞋头质量轻强度高。

可选地，所述S1包括：

S11：制备连续纤维增强热塑性材料束；

S12：通过带状成型装置将所述连续纤维增强热塑性材料束加工形成具有预定厚度和宽度的所述连续纤维增强热塑性材料带。

可选地，所述S11包括：

将连续纤维牵引经过混炼模头的模口，所述模口具有预定直径；

将热塑性树脂和助剂混合均匀形成基体树脂，将所述基体树脂经挤出机挤出至所述混炼模头；

将所述连续纤维和所述基体树脂经所述混炼模头复合后再从所述模口引出，形成所述连续纤维增强热塑性材料束。

可选地，所述S2包括：将所述连续纤维增强热塑性材料带通过编织形成具有平纹或斜纹结构的预制片，以使得所述预制片中的连续纤维交叉设置。

可选地，所述S3包括：将所述预制片层叠并进行预熔融，之后通过滚压机或复合机进行复合，形成所述连续纤维增强热塑性材料板。

可选地，所述S4包括：将所述连续纤维增强热塑性材料板按照预定尺寸裁切成预制板，将所述预制板加热熔融至可塑状态后转移至定型模具，通过压机进行冷却定型，形成所述安全鞋头。

可选地，所述助剂的质量占所述基体树脂质量的10％-40％；并且/或者

所述连续纤维和所述基体树脂的质量比为40-60：20-40。

可选地，所述热塑性树脂包括PP、PA6、PA66、PET和PPS中的至少一种；并且/或者

所述助剂包括润滑剂、相容剂、抗氧剂、色母、硅酮母粒、氧化锌和碳酸钙母粒中的至少一种；

所述连续纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维中的至少一种。

可选地，所述助剂包括：

碳酸钙母粒，10-20质量份；

硅酮母粒，10-25质量份；

相容剂，20-30质量份；

抗氧剂，10-20质量份；

润滑剂，5-10质量份；

色母，20-30质量份；

抗紫外稳定剂，5-10质量份；

氧化锌，10-20质量份。

可选地，所述连续纤维增强热塑性材料带的厚度为0.15-0.5mm，宽度为5-600mm。

本申请的第二方面提供一种安全鞋头，由上述第一方面的安全鞋头的制造方法制造。

根据本申请的安全鞋头，采用连续纤维增强热塑性材料制成，环保可回收、质量轻并强度高。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本申请的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本申请中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。

现在，将更详细地描述根据本申请的示例性实施例。

本申请提供了一种安全鞋头的制造方法以及安全鞋头。其中，安全鞋头由连续纤维增强热塑性材料制成。连续纤维增强热塑性材料包括基体树脂和连续纤维。而基体树脂包括热塑性树脂和助剂。

其中，连续纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维中的至少一种。热塑性树脂包括PP、PA6、PA66、PET和PPS中的至少一种。助剂包括润滑剂、相容剂、抗氧剂、色母、硅酮母粒、氧化锌和碳酸钙母粒中的至少一种。

作为一种可选实施方式，助剂的质量占基体树脂质量的10％-40％。连续纤维和基体树脂的质量比为40-60：20-40。

作为又一种可选实施方式。助剂包括10-20质量份的碳酸钙母粒，10-25质量份的硅酮母粒，20-30质量份的相容剂，10-20质量份的抗氧剂，5-10质量份的润滑剂，20-30质量份的色母，5-10质量份的抗紫外稳定剂，10-20质量份的氧化锌。

本申请的安全鞋头的制造方法包括以下步骤：S1：制备连续纤维增强热塑性材料带。S2：将连续纤维增强热塑性材料带编织形成预制片。S3：将预制片经热复合工艺形成连续纤维增强热塑性材料板。S4：将连续纤维增强热塑性材料板加工形成安全鞋头。

根据本申请的安全鞋头的制造方法，利用连续纤维增强热塑性材料制造安全鞋头，材料可反复回收利用，对环境又好，并且生产能耗低进而成本低得，到的安全鞋头质量轻强度高。

下面将更详细地介绍本申请的安全鞋头的制造方法的全部过程。

S1包括S11和S12。

其中S11包括：制备连续纤维增强热塑性材料束。具体而言，将连续纤维牵引经过混炼模头的模口，模口具有预定直径。将热塑性树脂和助剂混合均匀形成基体树脂，将基体树脂经挤出机挤出至混炼模头。将连续纤维和基体树脂经混炼模头复合后再从模口引出，形成连续纤维增强热塑性材料束。

混炼模头的模口直径可调节，以实现在同一设备上进行不同连续纤维、不同纤维含量、不同宽度的材料的生产，能够满足不同工况应用的需求。

S12：通过带状成型装置将连续纤维增强热塑性材料束加工形成具有预定厚度和宽度的连续纤维增强热塑性材料带。连续纤维增强热塑性材料束呈圆柱形，其通过带状成型装置后形成带状，方便下一步工序。其中，连续纤维增强热塑性材料带的厚度为0.15-0.5mm。并且，带状成型装置可以对连续纤维增强热塑性材料带进行调节，具体而言在5-600mm之间可调节。例如可以利用不同数量的连续纤维增强热塑性材料束拼接组合后再成型为所需宽度的连续纤维增强热塑性材料带。

示例性地，上述的带状成型装置可以是具有加热功能的压机，其可以将圆柱形的连续纤维增强热塑性材料束压扁热熔形成整体的带状。

采用先生成圆柱形连续纤维增强热塑性材料束再定型为连续纤维增强热塑性材料带的方式，充分结合利用的圆柱状材料和带状材料的优点。例如：

先形成连续纤维增强热塑性材料束能够使得纤维在混炼模头(预浸混炼模头)中充分与熔融的基体树脂浸渍，均匀性好，并且挤出成型圆柱状续纤维增强热塑性材料束速度很高，可达40米/分钟，相对于直接生产带材速度提高了三倍。这样不但使得最终产品质量稳定均匀，这样还有利于提高整体的生产速度，大幅度提高了效率。

之后将圆柱形连续纤维增强热塑性材料束再定型为连续纤维增强热塑性材料带，避开了圆柱状复合材料刚性大难以弯曲、编织间隙大的缺点，带状复合材料弯曲性好，编织后的片材之间的间隙小，各个带材之间紧密性更好，进一步提高了制成的产品的质量稳定性。

S2包括：将连续纤维增强热塑性材料带通过编织形成具有平纹或斜纹结构的预制片，以使得预制片中的连续纤维交叉设置。这样的生产方式，能够在各个方向提高产品的强度，并且先浸渍后编织的生产方式，不使得纤维浸润性强。

S3包括：将预制片层叠并进行预熔融，之后通过滚压机或复合机进行复合，形成连续纤维增强热塑性材料板。其中不同层的预制片之间还可以以一定角度层叠，进一步提高在各个方向上的抗拉强度。

S4包括：将连续纤维增强热塑性材料板按照预定尺寸裁切成预制板，将预制板加热熔融至可塑状态后转移至定型模具，通过压机进行冷却定型，形成安全鞋头。

下面将介绍具体的实施例。选用PA6作为热塑性树脂，选用连续玻璃纤维。助剂中碳酸钙母粒的质量份为10份、硅酮母粒分量的质量份为10份、相容剂的质量份为30份、抗氧剂的质量份为10份、润滑剂的质量份为5份、色母的质量份为20份、抗紫外稳定剂的质量份为5份、氧化锌的质量份为10份。助剂的质量占据助剂和热塑性树脂总质量的10％。助剂于热塑性树脂组成的基体树脂与连续玻璃纤维的质量比为35：55。

将上述的热塑性树脂和助剂经搅拌机均匀拌料后，通过挤出机上料系统上料至挤出机，经螺杆加热挤出至复合材料混炼专用模头，与连续玻璃纤维在复合材料混炼专用模头内热熔复合混炼，热熔复合混炼温度为280度，经复合材料混炼专用模头挤出成型直径为2mm的圆柱形的连续纤维增强热塑性材料束，并经复合材料带状成型装置进行定宽定厚，将圆柱状连续纤维增强热塑性材料束进行压扁，成型带状连续纤维增强热塑性材料带。本实施例根据编织工艺需要，定型宽度设定为10mm，厚度0.3mm进行设定，通过收卷系统自动收卷，以3000米每卷长度收卷。

之后，经宽度定型的连续纤维增强热塑性材料束通过编织设备经纬交织编织，本实施例以斜纹结构进行交织编织定制，经编织成型复合材料预制成为经纬交织的宽幅为1500mm的预制片。

之后，以安全鞋头成型工艺需要，以10层的层叠层方式对将预制片叠成为6mm的厚度，并对叠层后的多层片通过隧道烘箱进行加热热熔。

之后，将通过热熔的材料经复合机进行对压复合，使预制片和预制片层间及连续纤维、树脂基体、助剂组份再充分热融合为一体，成型为连续纤维增强热塑性材料板。

之后，以安全鞋头尺寸规格需要，将连续纤维增强热塑性材料板通过冲床进行冲裁，本实施例进行了75mm×75mm尺寸的冲裁，成型预制规格安全鞋头预制板。

之后，将预制规格安全鞋头预制板通过烘箱以260度高温加热5分钟熔融达到可塑状态，将可塑状态的预制规格安全鞋头预制板通过机械手快速转移至压机内安全鞋头定型模具，通过300吨高压力压机快速加压成型，经20秒冷却定型，脱模后得到连续纤维增强的热塑性复合材料安全鞋头。

本实施例安全鞋头由连续玻璃纤维增强复合PA6热塑性塑料，再通过斜纹交织编织层叠热熔复合压板，再热熔高压板材成型安全鞋头，安全鞋头强度各方向都经连续玻璃纤维增强，避免了热固玻璃钢复合材料安全鞋头须对安全鞋头局部部位进行局部增强，连续增强的热塑性复合材料安全鞋头生产减少了工序，也避免了材料浪费；且热塑性复合材料安全鞋头生产可提前进行材料生产备货，不存在热固性复合材料保质期的限制，可灵活安排生产，并热塑性复合材料安全鞋头可通过机械化生产，生产效率极大提升。

上述的所有优选实施例中所述的流程、步骤仅是示例。除非发生不利的效果，否则可以按与上述流程的顺序不同的顺序进行各种处理操作。上述流程的步骤顺序也可以根据实际需要进行增加、合并或删减。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本申请。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本申请已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，本申请并不局限于上述实施例，根据本申请的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本申请所要求保护的范围以内。

Claims (11)

1.一种安全鞋头的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制备连续纤维增强热塑性材料带；

S2：将所述连续纤维增强热塑性材料带编织形成预制片；

S3：将所述预制片经热复合工艺形成连续纤维增强热塑性材料板；

S4：将所述连续纤维增强热塑性材料板加工形成所述安全鞋头。

2.根据权利要求1所述的安全鞋头的制造方法，其特征在于，所述S1包括：

S11：制备连续纤维增强热塑性材料束；

S12：通过带状成型装置将所述连续纤维增强热塑性材料束加工形成具有预定厚度和宽度的所述连续纤维增强热塑性材料带。

3.根据权利要求2所述的安全鞋头的制造方法，其特征在于，所述S11包括：

将连续纤维牵引经过混炼模头的模口，所述模口具有预定直径；

将热塑性树脂和助剂混合均匀形成基体树脂，将所述基体树脂经挤出机挤出至所述混炼模头；

将所述连续纤维和所述基体树脂经所述混炼模头复合后再从所述模口引出，形成所述连续纤维增强热塑性材料束。

4.根据权利要求1所述的安全鞋头的制造方法，其特征在于，所述S2包括：将所述连续纤维增强热塑性材料带通过编织形成具有平纹或斜纹结构的预制片，以使得所述预制片中的连续纤维交叉设置。

5.根据权利要求1所述的安全鞋头的制造方法，其特征在于，所述S3包括：将所述预制片层叠并进行预熔融，之后通过滚压机或复合机进行复合，形成所述连续纤维增强热塑性材料板。

6.根据权利要求1所述的安全鞋头的制造方法，其特征在于，所述S4包括：将所述连续纤维增强热塑性材料板按照预定尺寸裁切成预制板，将所述预制板加热熔融至可塑状态后转移至定型模具，通过压机进行冷却定型，形成所述安全鞋头。

7.根据权利要求3所述的安全鞋头的制造方法，其特征在于，

所述助剂的质量占所述基体树脂质量的10％-40％；并且/或者

所述连续纤维和所述基体树脂的质量比为40-60：20-40。

8.根据权利要求3所述的安全鞋头的制造方法，其特征在于，

所述热塑性树脂包括PP、PA6、PA66、PET和PPS中的至少一种；并且/或者

所述助剂包括润滑剂、相容剂、抗氧剂、色母、硅酮母粒、氧化锌和碳酸钙母粒中的至少一种；

所述连续纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维中的至少一种。

9.根据权利要求3所述的安全鞋头的制造方法，其特征在于，所述助剂包括：

碳酸钙母粒，10-20质量份；

硅酮母粒，10-25质量份；

相容剂，20-30质量份；

抗氧剂，10-20质量份；

润滑剂，5-10质量份；

色母，20-30质量份；

抗紫外稳定剂，5-10质量份；

氧化锌，10-20质量份。

10.根据权利要求2所述的安全鞋头的制造方法，其特征在于，所述连续纤维增强热塑性材料带的厚度为0.15-0.5mm，宽度为5-600mm。

11.一种安全鞋头，其特征在于，由根据权利要求1-10中任一项所述的安全鞋头的制造方法制造。