一种碳纤维增强聚氨酯筛网的生产工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维增强聚氨酯筛网的生产工艺方法，本发明专利技术属于高分子材料技术领域，制备的弹碳纤维增强聚氨酯筛网具有重量轻，机械强度高，隔热，隔音，耐腐蚀，耐水，耐油，耐候性优良，抗拉强度、抗撕裂强度高，耐磨性极好，回弹性好、压缩永久变形小，不堵孔的优势，经过碳纤维增强后，以此制备的聚氨酯筛网安装强度高，使用寿命长，适用范围广，耐冲击，可以用于尾矿干排设备，尾矿脱水筛等筛网产品。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强聚氨酯筛网的生产工艺方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种碳纤维增强聚氨酯筛网的生产工艺方法。
技术介绍
煤、矿石、砾石、垃圾等各种各样的粒状材料常常需要用筛网进行分级、分离和洗选。筛孔形状有方孔(包括长方孔)和窄缝(即条缝)等。前者用于分级和分离，后者用于洗选。传统的筛网用钢或普通橡胶制作，使用寿命短(几天至几周)。而用聚氨酯弹性体制作的筛网，使用寿命可达几个月至几年。而且聚氨酯筛网减振性能好，可降低噪音10~20dB。筛孔不易堵塞，自清理效果好。聚氨酯筛网一般用CPU和TPU加工制作，硬度范围60~95。此外，还可用聚氨酯弹性体制作筛网安装附件。这样，整个筛面由许多小块筛板通过这些附件组装起来，实现了无螺栓连接(软连接)，装拆十分方便。碳纤维（carbonfiber，简称CF）是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有高硬度、高强度、重量轻、高耐化学性、耐高温的特性。碳纤维具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，这也使其在航空航天、土木工程、军事、赛车与其他竞技体育运动制品很受欢迎。申请号CN200710118235.0公开了“一种纤维增强聚氨酯精细筛网及其成型方法”其采用针阀浇注头、多浇口顺序浇注及对模腔抽真空的方式，避免了多股料流相遇形成气穴，解决了常压浇注法不能成型聚氨酯精细筛网的问题，但是现有的聚氨酯筛网或纤维增强聚氨酯筛网的缺陷依然存在，如强度低，重量重，生产工艺复杂，增强纤维结合强度差，价格高昂等多种缺陷，本领域技术人员亟待开发出一种碳纤维增强聚氨酯筛网的生产工艺方法，以满足现有的技术要求和市场需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的问题，提供了一种碳纤维增强聚氨酯筛网的生产工艺方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术采用碳纤维对聚氨酯筛网进行复合改性，使其具备碳纤维骨架，降低筛网的密度，并引入氮化硼纳米片提高碳纤维增强的效果。一种碳纤维增强聚氨酯筛网的生产工艺方法，按如下步骤进行：（1）活化氮化硼纳米片的制备：a、称取100份氮化硼粉末放入反应釜中，再称取25~30份浓硫酸与氮化硼粉末33~45份混合搅拌.将烧杯放入-5~0℃冰水浴中，称取0.5~1份高锰酸钾缓慢地加人到氮化硼和浓硫酸的混合体系中反应10~12h，反应过程中持续搅拌；随后，向反应体系中滴加10份质量分数28~30%的双氧水，将反应后所得悬浮液在2000~3000rpm条件下离心10min，去除大块未被剥离的氮化硼粉末.将上层液体用微孔抽滤，再用去离子水洗涤，直到滤液pH值成中性，通过高速剪切机进行高速剪切剥离，加入溶剂35~50份和分散剂，得到氮化硼纳米片分散液；b、将上述氮化硼纳米片分散液静置8~24h，取上层稳定分散液，采用-51℃真空冷冻干燥制得剥离的氮化硼纳米片粉末；c、将超声处理后的氮化硼纳米片粉末进行微波辐射处理，300~900W下微波辐射3~10min至溶剂挥发完毕，在微波作用下改性，得表面改性氮化硼纳米片粉末；d、取上述表面改性氮化硼纳米片粉末与0.5~1.5份氢氧化钠混合，在氮气保护下于管式炉中400~600℃下进行活化0.5~4h，得到活化氮化硼纳米片。以上步骤，制备了活化氮化硼纳米片，通过化学还原剥离，使氮化硼纳米片充分发挥纳米尺寸效应，二采用分散剂和溶剂，使其均匀分散，而微波处理，改善其表面活性，通过以上操作使氮化硼纳米片均匀分散不团聚。（2）氮化硼/碳纤维骨架的制备：a、将上述活化氮化硼纳米片分散于上浆剂中，所述上浆剂采用质量分数10~15%的水性PVA溶液加热到90~100℃下，搅拌分散均匀后，加入含有四硫代钼酸铵以0.3~0.4g/ml的浓度的二氧六环溶液，PVA溶液和二氧六环溶液混合到以3：5的体积比均匀分散，同时加入步骤（1）得到的活化氮化硼纳米片，活化氮化硼纳米片与上浆剂的重量比为1︰50~1︰100；b、将碳纤维丝束浸置于上浆体系中，充分浸湿后得到经氮化硼纳米片包覆的碳纤维丝束，然后，再将碳纤维丝束经过挤压、定型、烧结用10℃每分钟的升温速率在400℃的氢气气氛下处理1~2h，得氮化硼/碳纤维骨架；以上步骤通过上浆和碳纤维丝束的挤压定型和烧结，使四硫代钼酸铵原位生成二硫化钼，而在此过程中，具有良好表面活性的氮化硼纳米片，在PVA溶液的分散作用下，随之负载到碳纤维丝束之上，简便的步骤实现了氮化硼和碳纤维以及二硫化钼三种材料的复合，有利于使三者相成，作为聚氨酯复合改性的骨架中发挥作用。（3）氮化硼/碳纤维骨架的处理a、对氮化硼/碳纤维骨架进行活化处理，处理时以0.5mol/L碳酸氢铵作为电解质溶液.电流密度为0.15mA/cm2，电解温度30℃，电解时间为90~120s对碳纤维进行连续化电化学氧化处理；用循环蒸馏水清洗，除去纤维表面残余的电解质：再经100℃干燥上胶收丝，得活化处理后的氮化硼/碳纤维骨架；b、活化碳纤维骨架表面改性，将KH-550偶联剂试剂和乙醇按20︰80质量比配制成溶液，静置3~5min，将活化处理后的碳纤维骨架加入乙醇洗涤，风干，浸入KH-550偶联剂乙醇溶液中，并用超声波振荡处理,10~20min，然后用乙醇洗涤，过滤，60℃烘干即得处理好的氮化硼/碳纤维骨架；对碳纤维骨架进行电解处理和表面偶联处理，使骨架可以与聚氨酯大分子链充分结合，进而提高材料的强度和性能。（4）浇注聚氨酯筛网a、将处理好的氮化硼/碳纤维骨架放入模具中，占据模具的空间为28~33%，加入异氰酸酯和聚合物多元醇和催化剂进行浇注，浇注时压强为0.6~0.8MPa，模具温度为80~100℃，异氰酸酯占聚合物多元醇重量计用量的55~77%，催化剂占占聚合物多元醇重量计用量的0.1~0.5%，浇注完成后进行固化处理，固化温度100℃，固化处理时间4~8h后，即得。以上步骤采用的原料，包括聚合物多元醇和异氰酸酯以及催化剂的选择，使聚氨酯筛网具有更好的耐候性和强度，合适的固化温度以及工艺影响聚氨酯筛网最终的性能。进一步的方案，步骤（1）所述分散剂重量为氮化硼纳米片重量的的5~10%，所述溶剂采用去离子水、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种，所述分散剂采用烯丙基磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、聚乙二醇中的一种。进一步的方案，步骤（1）所述高速剪切机的剪切功率50~65Hz，剪切时间10~60min。进一步的方案，所述步骤（3）中的烘干过程为首先将卷绕成型的碳纤维骨架在60~80℃下烘烤5~8min，然后升温至120~140℃恒温1~4h，最后空冷至室温。进一步的方案，步骤（4）所述聚合物多元醇为聚碳酸酯二醇或聚丙烯酸酯多元醇，所述二异氰酸酯为L-赖氨酸三异氰酸酯或硫代磷酸三（4-苯基异氰酸酯）或1,6-己二异氰酸酯中的其中一种或多种。所述聚碳酸酯二醇可选用日本聚氨酯工业株式会社N-980、N-981、N-98或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增强聚氨酯筛网的生产工艺方法，其特征在于，按如下步骤进行：/n（1）活化氮化硼纳米片的制备：/na、称取100份氮化硼粉末放入反应釜中，再称取25~30份浓硫酸与氮化硼粉末33~45份混合搅拌.将烧杯放入-5~0℃冰水浴中，称取0.5~1份高锰酸钾缓慢地加人到氮化硼和浓硫酸的混合体系中反应10~12h，反应过程中持续搅拌；随后，向反应体系中滴加10份质量分数28~30%的双氧水， 将反应后所得悬浮液在2000~3000rpm条件下离心10min， 去除大块未被剥离的氮化硼粉末.将上层液体用微孔抽滤，再用去离子水洗涤，直到滤液pH值成中性，通过高速剪切机进行高速剪切剥离，加入溶剂35~50份和分散剂，得到氮化硼纳米片分散液；/nb、将上述氮化硼纳米片分散液静置8~24h，取上层稳定分散液，采用-51℃真空冷冻干燥制得剥离的氮化硼纳米片粉末；/nc、将超声处理后的氮化硼纳米片粉末进行微波辐射处理，300~900W下微波辐射3~10min至溶剂挥发完毕，在微波作用下改性，得表面改性氮化硼纳米片粉末；/nd、取上述表面改性氮化硼纳米片粉末与0.5~1.5份氢氧化钠混合，在氮气保护下于管式炉中400~600℃下进行活化0.5~4h，得到活化氮化硼纳米片；/n（2）氮化硼/碳纤维骨架的制备：/na、将上述活化氮化硼纳米片分散于上浆剂中，所述上浆剂采用质量分数10~15%的水性PVA溶液加热到90~100℃下， 搅拌分散均匀后，加入含有四硫代钼酸铵以0.3~0.4g/ml的浓度的二氧六环溶液，PVA溶液和二氧六环溶液混合到以3：5的体积比均匀分散，同时加入步骤（1）得到的活化氮化硼纳米片，活化氮化硼纳米片与上浆剂的重量比为1︰50~1︰100；/nb、将碳纤维丝束浸置于上浆体系中，充分浸湿后得到经氮化硼纳米片包覆的碳纤维丝束，然后，再将碳纤维丝束经过挤压、定型、烧结用10℃每分钟的升温速率在400℃的氢气气氛下处理1~2h，得氮化硼/碳纤维骨架；/n（3）氮化硼/碳纤维骨架的处理/na、对氮化硼/碳纤维骨架进行活化处理，处理时以0.5mol/L碳酸氢铵作为电解质溶液.电流密度为0.15mA/cm...

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强聚氨酯筛网的生产工艺方法，其特征在于，按如下步骤进行：
（1）活化氮化硼纳米片的制备：
a、称取100份氮化硼粉末放入反应釜中，再称取25~30份浓硫酸与氮化硼粉末33~45份混合搅拌.将烧杯放入-5~0℃冰水浴中，称取0.5~1份高锰酸钾缓慢地加人到氮化硼和浓硫酸的混合体系中反应10~12h，反应过程中持续搅拌；随后，向反应体系中滴加10份质量分数28~30%的双氧水，将反应后所得悬浮液在2000~3000rpm条件下离心10min，去除大块未被剥离的氮化硼粉末.将上层液体用微孔抽滤，再用去离子水洗涤，直到滤液pH值成中性，通过高速剪切机进行高速剪切剥离，加入溶剂35~50份和分散剂，得到氮化硼纳米片分散液；
b、将上述氮化硼纳米片分散液静置8~24h，取上层稳定分散液，采用-51℃真空冷冻干燥制得剥离的氮化硼纳米片粉末；
c、将超声处理后的氮化硼纳米片粉末进行微波辐射处理，300~900W下微波辐射3~10min至溶剂挥发完毕，在微波作用下改性，得表面改性氮化硼纳米片粉末；
d、取上述表面改性氮化硼纳米片粉末与0.5~1.5份氢氧化钠混合，在氮气保护下于管式炉中400~600℃下进行活化0.5~4h，得到活化氮化硼纳米片；
（2）氮化硼/碳纤维骨架的制备：
a、将上述活化氮化硼纳米片分散于上浆剂中，所述上浆剂采用质量分数10~15%的水性PVA溶液加热到90~100℃下，搅拌分散均匀后，加入含有四硫代钼酸铵以0.3~0.4g/ml的浓度的二氧六环溶液，PVA溶液和二氧六环溶液混合到以3：5的体积比均匀分散，同时加入步骤（1）得到的活化氮化硼纳米片，活化氮化硼纳米片与上浆剂的重量比为1︰50~1︰100；
b、将碳纤维丝束浸置于上浆体系中，充分浸湿后得到经氮化硼纳米片包覆的碳纤维丝束，然后，再将碳纤维丝束经过挤压、定型、烧结用10℃每分钟的升温速率在400℃的氢气气氛下处理1~2h，得氮化硼/碳纤维骨架；
（3）氮化硼/碳纤维骨架的处理
a、对氮化硼/碳纤维骨架进行活化处理，处理时以0.5mol/L碳酸氢铵作为电解质溶液.电流密度为0.15mA/cm2.电解温度30℃，电解时间为90~120s对碳纤维进行连续化电化学氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭坤，
申请(专利权)人：马鞍山卓凡新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34