[发明专利]一种玻纤增强聚氨酯材料、支护梁及支护梁的制备工艺

说明书

本发明公开了一种玻纤增强聚氨酯材料、支护梁及支护梁的制备工艺，涉及工程支护结构的技术领域。玻纤增强聚氨酯材料由包括如下重量份的组分制成：玻纤纱及其织物70‑85份，多元醇和异氰酸酯混合聚氨酯树脂15‑25份，碳基纳米材料0.2‑3份，分散剂1‑3份；支护梁按照如下步骤制备：将多元醇和异氰酸酯混合聚氨酯树脂、碳基纳米材料与分散剂混合均匀；将双组分聚氨酯树脂混合料渗透玻纤纱及其织物，得到预制体；将预制体在90‑180℃下固化，得到玻纤增强聚氨酯材料；将玻纤增强聚氨酯材料切割成支护梁。本申请有助于增强玻纤增强聚氨酯材料的抗弯强度，从而有助于减少玻纤增强聚氨酯材料制成的工字梁局部开裂。

技术领域

本发明涉及工程支护结构的技术领域，尤其是涉及一种玻纤增强聚氨酯材料、支护梁及支护梁的制备工艺。

背景技术

在挖掘矿山隧道时，需要对隧道的顶部进行支护，一般采用矿用11号工字梁对隧道的顶部进行支护，矿用11号工字梁是金属钢材，矿用11号工字梁的实际使用长度是5米/根，矿用11号工字梁每米标准重量≥26公斤，每根5米长度的矿用11号工字梁的重量达到130公斤。由于矿用11号工字梁的重量较大，将矿用11号工字梁从地面向矿山隧道掘进施工现场运输时，施工人员的劳动强度较大，不利于提高施工效率和安全性。

为了减轻施工人员的劳动强度，国内一些施工单位希望采用一种“比强度和比模量比较高”、“轻质高强”的非金属材料来替代现有的金属矿用11号工字梁，以对隧道的顶部进行支护。相比于矿用11号工字梁，选择玻纤增强聚氨酯材料制成的工字梁对隧道进行支护，玻纤增强聚氨酯材料的质量较轻，抗弯强度满足实际使用需求，有助于降低施工人员的劳动强度。相关技术中，玻纤增强聚氨酯材料采用聚氨酯树脂和连续玻璃纤维及其织物“拉挤成型工艺”复合而成，高含量的连续玻璃纤维及其织物通过拉挤工艺儿获得了刚度比较高的非金属工字梁。

但是，当连续玻璃纤维的含量过高或过低时，都会造成玻纤增强聚氨酯材料制成品的抗弯强度下降，容易导致玻纤增强聚氨酯材料制成的工字梁局部开裂。

发明内容

为了减少玻纤增强聚氨酯材料制成的工字梁局部开裂，本申请提供一种玻纤增强聚氨酯材料、支护梁及支护梁的制备工艺。

第一方面，本申请提供一种玻纤增强聚氨酯材料，采用如下的技术方案：

一种玻纤增强聚氨酯材料，由包括如下重量份的组分制成：玻纤纱及其织物70-85份，多元醇和异氰酸酯混合聚氨酯树脂15-25份，碳基纳米材料0.2-3份，分散剂1-3份。

通过采用上述技术方案，将多元醇和异氰酸酯混合聚氨酯树脂与碳基纳米材料、分散剂混合得到的混合料，在一定的注射压力下渗透到玻纤纱及其织物上，再通过加热的成型模具型腔固化成型而制得所需的玻纤增强聚氨酯材料工字梁。玻纤纱及其织物增强聚氨酯材料的刚度，碳基纳米材料和聚氨酯相互渗透，碳基纳米材料与聚氨酯之间产生协同氢键作用和化学结合力，在协同氢键作用和化学结合力的共同作用下，有助于提高玻纤增强聚氨酯材料的抗弯强度，从而有助于减少玻纤增强聚氨酯材料制成的工字梁局部断裂。由于碳基纳米材料是粉末，需要在聚氨酯中均匀分散，本申请还加入分散剂，有助于碳基纳米材料在聚氨酯中分散的更均匀，有助于提高玻纤增强聚氨酯材料的抗弯强度。

优选的，所述碳基纳米材料包括单壁石墨烯碳纳米管。

通过采用上述技术方案，单壁石墨烯碳纳米管具有单层石墨烯卷曲而成的管状结构，相比于多壁碳纳米管和毫米级碳纤维，仅需要添加极少量的单壁石墨烯碳纳米管，即可改善或提高玻纤增强聚氨酯材料的抗弯强度，有助于降低生产成本。而且，相比于同体积的钢，单壁石墨烯碳纳米管的强度更高，重量更低，有助于降低玻纤增强聚氨酯材料的重量。

另外，单壁石墨烯碳纳米管还可以提高玻纤增强聚氨酯材料的导电性，使得玻纤增强聚氨酯材料具有一定的抗静电的能力。

优选的，所述单壁石墨烯碳纳米管的长径比为(1000-4000):1。