CN115124811B - 一种地铁隧道疏散平台用的复合板材 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，属于地铁隧道建设用复合材料技术领域，包括如下重量份原料：玻璃纤维无捻粗纱30‑42份、酚醛树脂4‑10份、固化剂0.3‑0.6份、偶联剂0.2‑0.5份、阻燃剂1.6‑2.4份、脱模剂0.3‑0.7份、工业甲醇0.8‑2份、氧化铁0.3‑0.8份、水0.4‑1份。本发明提供的地铁隧道疏散平台用的复合板材，以酚醛树脂为基体材料，偶联剂处理后的玻璃纤维无捻粗纱为增强材料，不开裂、掉块，绝缘且抗腐蚀性能强，抗弯强度高，不扭曲变形，整体稳定性极高，大大增加了安全保障系数；此外，还具有极高的韧性和阻燃防火性，能够满足地铁隧道疏散平台对于板材的高要求。

Description

一种地铁隧道疏散平台用的复合板材

技术领域

本发明属于地铁隧道建设用复合材料技术领域，具体地，涉及一种地铁隧道疏散平台用的复合板材。

背景技术

疏散平台是指在地铁区间隧道内设置的用于疏散乘客的专用通道。疏散平台作为重要的消防疏散设施，对材料的强度、耐火性要求较高。RPC材料具有高强度、高韧性和高耐久性等特点，适用于地铁疏散平台，解决了地铁疏散平台受力、耐久性和美观性等诸多难题。RPC材料主要由超细活性粉末、优质石英砂、水泥、矿物掺和料、高强度纤维等组成。然而这种混凝土疏散平台自身耐腐蚀性差，抗弯强度弱，在实际运营过程中，因受杂散电流的腐蚀、湿度浸泡、隧道口结冰冻胀等自然情况的影响，自身性能会逐步老化，强度逐渐降低，会出现开裂、掉块等风险，很大可能会发生轨行区脱落异物等重大行车安全隐患，且一旦发生区间火灾，乘客可能受到二次伤害，存在较大安全隐患。

近年来，复合材料(树脂基)疏散平台作为新材料凭借自身强度高、绝缘性好、抗酸碱腐蚀性强等性能优势，已成功在北京、上海、广州、南京、长春等10余家地铁得到广泛应用。复合材料疏散平台是以酚醛树脂为基体材料，玻璃纤维无捻粗纱为增强材料，采用拉挤工艺制成。主要由平台踏板、支架、扶手、步梯及其他部件等组成，经专用连接件组装后安装在地铁隧道内或高架线路上。

但是由于玻璃纤维纱为无机材料，其与酚醛树脂(高分子聚合物)基体的相容性差，难以均匀分散，从而影响复合板材的力学性能；且复合板材在柔韧性和阻燃性能方面难以满足地铁隧道疏散平台对于板材的高要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种地铁隧道疏散平台用的复合板材。

本发明提供的地铁隧道疏散平台用的复合板材，以酚醛树脂为基体材料，偶联剂处理后的玻璃纤维无捻粗纱为增强材料，不开裂、掉块，绝缘且抗腐蚀性能强，抗弯强度高，不扭曲变形，整体稳定性极高，大大增加了安全保障系数；此外，还具有极高的韧性和阻燃防火性，能够满足地铁隧道疏散平台对于板材的高要求。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，包括如下重量份原料：玻璃纤维无捻粗纱30-42份、酚醛树脂4-10份、固化剂0.3-0.6份、偶联剂0.2-0.5份、阻燃剂1.6-2.4份、脱模剂0.3-0.7份、工业甲醇0.8-2份、氧化铁0.3-0.8份、水0.4-1份。

进一步地，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH570中的一种或任意组合；先通过硅烷偶联剂KH570处理玻璃纤维无捻粗纱，不仅能够增大其表面粗糙度，而且能够在表面接枝有机分子链，从而改善玻璃纤维无捻粗纱与酚醛树脂基体的相容性，从而更好的发挥玻璃纤维无捻粗纱对复合板材力学性能增强效果。

进一步地，所述的脱模剂为环氧树脂脱模剂JD-909A，酚醛拉挤脱模剂TL-721-ZL、酚醛拉挤脱模剂213-4中的一种或任意组合。

进一步地，所述的固化剂为环氧树脂固化剂或酚醛树脂固化剂；优选酚醛树脂固化剂SGH01、酚醛树脂固化剂213-3、酚醛树脂固化剂PF7301中的一种或任意组合。

进一步地，酚醛树脂通过如下步骤制备：

A1、将苯酚和无水乙醇加入三口烧瓶中，加热溶解，待溶液变为澄清透明后，加入对苯二甲醛，搅拌4-5min，之后加入氢氧化钠，继续反应4h，获得树脂初产物；苯酚、无水乙醇、对苯二甲醛、氢氧化钠的用量比为56.4g:12g:32.16g:0.96g；

A2、按照体积比10:1往树脂初产物中加入改性液(聚乙烯醇缩丁醛和无水乙醇按质量比为1:1配置而成)，100r/min匀速搅拌30min，然后真空脱除体系中的溶剂及其他挥发分，得到酚醛树脂；

常规酚醛树脂合成中使用的苯酚和甲醛均是有害物质，本发明在酚醛树脂的合成过程中避免了该类原料的使用，换成无毒的对苯二甲醛，具备绿色环保的特点；此外，对苯二甲醛分子结构中的芳环结构，也有助于提升树脂的热稳定性和残炭量(更好发挥阻燃剂作用)；

另外，本发明通过将热塑性树脂(聚乙烯醇缩丁醛)与酚醛树脂通过溶液共混，聚乙烯醇缩丁醛可以均匀分散在酚醛树脂的脆性结构网络中，在一定程度上降低酚醛树脂的交联密度，并且，在酚醛树脂固化物受到外力冲击时，聚乙烯醇缩丁醛可以以撕裂或变形的形式吸收冲击能量，从而提高酚醛树脂的抗冲击韧性。

进一步地，阻燃剂通过如下步骤合成：

S1、将乙烯基三乳酸乙酯基硅烷、3-氯过氧苯甲酸和二氯甲烷加入三口烧瓶中，溶解4-5min后，于冰浴下搅拌反应3h，过滤，滤液用饱和碳酸钠溶液和去离子水分别洗涤3次，然后旋蒸除去溶剂，干燥，获得中间体；乙烯基三乳酸乙酯基硅烷、3-氯过氧苯甲酸和二氯甲烷的用量比为0.05mol:8.9g:300mL；

在3-氯过氧苯甲酸的氧化作用下，乙烯基三乳酸乙酯基硅烷分子上的C＝C双键氧化成环氧基，获得中间体，具体反应方程式如下所示：

S2、将中间体和DOPO加入配备有温度计、机械搅拌器和冷凝管的三口烧瓶中，在搅拌状态下加热升温，并控制温度为160℃反应6h，获得阻燃剂；中间体、DOPO的用量之比为4.2g:2.2g；

在加热条件下，中间体分子上的环氧基与DOPO分子上的P-H键发生化学反应，形成DOPO的衍生物，制得阻燃剂，该阻燃剂分子上除含有DOPO功能基团，还含有-OH和硅氧烷链；具体反应方程式如下所示：

阻燃剂中含有的DOPO功能基团为含磷阻燃剂，将阻燃剂作为复合板材原料后，在复合板材受热或者燃烧的过程中，阻燃剂会提前降解产生磷酸类化合物，进而促进聚合物基体脱水形成保护性炭层，保护内部基体免受外部火焰热量的辐射，阻止氧气和热量的渗透并抑制内部可燃性气体的逸出，从而抑制基体的降解与火蔓延；另外，DOPO结构容易形成含磷自由基化合物，阻断燃烧过程中的自由基反应，发挥气相阻燃作用，抑制火焰的进一步蔓延，从而有效提高复合板材的阻燃性能；

此外，阻燃剂分子中还含有-OH，能够与酚醛树脂分子链上的酚羟基发生氢键作用，提高阻燃剂与树脂基体的作用力，从而改善阻燃剂的迁移性，提高阻燃剂发挥的阻燃效果；

更进一步地，阻燃剂中含有的柔性硅氧烷链，能够***酚醛树脂分子链中，提高树脂分子链的移动性，从而提升酚醛树脂基体的韧性。

本发明的有益效果：

本发明通过酚醛树脂的新和成，不仅避免使用有毒原料，而且通过溶液共混的方式掺入热塑性树脂，有效提高酚醛树脂本身的韧性；

本发明通过阻燃剂的加入，能够赋予复合材料优异的阻燃防火性能，且阻燃剂分子上含有的柔性分子链还能发挥增韧效果，因此能够降低热塑性树脂的用量，从多方面对酚醛树脂基料实现增韧；

本发明提供的地铁隧道疏散平台用的复合板材，以酚醛树脂为基体材料，偶联剂处理后的玻璃纤维无捻粗纱为增强材料，不开裂、掉块，绝缘且抗腐蚀性能强，抗弯强度高，不扭曲变形，整体稳定性极高，大大增加了安全保障系数；此外，还具有极高的韧性和阻燃防火性，能够满足地铁隧道疏散平台对于板材的高要求。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

制备酚醛树脂：

A1、将56.4g苯酚和12g无水乙醇加入三口烧瓶中，加热溶解，待溶液变为澄清透明后，加入32.16g对苯二甲醛，搅拌4min，之后加入0.96g氢氧化钠，继续反应4h，获得树脂初产物；

A2、往树脂初产物中加入10mL改性液(聚乙烯醇缩丁醛和无水乙醇按质量比为1:1配置而成)，100r/min匀速搅拌30min，然后真空脱除体系中的溶剂及其他挥发分，得到酚醛树脂。

实施例2

制备酚醛树脂：

A1、将28.2g苯酚和6g无水乙醇加入三口烧瓶中，加热溶解，待溶液变为澄清透明后，加入16.08g对苯二甲醛，搅拌5min，之后加入0.48g氢氧化钠，继续反应4h，获得树脂初产物；

A2、往树脂初产物中加入5mL改性液(聚乙烯醇缩丁醛和无水乙醇按质量比为1:1配置而成)，100r/min匀速搅拌30min，然后真空脱除体系中的溶剂及其他挥发分，得到酚醛树脂。

实施例3

制备阻燃剂：

S1、将0.05mol乙烯基三乳酸乙酯基硅烷、8.9g的3-氯过氧苯甲酸和300mL二氯甲烷加入三口烧瓶中，溶解4min后，于冰浴下搅拌反应3h，过滤，滤液用饱和碳酸钠溶液和去离子水分别洗涤3次，然后旋蒸除去溶剂，干燥，获得中间体；

S2、将4.2g中间体和2.2g的DOPO加入配备有温度计、机械搅拌器和冷凝管的三口烧瓶中，在搅拌状态下加热升温，并控制温度为160℃反应6h，获得阻燃剂。

实施例4

制备阻燃剂：

S1、将0.1mol乙烯基三乳酸乙酯基硅烷、17.8g的3-氯过氧苯甲酸和600mL二氯甲烷加入三口烧瓶中，溶解5min后，于冰浴下搅拌反应3h，过滤，滤液用饱和碳酸钠溶液和去离子水分别洗涤3次，然后旋蒸除去溶剂，干燥，获得中间体；

S2、将8.4g中间体和4.4g的DOPO加入配备有温度计、机械搅拌器和冷凝管的三口烧瓶中，在搅拌状态下加热升温，并控制温度为160℃反应6h，获得阻燃剂。

实施例5

一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，包括如下原料：玻璃纤维无捻粗纱30g、实施例1制得的酚醛树脂4g、酚醛树脂固化剂SGH010.3g、硅烷偶联剂KH5600.2g、实施例3制得的阻燃剂1.6g、环氧树脂脱模剂JD-909A 0.3g、工业甲醇0.8g、氧化铁0.3g、水0.4g；

将上述各原料混合后，采用开炼机进行混炼(混炼温度170℃)，使物料进一步混合均匀，最后经过模压成型(模压温度160℃，模压压力12MPa，模压时间8min)及后固化处理(模压制件依次在120、140、160℃各处理2h)，制得复合板材。

实施例6

一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，包括如下原料：玻璃纤维无捻粗纱36g、实施例2制得的酚醛树脂7g、酚醛树脂固化剂213-30.45g、硅烷偶联剂KH5500.35g、实施例4制得的阻燃剂2.0g、酚醛拉挤脱模剂TL-721-ZL 0.5g、工业甲醇1.5g、氧化铁0.5g、水0.7g。

将上述各原料混合后，采用开炼机进行混炼(混炼温度170℃)，使物料进一步混合均匀，最后经过模压成型(模压温度160℃，模压压力12MPa，模压时间8min)及后固化处理(模压制件依次在120、140、160℃各处理2h)，制得复合板材。

实施例7

一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，包括如下原料：玻璃纤维无捻粗纱42g、实施例1制得的酚醛树脂10g、酚醛树脂固化剂PF73010.6g、硅烷偶联剂KH5700.5g、实施例3制得的阻燃剂2.4g、酚醛拉挤脱模剂213-40.7g、工业甲醇2g、氧化铁0.8g、水1g。

将上述各原料混合后，采用开炼机进行混炼(混炼温度170℃)，使物料进一步混合均匀，最后经过模压成型(模压温度160℃，模压压力12MPa，模压时间8min)及后固化处理(模压制件依次在120、140、160℃各处理2h)，制得复合板材。

对比例1

将实施例5中的酚醛树脂换为普通苯酚与甲醛聚合成的酚醛树脂，其余原料及制备过程不变。

对比例2

将实施例5中的阻燃剂换成DOPO，其余原料及制备过程不变。

对实施例5-7和对比例1-2获得的复合板材，进行如下性能测试：

1)耐久性根据GB50068测定；

2)防火性测定：根据GB 50016-2006《建筑设计防火规范》进行：

3)压缩强度按GB/T 1448-2005进行测试；冲击强度按GB/T 1451-2005进行；弯曲强度和弯曲强度保留率按GB/T 1449-2005进行；

测得的性能参数如下表所示：

由上表数据可知，本发明制得的复合板材具备较高的韧性和防火性能，能够满足地铁隧道平台对于复合板材的高要求；结合对比例1和对比例2的数据可知，本发明通过对酚醛树脂的新合成，能够有效提高酚醛树脂的韧性，通过阻燃剂的加入，也能够一定程度提高韧性；且二者之间具有相互促进的效果，共同提升韧性和阻燃性能。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，其特征在于，包括如下重量份原料：玻璃纤维无捻粗纱30-42份、酚醛树脂4-10份、固化剂0.3-0.6份、偶联剂0.2-0.5份、阻燃剂1.6-2.4份、脱模剂0.3-0.7份、工业甲醇0.8-2份、氧化铁0.3-0.8份、水0.4-1份；

其中，阻燃剂通过如下步骤合成：

S1、将乙烯基三乳酸乙酯基硅烷、3-氯过氧苯甲酸和二氯甲烷加入三口烧瓶中，溶解4-5min后，于冰浴下搅拌反应3h，过滤，滤液用饱和碳酸钠溶液和去离子水分别洗涤3次，然后旋蒸除去溶剂，干燥，获得中间体；

S2、将中间体和DOPO加入配备有温度计、机械搅拌器和冷凝管的三口烧瓶中，在搅拌状态下加热升温，并控制温度为160℃反应6h，获得阻燃剂。

2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，其特征在于，步骤S1中乙烯基三乳酸乙酯基硅烷、3-氯过氧苯甲酸和二氯甲烷的用量比为0.05mol:8.9g:300mL。

3.根据权利要求1所述的一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，其特征在于，步骤S2中中间体、DOPO的用量之比为4.2g:2.2g。

4.根据权利要求1所述的一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的一种或任意组合。

5.根据权利要求1所述的一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，其特征在于，酚醛树脂通过如下步骤制备：

A1、将苯酚和无水乙醇加入三口烧瓶中，加热溶解，待溶液变为澄清透明后，加入对苯二甲醛，搅拌4-5min，之后加入氢氧化钠，继续反应4h，获得树脂初产物；

A2、按照体积比10:1往树脂初产物中加入改性液，100r/min匀速搅拌30min，然后真空脱除体系中的溶剂及其他挥发分，得到酚醛树脂。

6.根据权利要求5所述的一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，其特征在于，步骤A1中苯酚、无水乙醇、对苯二甲醛、氢氧化钠的用量比为56.4g:12g:32.16g:0.96g。

7.根据权利要求5所述的一种地铁隧道疏散平台用的复合板材，其特征在于，步骤A2中改性液为聚乙烯醇缩丁醛和无水乙醇按质量比为1:1配置而成。