【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新型环保材料领域，尤其涉及一种升降系统框架用聚氨酯复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着人民生活水平的不断提高，家用电梯在别墅以及农村自建房中的需求量日益增加，家用电梯相较于常规的客用电梯的主要特色是家庭自用，其特点是载重量小（≤400kg），运行速度低（≤1.0m/s）。一般建筑物没有预留的电梯井道，需电梯配置专属的电梯框架用于强度支持及运行通道。
2、现行电梯井道框架以钢制框架或铝合金框架为主，但铝型材和钢材的生产能量消耗巨大，而且后续需要焊接表面防锈处理；可见，无论是生产、运输环节，还是安装保养环节都要耗费巨大的电力能源，与节能环保的理念背道而驰。
3、聚氨酯与玻璃纤维和/或碳纤维构成的复合材料属于新型环保材料，能够改变能源行业结构，响应双碳目标号召，其意义深远。
4、就此应用而言，聚氨酯新材料与铝合金框架相比，前者的优势明显，主要表现在以下诸多方面：1、密度低质量轻：聚氨酯复合材料的密度2g/cm3，相当于铝合金密度的2/3；实现相同功能的聚氨酯复合材料部件比铝合金材质的零部件重量轻15%~30%，为后续的运输、安装、后加工带来便利；2、优异的物理性能：聚氨酯-玻璃纤维和/或碳纤维复合材料具备优异的物理性能，经测试，产品的纵向拉伸强度和其弯曲强度可以达到1000mpa以上，而传统铝合金框架以6063-t5铝合金为例，其抗拉强度和屈服强度分别为160mpa、110mpa，可见聚氨酯-玻璃纤维和/或碳纤维在强度方面比铝合金高7倍以上，优势明显；3、抗腐蚀与抗老化：聚氨酯-
5、然而，实际应用中聚氨酯-碳纤维复合材料虽然取得了一些成效，但受制于碳纤维表面惰性环境，其在与基体材料复合时，常需要对碳纤维或玻璃纤维进行改性处理以改善复合材料界面结合性能。刘佳伟等人通过电化学氧化结合硅烷偶联剂对碳纤维表面进行处理，在修复碳纤维表面损伤的同时通过化学反应将碳纤维与聚氨酯桥接在一起，提高了碳纤维与聚氨酯界面结合性能（刘佳伟，叶豪，刘颖隆等.电化学氧化/硅烷偶联剂处理碳纤维表面增强聚氨酯基复合材料的性能研究[j].化工新型材料, 2024年第3期113-118,123），但目前关于改善玻璃纤维与聚氨酯之间的界面结合强度的研究较为却少见。
技术实现思路
1、为了增强碳纤维与聚氨酯基材料之间的界面结合性，提高所得复合材料的力学性能以及其抗腐蚀性和抗老化性，本专利技术提供了一种升降系统框架用聚氨酯-玻璃纤维复合材料及其制备方法。
2、一种升降系统框架用聚氨酯复合材料，按照重量份数计，包含以下组分：聚醚多元醇45-70份、异氰酸酯67.5-130份、催化剂2.2-10份、功能助剂20-27份、改性玻璃纤维20-38份和改性碳纤维35-55份；其中所述改性玻璃纤维是由玻璃纤维通过酸蚀刻以及5-羟色胺处理制备所得；所述改性碳纤维是由碳纤维经过电化学氧化以及2,3-环氧丙基单酯衣康酸（cas:7748-43-8）处理所得。
3、在本专利技术的一些实施方式中，所述改性玻璃纤维的制备过程包含以下步骤：
4、s1：将玻璃纤维在300-400℃条件下加热，去掉表面的有机杂质，待纤维冷却后，在酸溶液中浸泡30-60min，用水洗净，烘干；
5、s2：将s1所得玻璃纤维浸入含有5-羟色胺的有机溶液中，在路易斯碱的催化作用下加热回流反应3-6h，即得所述改性玻璃纤维。
6、进一步地，s1中所述酸溶液为质量分数10-15%稀盐酸、质量分数50-60%稀硫酸、质量分数8.0-10.5%稀磷酸。
7、进一步地，s2中所述玻璃纤维与5-羟色胺的质量比为100-120:13-28。
8、在本专利技术的一些实施方式中，所述改性碳纤维的制备过程包含以下步骤：
9、ss1：将碳纤维在惰性气体的保护下于600-650℃去除表面有机杂质，并在酮类溶剂中浸泡去除剩余可溶杂质，烘干备用；
10、ss2：在电化学装置中电解ss1处理后的碳纤维，经去离子超声并干燥，得到电化学氧化碳纤维；
11、ss3：将ss2所得电化学氧化碳纤维浸入含有2,3-环氧丙基单酯衣康酸的有机溶液中，在路易斯酸催化剂的作用下加热并恒温保持1-2h，即得所述改性碳纤维。
12、进一步地，ss2中所述电解条件为：以石墨棒为阴极，碳纤维为阳极，电解液为质量分数5-12%碳酸氢盐溶液，电解时间60-90s，电流密度为0.2-0.5a/m2。
13、进一步地，ss3中所述电化学氧化碳纤维与2,3-环氧丙基单酯衣康酸的质量比为73-95:12-20。
14、进一步地，ss3中所述季铵盐类催化剂为n-甲基吡啶季铵盐、n-丙基吡啶季铵盐、三乙基氧化铵中的至少一种；反应温度为80-100℃。
15、本专利技术还提供一种上述升降系统框架用聚氨酯复合材料的制备方法，包含以下步骤：将聚醚多元醇与功能助剂混合均匀，再与异氰酸酯混合置于40-60℃中预热3-5min，再高速搅拌2-3min，得到聚氨酯发泡液，将液体倒入含有改性玻璃纤维和改性碳纤维的模具中，于烘箱中固化1-2h，最后，将其在室温下冷却脱模，即得所述聚氨酯复合材料。
16、进一步地，所述异氰酸酯为多亚甲基苯基多异氰酸酯（mdi）；所述功能助剂为阻燃剂、泡沫稳定剂、抗氧剂、紫外光吸收剂、发泡剂中的至少一种。
17、本专利技术所用改性玻璃纤维的制备原理在于，先对玻璃纤维表面进行酸蚀刻处理，提高其表面粗糙度，形成的凹陷、微孔有助于通过所谓的“锁扣效应”提高纤维与聚氨酯树脂的界面粘结强度；另外酸蚀刻也能够在纤维表面产生羟基，形成大量硅羟基，再利用5-羟色胺的羟基与硅羟基发生脱水缩合反应，将携带有氨基的含氮五元环引入玻璃纤维表面，氨基和含氮五元环的存在，大大提高了改性玻璃纤维与聚氨酯之间的相容性和界面结合力。
18、而所述改性碳纤维的改性原理在于，利用电化学氧化处理，在碳纤维表面引入含氧官能团，改善碳纤维表面活性，然后利用2,3-环氧丙基单酯衣康酸中的环氧基反应活性，与碳纤维表面的含氧官能团（羟基）发生开环加成反应，在碳纤维表面引入酯基和环氧基。
19、在制备所述聚氨酯复合材料时，改性玻璃纤维表面的硅羟基会与改性碳纤维表面的环氧基发生开环加成，在体系中，改性玻璃纤维和改性碳纤维通过发生反应在聚氨酯周围形成含有高能化学键的交联网络，从而，所得聚氨酯复合材料的力学性能以及抗拉度大大提高。
20、由此，专利技术人认为，在制备所述改性玻璃纤维时，酸蚀刻后的玻璃纤维与5-羟色胺的质量比不宜超过100-120:13-28；以便保留一部分玻璃纤维表面的硅羟基。而制备所述改性碳纤维时，若2,3-环氧丙基单酯衣康酸引入数量过多，会影响改性碳纤维与聚氨酯之间的界面相容性，经过试验结果确定，所用2,3-环本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，按照重量份数计，包含以下组分：聚醚多元醇45-70份、异氰酸酯67.5-130份、催化剂2.2-10份、功能助剂20-27份、改性玻璃纤维20-38份和改性碳纤维35-55份；其中所述改性玻璃纤维是由玻璃纤维通过酸蚀刻以及5-羟色胺处理制备所得；所述改性碳纤维是由碳纤维经过电化学氧化以及2,3-环氧丙基单酯衣康酸处理所得。
2.根据权利要求1所述升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，所述改性玻璃纤维的制备过程包含以下步骤：
3.根据权利要求2所述升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，S1中所述酸溶液为质量分数10-15%稀盐酸、质量分数50-60%稀硫酸、质量分数8.0-10.5%稀磷酸。
4.根据权利要求2所述升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，S2中所述玻璃纤维与5-羟色胺的质量比为100-120:13-28。
5.根据权利要求1所述升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，所述改性碳纤维的制备过程包含以下步骤：
6.根据权利要求5所述升降系统框架用聚氨
7.根据权利要求5所述升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，SS3中所述电化学氧化碳纤维与2,3-环氧丙基单酯衣康酸的质量比为73-95:12-20。
8.根据权利要求5所述升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，SS3中所述路易斯酸催化剂为有机锡类化合物中的至少一种；反应温度为80-100℃。
9.权利要求1-8任意一项所述升降系统框架用聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：将聚醚多元醇与功能助剂混合均匀，再与异氰酸酯混合置于40-60℃中预热3-5min，再高速搅拌2-3min，得到聚氨酯发泡液，将液体倒入含有改性玻璃纤维和改性碳纤维的模具中，于烘箱中固化1-2h，最后，将其在室温下冷却脱模，即得所述聚氨酯复合材料。
10.根据权利要求9所述升降系统框架用聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯为多亚甲基苯基多异氰酸酯；所述功能助剂为阻燃剂、泡沫稳定剂、抗氧剂、紫外光吸收剂、发泡剂中的至少一种。
...【技术特征摘要】
1.一种升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，按照重量份数计，包含以下组分：聚醚多元醇45-70份、异氰酸酯67.5-130份、催化剂2.2-10份、功能助剂20-27份、改性玻璃纤维20-38份和改性碳纤维35-55份；其中所述改性玻璃纤维是由玻璃纤维通过酸蚀刻以及5-羟色胺处理制备所得；所述改性碳纤维是由碳纤维经过电化学氧化以及2,3-环氧丙基单酯衣康酸处理所得。
2.根据权利要求1所述升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，所述改性玻璃纤维的制备过程包含以下步骤：
3.根据权利要求2所述升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，s1中所述酸溶液为质量分数10-15%稀盐酸、质量分数50-60%稀硫酸、质量分数8.0-10.5%稀磷酸。
4.根据权利要求2所述升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，s2中所述玻璃纤维与5-羟色胺的质量比为100-120:13-28。
5.根据权利要求1所述升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，所述改性碳纤维的制备过程包含以下步骤：
6.根据权利要求5所述升降系统框架用聚氨酯复合材料，其特征在于，ss2中所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘仕国，刘强，于志鹏，
申请(专利权)人：上海淳信机电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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