一种废旧碳纤维增强全长预应力树脂锚固剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种废旧碳纤维增强全长预应力树脂锚固剂及其制备方法，涉及加固支护材料领域，采用原位聚合方法，将废旧碳纤维添加到不饱和聚酯树脂体系制备了碳纤维/不饱和聚酯树脂杂化材料，实现碳纤维在聚合物中的良好分散。碳纤维/不饱和聚酯树脂杂化材料摩尔比例：废旧碳纤维、PET或邻苯二甲酸酐饱和二元酸、富马酸或顺酐、丙二醇、新戊二醇0.1：1：1.1

【技术实现步骤摘要】
一种废旧碳纤维增强全长预应力树脂锚固剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及加固支护材料领域，尤其涉及一种废旧碳纤维增强全长预应力锚固剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]树脂锚固剂是将树脂胶黏剂和固化剂按一定比例分别封装于一只设有隔离的双孔薄膜袋的卷形锚固剂，两种糊状物质互不接触，不会凝胶、固化。装入锚杆孔内的树脂卷一旦被旋转的杆体端部捅破，两种物质搅拌混合产生化学反应，很快凝胶、固化，使杆体与被锚固体煤、岩粘接在一起，将杆体锚固于孔内。树脂锚固剂具有“双高一快”的特点，即材料本体强度高、粘接强度高、固化快。树脂卷混合固化后本体强度可达60～100MPa；树脂卷固化后与混凝土或岩石的粘接强度可达7MPa，与螺纹钢筋的握裹强度可达16MPa；树脂卷混合后几十秒就会固化。
[0003]一般全锚树脂锚杆与围岩共同起两个作用，即刚性作用与抗剪作用。刚性作用主要是减少围岩变形。当杆体与围岩粘结成一个整体，特别是把联系较弱的层状岩石串联、粘结在一块时，由于树脂锚杆本身刚度很大，故能使被粘结在一起的围岩刚度也大大增加。刚性增大后，就能阻止来自深部围岩的变形与移动，减少了被锚杆加固部分围岩向巷道内变形。由于锚杆与围岩之间没有间隙，而锚固剂又具有高强度、高粘结力的特性，在沿杆体的每一段位置的垂直与水平方向上，杆体与锚固剂均具有较高的抗剪能力，因此也就提高了杆体周围受结构面切割的围岩抗剪能力，增强了围岩的整体性。全锚树脂锚杆对围岩产生的应力分布情况是十分复杂的，目前还难于用应力曲线来描述。对于预应力全锚树脂锚杆，除了起刚性作用与抗剪作用外，预应力对围岩也产生封闭型压应力，围岩受力情况显然比无应力全锚树脂锚杆复杂一些，它对改善围岩应力状态更为有利，进一步增加了被加固部分围岩整体性与稳定性。
[0004]随着煤矿开采深度和强度越来越大，地压、地温等复杂地质条件影响锚固性能，导致巷道的变形大，给煤矿的正常安全生产造成极大困扰。普通锚固剂剪切强度一般为15～40MPa，金属锚杆的剪切强度一般为200～500MPa，玻璃钢钢锚杆的剪切强度不小于75MPa，全长锚固的薄弱环节就是锚固材料的剪切强度低，急需优化全锚树脂锚固剂耐剪切性能，提高全长预应力树脂锚固剂剪切强度。
[0005]碳纤维是一种轻、强、刚、耐高温的新型材料，广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等行业，但随着碳纤维的大规模生产和应用，产生了大量碳纤维废料，如何处理这些废料成为当前的一大难题。碳纤维废料主要分为以下三类：一、生产加工废料，碳纤维的生产加工过程中会产生一定数量的碳纤维废料，如纤维束头、纤维短截等，其主要成分为聚丙烯脂和碳纤维。二、使用后的碳纤维制品：碳纤维制品在使用后损坏或无法再次利用，如航空器残骸、废旧汽车零部件等。三、废旧碳纤维制品：如碳纤维复合材料制品，如复合材料板材、碳纤维增强塑料等。碳纤维废料的处理办法包括：一、回收再利用，主要是对生产加工废料进行回收利用，如将纤维束头、纤维短截等废料进行再加工，制成各类碳纤维制品，如碳纤
维加强复合材料、碳纤维加强混凝土等。二、化学处理，主要是对废料进行化学还原、裂解处理，分离出其有价值的组成部分。三、热处理，主要是对废料进行高温焚烧处理，将碳纤维废料中的有机物质热分解，并退火处理得到高纯度的碳材料。在处理碳纤维废料时，要注意环保处理，尽量采取低耗能、低排放的处理方法，减少对环境的影响。同时，对于回收再利用的废料，要对其进行规范管理，尽量减少对环境的二次污染。总之，处理碳纤维废料是一项重要的环保任务，需要各行业共同努力，探索出更加经济、高效、环保的处理方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是为了提高全长预应力树脂锚固剂的剪切强度，解决深部矿井高地压下树脂锚杆失效问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]一种废旧碳纤维增强全长预应力树脂锚固剂及其制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、利用单轴细粉碎机和多轴剪切式粉碎机对碳纤维加工废料进行粉碎，出料尺寸小于10mm，并筛分出小于0.5mm部分。
[0010]S2、对粉碎后的碳纤维利用硅烷偶联剂KH
‑
570进行表面处理。
[0011]S3、按照一定比例称取预反应料向反应釜中依次加入小于0.5mm废旧碳纤维、PET或邻苯二甲酸酐等饱和二元酸、富马酸或顺酐等不饱和二元酸、丙二醇、新戊二醇等二元醇，并进行搅拌；
[0012]S4、按照15
‑
20℃/h的升温速率，使反应釜内部升温至100℃，之后进行充分搅拌，之后按照15℃/h，升温至160℃保温1h；
[0013]S5、保温完毕之后，按照5
‑
10℃/h的升温速率逐渐升温并维持在220
‑
230℃，之后每隔0.5h测一次酸值，直至达到78
‑
82mgKOH/g，保持温度不变，减压反应1
‑
2h；
[0014]S6、保持温度不变，每隔15min测依次酸值，当体系酸值降至43
‑
47mgKOH/g，停止减压反应，并降温至180℃加定量的阻聚剂和石蜡；
[0015]S7、降温至110℃，与定量的苯乙烯混合充分搅拌，制备成不饱和聚酯树脂杂化材料；
[0016]S8、将定量的促进剂、分散剂等助剂加入不饱和聚酯树脂杂化材料、常温下搅拌10
‑
15min，制备成树脂预混料。
[0017]S9、将树脂预混料、0.5
‑
10mm的废旧碳纤维和高强填料充分搅拌均匀后制成胶泥。
[0018]S10、制备好的胶泥与固化剂按一定比例分隔包装成卷形，即可得到树脂锚固剂。
[0019]优选地，所述S3中废旧碳纤维、PET或邻苯二甲酸酐饱和二元酸、富马酸或顺酐、丙二醇、新戊二醇按照0.1：1：1.1
‑
1.5：1.2
‑
1.3:1的摩尔比例添加。
[0020]优选地，所述S2中KH
‑
570占碳纤维的0.1％
‑
0.5％。
[0021]优选地，所述S3中碳纤维在树脂反应前占预反应料的0.2％
‑
1％。
[0022]优选地，所述S5中减压反应时真空度不低于0.075MPa。
[0023]优选地，所述S6中的阻聚剂为对苯二酚、叔丁基邻苯二酚、氢醌、萘醌、对苯醌和对羟基苯甲醚。
[0024]优选地，所述S8中的促进剂采用以下步骤制备：先将分散剂加热并搅拌，升温至40℃～150℃，然后加入功能助剂混合，保温搅拌30分钟至2h，变为可流动液体，其中主分散剂
和功能助剂按质量比100:0.1～10的比例配制。
[0025]优选地，所述S8中的主分散剂为聚丙烯酸钠盐、聚羧酸钠盐和芳烷基聚醚。
[0026]优选地，所述S9中树脂预混料、废旧短切纤维和高强填料按照100：2
‑
10：400...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧碳纤维增强全长预应力树脂锚固剂及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用单轴细粉碎机和多轴剪切式粉碎机对碳纤维加工废料进行粉碎，出料尺寸小于10mm，并筛分出小于0.5mm部分。S2、对粉碎后的碳纤维利用硅烷偶联剂KH
‑
570进行表面处理。S3、按照一定比例称取预反应料向反应釜中依次加入小于0.5mm废旧碳纤维、PET或邻苯二甲酸酐等饱和二元酸、富马酸或顺酐等不饱和二元酸、丙二醇、新戊二醇等二元醇，并进行搅拌；S4、按照15
‑
20℃/h的升温速率，使反应釜内部升温至100℃，之后进行充分搅拌，之后按照15℃/h，升温至160℃保温1h；S5、保温完毕之后，按照5
‑
10℃/h的升温速率逐渐升温并维持在220
‑
230℃，之后每隔0.5h测一次酸值，直至达到78
‑
82mgKOH/g，保持温度不变，减压反应1
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2h；S6、保持温度不变，每隔15min测依次酸值，当体系酸值降至43
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47mgKOH/g，停止减压反应，并降温至180℃加定量的阻聚剂和石蜡；S7、降温至110℃，与定量的苯乙烯混合充分搅拌，制备成不饱和聚酯树脂杂化材料；S8、将定量的促进剂、分散剂等助剂加入不饱和聚酯树脂杂化材料、常温下搅拌10
‑
15min，制备成树脂预混料。S9、将树脂预混料、0.5
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10mm的废旧碳纤维和高强填料充分搅拌均匀后制成胶泥。S10、制备好的胶泥与固化剂按一定比例分隔包装成卷形，即可得到树脂锚固剂。2.根据权利要求1所述的一种废旧碳纤维增强全长预应力树脂锚固剂及其制备方法，其特征在于：所述S2中KH
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570占碳纤维的0.1％
‑
0....

【专利技术属性】
技术研发人员：唐君，徐陈娇，徐璐，
申请(专利权)人：美亚高新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：