一种用于运动鞋推进板的玄武岩纤维预浸布的制备方法及其应用与流程

本发明涉及功能材料，具体涉及的是一种用于运动鞋推进板的玄武岩纤维预浸布的制备方法及其应用。

背景技术：

1、目前，高性能运动鞋（如马拉松竞速跑鞋、篮球鞋等）中广泛使用推进板（也称支撑板、碳板）来提供推进力和抗扭转性能。现有推进板主要采用碳纤维预浸布经模压成型制得，具有高模量、高强度等优异力学性能。同时，改性环氧树脂作为纤维增强复合材料的基体树脂，已广泛应用于运动器材领域。

2、然而现有技术存在以下缺点：首先，成本过高，特别是碳纤维预浸布的原材料成本高，导致高端运动鞋的价格昂贵；其次，碳纤维生产过程的能耗大，碳排放高，且废弃后难以降解回收。因此，使用成本更低且更加环保的玄武岩纤维代替碳纤维材料成为行业新的发展趋势。

3、然而，玄武岩纤维表面光滑、化学惰性强，与常规的环氧树脂界面结合强度不足，影响运动鞋推进板的整体性能。现有市售改性环氧树脂主要针对碳纤维体系设计，与玄武岩纤维的表面特性和浸润要求匹配度不足。因此，需要研发专用于玄武岩纤维/环氧树脂体系的改性环氧树脂，替代现有碳纤维的适配方案，改善玄武岩纤维与环氧树脂的相容性，进而提供推进板的整体性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于运动鞋推进板的玄武岩纤维预浸布的制备方法及其应用，环氧树脂通过偶联剂接枝改性和纳米增韧，与玄武岩纤维（13~22μm）之间形成良好化学键合和机械锁合，得到玄武岩纤维预浸布的界面结合力强、树脂适配性好，将该玄武岩纤维预浸布用于制作运动鞋推进板，能够提升运动鞋推进板的整体性能。

2、为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

3、一种用于运动鞋推进板的玄武岩纤维预浸布的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1、玄武岩纤维的表面处理：

5、先将单丝直径为13~22μm的玄武岩纤维织物进行热处理；或将所述玄武岩纤维织物浸渍于0.5

wt%~2

wt%的偶联剂溶液中，浸渍1~ 5 min，取出后于80~120℃下烘干，从而改善玄武岩纤维的表面理化特征，提升与环氧树脂的浸润性；

6、步骤2：树脂胶液配制：

7、然后将100份环氧树脂加热至60~80℃，加入增韧改性剂，以2000~3000rpm的转速搅拌分散；再加入偶联剂继续搅拌15~30min；降温至40~50℃后加入固化剂和促进剂，真空脱泡15~30min，得到粘度为2000~5000 mpa·s/25℃的树脂胶液；

8、所述增韧改性剂的加入量占所述树脂胶液总质量的8%~12%，所述偶联剂的加入量占所述树脂胶液总质量的3%~5%，所述固化剂的加入量占所述树脂胶液总质量的25%~35%，所述促进剂的加入量占所述树脂胶液总质量的0.8%~2.0%，余量为环氧树脂；

9、步骤3：预浸渍：

10、然后将步骤2得到的树脂胶液倒入含浸槽，加热至30~50℃，再将表面处理后的玄武岩纤维织物以连续放卷方式送入含浸槽，浸渍1~5min；

11、步骤4：胶量控制与压合：

12、然后将浸渍后的玄武岩纤维织物通过胶辊挤压，控制树脂含量为玄武岩纤维织物总质量的 30

wt%~45

wt%，再经压辊将玄武岩纤维织物压实；

13、步骤5：烘干与半固化：

14、然后将步骤4得到的玄武岩纤维织物送入烘道，升温至80~150℃分段烘干，使环氧树脂变为半固体状态，挥发分≤1.5%，得到预浸布半成品；

15、步骤6：覆膜与收卷：

16、最后在预浸布半成品的表面贴合离型纸或离型膜，冷却收卷，制得所述玄武岩纤维预浸布；

17、步骤1中，所述偶联剂溶液为浓度为0.5

wt% ~ 2.0

wt%的硅烷偶联剂溶液或者钛酸酯偶联剂溶液，所述偶联剂溶液的溶剂为水与乙醇的混合溶剂，所述硅烷偶联剂溶液的硅烷偶联剂为kh-550或者kh-560；

18、步骤2中，所述环氧树脂为双酚a型或者双酚f型环氧树脂，所述偶联剂为硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂，实现环氧树脂与玄武岩纤维之间的接枝改性，其中所述硅烷偶联剂为kh-550或者kh-560，所述增韧改性剂为纳米sio2或液体丁腈橡胶，实现环氧树脂的增韧改性，所述固化剂为酸酐类固化剂或者胺类固化剂，所述促进剂为dmp-30或者2-乙基-4-甲基咪唑，起到促进固化反应的作用。

19、步骤1中，所述热处理为等离子体加热聚合处理，具体过程为：将玄武岩纤维织物放入等离子体处理腔室内，确保玄武岩纤维织物平整展开，以保证热处理的均匀性；启动真空泵，抽至等离子体处理腔室的压强至3~5 pa，然后通入工作气体（空气、氧气或氩气）并调节至设定气压（15~30 pa）；开启射频电源，设定功率为125~300 w，处理时间为2.5~10 min，对玄武岩纤维织物进行等离子体轰击处理，取出处理后的玄武岩纤维织物，直接进入下一步树脂浸渍工序，建议在热处理完成后24小时内使用，避免织物表面的活性衰退。

20、步骤2中，所述酸酐类固化剂为甲基四氢苯酐，所述胺类固化剂为ddm（4,4'-二氨基二苯基甲烷）或者dds（4,4'-二氨基二苯砜）。

21、步骤4中，树脂含量为玄武岩纤维织物总质量的33

wt%~38

wt%。

22、步骤5中，所述烘道的温度依次为80℃、100℃和120℃。

23、一种用于运动鞋推进板的玄武岩纤维预浸布的应用，是将所述玄武岩纤维预浸布用于运动鞋推进板的制备，所述运动鞋推进板为纯玄武岩纤维预浸布铺叠得到的纯运动鞋推进板，或者为所述玄武岩纤维预浸布和碳纤维预浸布混合铺叠得到的混合运动鞋推进板。

24、所述运动鞋推进板的制备过程是将2~8层所述玄武岩纤维预浸布按预设的角度铺叠，再置于推进板模具中，在温度为130~180℃、压力为1~3mpa的条件下热压固化 20~60min，脱模修边后即得所述纯运动鞋推进板。

25、所述运动鞋推进板的制备过程是将所述玄武岩纤维预浸布和碳纤维预浸布按预设的角度铺叠，组合成4~8层的玄武岩/碳纤维混合铺层，再置于推进板模具中，在温度为130~180℃、压力为1~3mpa的条件下热压固化 20~60min，脱模修边后即得所述混合运动鞋推进板。

26、所述玄武岩/碳纤维混合铺层形成上层和下层为碳纤维预浸布，中间层为玄武岩纤维预浸布的夹芯结构。

27、所述玄武岩/碳纤维混合铺层形成碳纤维预浸布与玄武岩纤维预浸布交替铺叠的交替结构。

28、采用上述技术方案后，本发明一种用于运动鞋推进板的玄武岩纤维预浸布的制备方法及其应用，具有以下有益效果：

29、1、力学性能可调，满足不同需求：该玄武岩纤维预浸布的制备采用连续化预浸工艺，同时精确控制树脂的含量，保证玄武岩纤维预浸布的厚度和树脂分布的均匀性，将该玄武岩纤维预浸布应用于运动鞋推进板，具有优异的力学性能：前掌的断裂最大力值大于40kgf，最大断裂位移小于10 mm；中腰的初始断裂力值大于48 kgf，断裂最大力值大于55kgf，最大断裂位移小于10 mm，性能能够覆盖从训练鞋到竞速鞋的全产品线需求。

30、2、成本优势显著：玄武岩纤维成本仅为碳纤维的20%~30%，尤其采用运动鞋推进板的混合铺叠方案可在性能损失极小（≤5%）的前提下，实现成本降低30%~50%；

31、3、环保性能优良：玄武岩纤维为天然矿物纤维，生产过程能耗低、无有毒排放，废弃后可自然降解；

32、4、界面结合力强、树脂适配性好：本发明中的改性环氧树脂通过偶联剂接枝改性和纳米增韧，能够与玄武岩纤维形成良好的化学键合和机械锁合，层间剪切强度可达到65mpa以上。