新型石墨烯复合材料安全鞋头的制作方法及其鞋头与流程

本发明涉及鞋头制品技术领域，更具体地说，是涉及一种新型石墨烯复合材料安全鞋头的制作方法及其鞋头。

背景技术

当今社会劳保己成为每个劳动者都切实关心的一个问题，由此，各方面的劳保设施也相应很多，一种用于保护劳动者的人身安全的安全鞋头就是其中之一。就是在鞋子的头部设有具有一定的机械强度的安全鞋头，以防止在行走或工作过程中踢到外物或被坠落的外物压伤、砸伤脚趾。

采用金属制作的安全鞋头安全性很高，也使用了很多年，但是重量较重，容易使穿着者行动吃力；而且容易受湿气或化学物品的影响而锈蚀，存在着安全隐患。加之近年恐怖主义盛行，各国机场，口岸及各种重要会议进出闸口，均提高安检并没有金属探测器，钢制鞋头会引发警报，造成使用者很多不便，各国对非金属安全鞋(non-metallicshoes)需求便应运而生，纤维补强塑料也开始应用于制作安全鞋头。然而现有的非金属安全鞋的材料配比及制作工艺的问题，无法制成质轻壁薄，强度大又稳定的安全鞋头。

为此，若能利用石墨烯材料的特性，制作出研究出一种具有良好的力学性能，耐水性好，耐腐蚀性高，强度大，重量轻，便于施工的安全鞋头及其制作工艺为当世之所需。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明提供了针对上述的不足，本发明目的之一在于，提供一种制作工艺简易，易于实现，能快速生产出具有良好的力学性能，耐水性好，耐腐蚀性高，强度大，重量轻，便于施工的安全鞋头的新型石墨烯复合材料安全鞋头的制作方法；

本发明目的之二在于，提供一种新型石墨烯复合材料安全鞋头，该鞋头制品具有良好的力学性能，耐水性，耐腐蚀性，强度高，重量轻，便于施工。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种新型石墨烯复合材料安全鞋头的制作方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)预备原料：原料的各组分及其质量百分比如下：

树脂糊65～75％，

玻璃纤维方格布25～35％；

其中，所述树脂糊的各组分及其质量百分比如下：

(2)制作毡片：先将树脂糊涂覆在玻璃纤维方格布上，然后在该玻璃纤维方格布的上表面和下表面上分别贴有隔离膜，并压实，形成毡片；

(3)熟化：将毡片依照次序叠放好后，再用pve油纸密封包好，然后推进温度设定为20～50度的恒温恒湿机箱内进行熟化，熟化时间为28～50小时；

(4)根据所需制得的鞋头的规格，预备相应数量的毡片，并对该毡片进行裁切整形，将毡片上的隔离膜除去，并依次叠加、贴合，然后放入鞋头模具中进行加温、加压，制得复合材料安全鞋头制品。

作为本发明的一种改进，所述步骤(1)具体包括以下步骤：

(1.1)预备热固性树脂、引发剂、石墨烯、碳纳米管、低收缩添加剂、内脱膜剂、增稠剂、颜料、固化剂和玻璃纤维方格布；

(1.2)称取出相应配比量的热固性树脂、引发剂、石墨烯、碳纳米管、低收缩添加剂、内脱膜剂、增稠剂、颜料和固化剂，然后在热固性树脂在加入所述的引发剂、石墨烯、碳纳米管、低收缩添加剂、内脱膜剂、增稠剂、颜料和固化剂，并混合搅拌均匀，制得树脂糊。

作为本发明的一种改进，所述步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)预备涂布机，将玻璃纤维方格布牵引至该涂布机上；

(2.2)预备隔离膜，将该隔离膜玻璃纤维方格布牵引至涂布机上；

(2.3)启动涂布机，将树脂糊涂覆在玻璃纤维方格布上，然后再将隔离膜贴合在该玻璃纤维方格布的上表面和下表面，并通过该涂布机的压辊滚，实现压实玻璃纤维方格布的目的。

作为本发明的一种改进，所述步骤(4)具体包括以下步骤：

(4.1)根据所需制得的鞋头的规格，预备相应数量的毡片，并对该毡片进行裁切整形；

(4.2)将毡片上的隔离膜除去，并依次叠加、贴合，形成板状复合料；

(4.3)预备鞋头模具，对该鞋头模具进行预热；

(4.4)在鞋头模具的型腔上涂上脱模剂；

(4.5)将板状复合料放入鞋头模具的型腔中；

(4.6)控制鞋头模具进行合模动作，在鞋头模具的凸模未接触到板状复合料时，需低压快速合模，其中合模压力设定为1.5～3mpa；待鞋头模具的凸模接触到板状复合料时，需高压慢速合模，其中合模压力设定为15～30mpa；

(4.7)等鞋头模具排气完毕后，完全合上鞋头模具；

(4.8)对鞋头模具进行加温、加压，待20～100秒后，板状复合料固化成型，形成复合材料安全鞋头；

(4.9)打开鞋头模具，将复合材料安全鞋头从型腔中顶出，获得复合材料安全鞋头制品。

作为本发明的一种改进，所述隔离膜为聚乙烯膜，所述热固性树脂为乙烯基甲苯聚脂树脂，所述引发剂为过氧化-2-乙基乙酸叔丁酯，所述低收缩添加剂为热塑性聚合物，所述内脱膜剂为硬脂酸锌，优选型号为ss-218，所述增稠剂为mgo，所述固化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(tbpb)，所述玻璃纤维方格布为无碱玻璃纤维布，颜料优选为型号为lr3602的色浆。

一种根据上述的新型石墨烯复合材料安全鞋头的制作方法制成的鞋头，该鞋头由多层涂覆有树脂糊的玻璃纤维方格布粘结、压合而成，所述树脂糊与玻璃纤维方格布的质量百分比为：

树脂糊65～75％，

玻璃纤维方格布25～35％；

其中，所述树脂糊的各组分及其质量百分比如下：

作为本发明的一种改进，所述热固性树脂为乙烯基甲苯聚脂树脂，所述引发剂为过氧化-2-乙基乙酸叔丁酯，所述低收缩添加剂为热塑性聚合物，所述内脱膜剂为硬脂酸锌，所述增稠剂为mgo，所述固化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。

作为本发明的一种改进，所述玻璃纤维方格布为无碱玻璃纤维布。

作为本发明的一种改进，所述玻璃纤维方格布的数量为8～14层。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的配方设计科学、合理，制作工艺简易，易于实现，合理利用石墨烯材料的特性，快速生产出综合性能好的新型石墨烯复合材料安全鞋头。该安全鞋头具有良好的力学性能，耐水性好，耐腐蚀性高，强度大，重量轻，便于施工同时还满足了工艺上的要求。具体的，本发明有以下优点：1、利用石墨烯材料的特性，质量轻、结构强度大，大大减轻鞋体和结构的自重；2、耐空气和酸性的老化；3、可设计性好，可根据鞋结构的要求进行材料铺层和结构优化设计；4、成型简单，比钢质，铝质鞋头省工，批量生产性能特别好，降低造价的潜力很大；5、具有良好的抗冲击韧性，吸收冲击载荷；6、具有良好的抗紫外线和盐物的侵蚀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的制作毡片的工艺流程图。

图2为本发明的制作安全鞋头的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：参见图1和图2，本实施例提供的一种新型石墨烯复合材料安全鞋头的制作方法，其包括以下步骤：

(1)预备原料：原料的各组分及其质量百分比如下：树脂糊65％，玻璃纤维方格布35％；其中，所述树脂糊的各组分及其质量百分比如下：热固性树脂63％，引发剂1％，石墨烯1.8％，碳纳米管0.2％，低收缩添加剂30％，内脱膜剂1％，增稠剂1％，颜料1％，固化剂1％；具体的，所述步骤(1)具体包括以下步骤：(1.1)预备热固性树脂、引发剂、石墨烯、碳纳米管、低收缩添加剂、内脱膜剂、增稠剂、颜料、固化剂和玻璃纤维方格布；(1.2)称取出相应配比量的热固性树脂、引发剂、石墨烯、碳纳米管、低收缩添加剂、内脱膜剂、增稠剂、颜料和固化剂，然后在热固性树脂在加入所述的引发剂、石墨烯、碳纳米管、低收缩添加剂、内脱膜剂、增稠剂、颜料和固化剂，并混合搅拌均匀，制得树脂糊。

(2)制作毡片：先将树脂糊涂覆在玻璃纤维方格布上，然后在该玻璃纤维方格布的上表面和下表面上分别贴有隔离膜，并压实，形成毡片；具体的，所述步骤(2)具体包括以下步骤：(2.1)预备涂布机，将玻璃纤维方格布牵引至该涂布机上；(2.2)预备隔离膜，将该隔离膜玻璃纤维方格布牵引至涂布机上；(2.3)启动涂布机，将树脂糊涂覆在玻璃纤维方格布上，然后再将隔离膜贴合在该玻璃纤维方格布的上表面和下表面，并通过该涂布机的压辊滚，实现压实玻璃纤维方格布的目的。

(3)熟化：将毡片依照次序叠放好后，再用pve油纸密封包好，然后推进温度设定为20～50度的恒温恒湿机箱内进行熟化，熟化时间为28～50小时；

(4)根据所需制得的鞋头的规格，预备相应数量的毡片，并对该毡片进行裁切整形，将毡片上的隔离膜除去，并依次叠加、贴合，然后放入鞋头模具中进行加温、加压，制得新型石墨烯复合材料安全鞋头制品。具体的：所述步骤(4)具体包括以下步骤：(4.1)根据所需制得的鞋头的规格，预备相应数量的毡片，并对该毡片进行裁切整形；(4.2)将毡片上的隔离膜除去，并依次叠加、贴合，形成板状复合料；相叠置毡片的数量应在8～14层以内；(4.3)预备鞋头模具，对该鞋头模具进行预热；(4.4)在鞋头模具的型腔上涂上脱模剂；(4.5)将板状复合料放入鞋头模具的型腔中；(4.6)控制鞋头模具进行合模动作，在鞋头模具的凸模未接触到板状复合料时，需低压快速合模，这样可以缩短周期和避免塑料发生变化，其中合模压力设定为1.5～3mpa；待鞋头模具的凸模接触到板状复合料时，需高压慢速合模，以免损坏嵌件，并使模内空气排出，其中合模压力设定为15～30mpa；(4.7)等鞋头模具排气完毕后，完全合上鞋头模具；为了排除模内空气，水气及挥发物，在模具闭合后，有的还需要将模具开启一段时间，这个过程称为排气，排气操作应力求迅速，一定要在物料尚未塑化时完成，否则物料硬化而失去可塑性，此时即使打开模具也排不了气，即使提高温度和压力也不可能得到理想的制品。排气可以缩短固化时间，而且能提高制品的力学性能与电性能。为了避免制品的分层现象，排气过早或过迟都不好，过早达不到排气的目地，过迟物料表面已固化，气体排不出来；(4.8)对鞋头模具进行加温、加压，待20～100秒后，板状复合料固化成型，形成新型石墨烯复合材料安全鞋头；物料从流动态变成坚硬的不熔，不溶状态的过程称为热固性树脂的固化。这里所讲的固化，实质上是讲固化速度，即变定速度，它是在模压标准成型时，物料在模具内变为不熔，不溶状态时的速度，通常都有s/cm(速度)表示，固化速度与物料的性质预压，预热，压制温度，时间和压力等因素有密切的关系。固化速度的快慢取决于树脂中低相分子质量组向高相分子质量产物转化的速度率，即固化速度与树脂的分子结构有关，如热固性乙烯脂树脂因相对分子质量较低，支链少固化剂容易与活泼基团反应，所以硬化速度快，相对分子质量高，黏度越大，不利于活泼基团(羟甲基)的缩合，因此固化速度慢。固化速度的快慢直接影响到生产效率，为了加速热固性物料的固化，有时在成型时加入一些固化剂，如热固化性过氧化苯甲酸叔丁脂也可加入六次甲基四胺，如镁的氯化物或氢氧化物便能加速酚醛模塑粉的硬化。树脂在模内固化的过程始终处于高温和高压之下，从开始升温，加压到固化至降温，降压所需要的时间称为保压时间，保压时间实质上就是保持温度和压力的时间，它与固化速度完全一致，保压时间过短，即过早地降温，降压，会导致树脂固化不完全，降低制品的力学性能和电性能以及耐热性能，同时制品在脱模后会继续收缩而出现翘曲现象。保压时间过长，不仅延长生产周期，而且使树脂交联过大，导致物料收缩过大，密度增加，树脂与填料之间还会产生内应力，严重时会使制品破裂，因此必须根据塑料性能制定适当的保压力时间，过长，过短均不适宜，通常在模压时将固化时间调节在待20～100秒不等。(4.9)打开鞋头模具，将新型石墨烯复合材料安全鞋头从型腔中顶出，获得新型石墨烯复合材料安全鞋头制品。脱模通常是靠顶(出)杆来完成的，带有成型杆或某些嵌件的制品应先用专门的工具将成型杆等拧脱，而后再进行脱模,也可加料时添加脱模剂。

在制作时，加料量的精确度会直接影响制品的尺寸与密底，应严格加以定量，将物料均匀地加到鞋头模具的型腔中，定量加料法有a:重量法b:计数法c:容量法。优选重量加料法。

为了进一步提高制品的质量，新型石墨烯复合材料安全鞋头制品脱模后，优选还要在较高温下进行处理，后处理温度的高低视塑料的种类而异，后处理的目的是：a：保证塑料制品固化完成；b：减少制品的水分及挥发物，以提高其电性能；c：消除制品的内应力等。后处理烘干时由于挥发性物质进一步排出，也会使制品收缩发生尺寸变化，有时甚至产生翘曲和裂缝，因此必须严格控制后处理条件。

在进行新一轮生产时，即获得新型石墨烯复合材料安全鞋头制品后，还要清理模具，由于模压时可能在模具里留有一些残存的物料及掉入飞边，所以每次模压后必须将模具清理干净，如果模具上附着物太牢可以用铜片清理，也可以抛光剂拭刷等，清单后涂上脱模剂以便进行下一次模压。

本实施例中，所述隔离膜优选为聚乙烯膜，所述热固性树脂优选为乙烯基甲苯聚脂树脂，所述引发剂优选为过氧化-2-乙基乙酸叔丁酯，所述低收缩添加剂优选为热塑性聚合物，所述内脱膜剂优选为硬脂酸锌，优选型号为ss-218，所述增稠剂优选为mgo，所述固化剂优选为过氧化苯甲酸叔丁酯(tbpb)，所述玻璃纤维方格布优选为无碱玻璃纤维布，颜料优选为型号为lr3602的色浆。

一种根据上述的新型石墨烯复合材料安全鞋头的制作方法制成的鞋头，该鞋头由多层涂覆有树脂糊的玻璃纤维方格布粘结、压合而成，所述玻璃纤维方格布的数量优选为8～14层，所述树脂糊与玻璃纤维方格布的质量百分比为：树脂糊65％，玻璃纤维方格布35％；其中所述树脂糊的各组分及其质量百分比如下：热固性树脂63％，引发剂1％，石墨烯1.8％，碳纳米管0.2％，低收缩添加剂30％，内脱膜剂1％，增稠剂1％，颜料1％，固化剂1％。

实施例2：其与实施例1的区别在于新型石墨烯复合材料安全鞋头中的组分以及其质量百分比不同。其的各组分及其质量百分比如下：树脂糊70％，玻璃纤维方格布30％；其中所述树脂糊的各组分及其质量百分比如下：热固性树脂70％，引发剂1.6％，石墨烯3.1％，碳纳米管0.4％，低收缩添加剂20％，内脱膜剂1.2％，增稠剂1.3％，颜料1.1％，固化剂1.3％。

实施例3：其与实施例1的区别在于新型石墨烯复合材料安全鞋头中的组分以及其质量百分比不同。其的各组分及其质量百分比如下：树脂糊75％，玻璃纤维方格布25％；其中所述树脂糊的各组分及其质量百分比如下：热固性树脂80％，引发剂0.3％，石墨烯3.3％，碳纳米管0.4％，低收缩添加剂10％，内脱膜剂1％，增稠剂1％，颜料2％，固化剂2％。

实施例4：其与实施例1的区别在于新型石墨烯复合材料安全鞋头中的组分以及其质量百分比不同。其的各组分及其质量百分比如下：树脂糊72％，玻璃纤维方格布28％；其中所述树脂糊的各组分及其质量百分比如下：热固性树脂75％，引发剂1.1％，石墨烯2.1％，碳纳米管0.3％，低收缩添加剂15％，内脱膜剂1.8％，增稠剂2％，颜料1.5％，固化剂1.2％。

实施例5：其与实施例1的区别在于新型石墨烯复合材料安全鞋头中的组分以及其质量百分比不同。其的各组分及其质量百分比如下：树脂糊67％，玻璃纤维方格布33％；其中所述树脂糊的各组分及其质量百分比如下：热固性树脂68％，引发剂0.8％，纳米蒙脱土3％，纳米碳酸钙0.3％，低收缩添加剂21.2％，内脱膜剂2％，增稠剂1.8％，颜料1.3％，固化剂1.6％。

上述实施例仅为本发明较好的实施方式，本发明不能一一列举出全部的实施方式，凡采用上述实施例之一的技术方案，或根据上述实施例所做的等同变化，均在本发明保护范围内。

在其它实施例中，还可以根据所需新型石墨烯复合材料安全鞋头的颜色和性能指标，往树脂糊中加入相应配比量的颜料和填料。

采用本发明提供的技术的制作出新型石墨烯复合材料安全鞋头有以下优点：

1、利用石墨烯材料的特性，质量轻、结构强度大，大大减轻鞋体和结构的自重；

2、耐空气和酸性的老化；

3、可设计性好，可根据鞋结构的要求进行材料铺层和结构优化设计；

4、成型简单，比钢质，铝质鞋头省工，批量生产性能特别好，降低造价的潜力很大；

5、具有良好的抗冲击韧性，吸收冲击载荷；

6、具有良好的抗紫外线和盐物的侵蚀。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。