本發(fā)明涉及玄武巖纖維領域，具體涉及一種水泥基材料增強專用玄武巖纖維及其制備方法。
背景技術：
：玄武巖纖維是一種新出現的新型無機環(huán)保綠色高性能纖維材料，是未來我國重點發(fā)展的四大高性能纖維之一，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過紡絲工藝制備而成的。玄武巖連續(xù)纖維不僅穩(wěn)定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優(yōu)異性能，而且，玄武巖纖維的生產工藝產生的廢棄物少，對環(huán)境污染小，產品廢棄后可直接轉入生態(tài)環(huán)境中，無任何危害，因而是一種名副其實的綠色、環(huán)保材料。玄武巖連續(xù)纖維已在纖維增強復合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業(yè)、高溫過濾織物以及防護領域等多個方面得到了廣泛的應用。水泥基材料是一種同時具有彈－粘－塑性的復合材料，它具有脆性大、韌性差等先天性缺陷，而在水泥基材料中加入纖維材料可以大幅度提高水泥基材料的抗壓、抗折、抗彎、抗剪、抗沖擊強度和韌性，并相應地使水泥基材料的抗裂、抗?jié)B等性能得到很大程度的提高；因而，可以預見，將無毒、無污染、來源廣泛、性能優(yōu)異、穩(wěn)定的玄武巖纖維用于水泥基材料的增強必將是今后提高水泥基材料性能的新趨勢。但由于現有玄武巖纖維自身結構和性能穩(wěn)定，纖維表面光滑、表面活性位點少，造成玄武巖纖維在復合材料中難以與基體材料化學鍵合和機械鉚合形成統一的、穩(wěn)定的整體，即玄武巖纖維在基體中是獨立存在，對基體材料的增強作用也相對減弱，增強效果不甚理想。因此，對玄武巖纖維表面進行改性以提高玄武巖纖維對水泥基材料的增強作用效果是可行的，有利于促進玄武巖纖維在水泥基材料增強領域中的推廣應用。技術實現要素：本發(fā)明的目的在于克服現有玄武巖纖維與水泥基材料相容性差的缺陷，提供一種水泥基材料增強專用玄武巖纖維及其制備方法；本發(fā)明玄武巖纖維是經過特殊浸潤劑在生產過程中的處理而得到的，該玄武巖纖維由于表面粗糙度大并接枝有大量活性基團，玄武巖纖維與水泥基材料之間的化學鍵合和機械鉚合能力強，該玄武巖纖維與水泥基材料的相容性好，能在水泥基材料中大量添加和應用。為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種水泥基材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，包括以下步驟：（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液進行拉絲，得到玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲用浸潤劑進行浸潤改性處理；（5）將步驟4得到的經過浸潤改性處理的原絲進行退解、并捻，得到水泥基材料增強專用玄武巖纖維。上述一種水泥基材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，步驟4中所述浸潤劑包括以下重量份組分：40-60份的成膜劑、5-15份的偶聯劑、1-5份潤滑劑、10-20份的改性劑、30-50份的水；所述浸潤劑能快速對玄武巖纖維表面腐蝕、活化，形成粗糙表面，并接枝多種活性基團，從而提高玄武巖纖維與水泥基材料之間的化學鍵合和機械鉚合能力，提高玄武巖纖維與水泥基材料的相容性；所述的機械鉚合是指基體材料通過收縮應力包緊粗糙表面的纖維而產生的摩擦結合。上述浸潤劑，其中所述的改性劑包括可溶性磷酸鹽︰強堿︰可溶性硅酸鹽按質量比2-4︰1-3︰3-6混合而成的混合物；優(yōu)選的，所述的改性劑包括可溶性磷酸鹽︰強堿︰可溶性硅酸鹽按質量比3︰2︰5混合而成的混合物。上述浸潤劑，其中所述的可溶性磷酸鹽為磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸銨中的一種或多種；其中所述的強堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣中的一種或多種；其中所述的可溶性硅酸鹽為硅酸鈉、硅酸鉀中的一種或兩種；其中所述的成膜劑為丙烯酸酯共聚乳液、聚乙烯醇中的一種或兩種；其中所述的偶聯劑為硅烷系偶聯劑；其中所述的潤滑劑為硬脂酸甲酯。一種水泥基材料增強專用玄武巖纖維材料的制備方法，本發(fā)明方法將生產過程中得到的中間產物玄武巖纖維原絲用特殊組份的浸潤劑進行處理，使纖維表面粗糙度增加并接枝大量活性基團，有助于水泥基材料在玄武巖纖維表面進行化學鍵合和機械鉚合，從而直接得到與水泥基材料相容性很好的玄武巖纖維；該玄武巖纖維能在水泥基材料中大量添加和應用。上述一種水泥基材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟1中所述的玄武巖礦石粉體粒徑為0.1-2mm，粒徑越小，加熱熔融時速度越快，耗能越低，但粉碎成本增加優(yōu)選的，所述玄武巖礦石粉體粒徑為0.5-1mm。上述一種水泥基材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟2中所述的熔融溫度為1100-1500℃，溫度過低，熔融速度慢，耗時長，耗能高，溫度過高，對設備要求高，設備成本增加；優(yōu)選的，所述熔融溫度為1250-1350℃。上述一種水泥基材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟3中所述的拉絲的速度為1500-3000m/min，拉絲速度過快，拉伸張力過大，會造成纖維斷裂；拉絲速度過慢，得到的玄武巖纖維直徑較大，不利于玄武巖纖維的應用。上述一種水泥基材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟3中所述的玄武巖纖維原絲直徑控制在1-20μm，原絲直徑過大，冷卻慢，造成纖維內外應力分布不僅，纖維缺陷大，不利于實際應用，原絲直徑過小，拉絲工藝操作困難，容易斷裂；優(yōu)選的，所述的玄武巖纖維原絲直徑控制在5-10μm。上述一種水泥基材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟4中所述的浸潤劑溫度控制在50-80℃，溫度越高，反應速度越快，處理效果越好，但溫度過高，表面處理程度控制困難，產品質量不穩(wěn)定；優(yōu)選的，所述的表面處理溫度控制在60-70℃。為了實現上述發(fā)明目的，進一步的，本發(fā)明提供了一種水泥基材料增強專用玄武巖纖維，所述水泥基材料增強專用玄武巖纖維是通過上述制備方法制備得到的；通過上述制備方法制備的得到的水泥基材料增強專用玄武巖纖維，表面粗糙度大并接枝有大量活性基團，玄武巖纖維與水泥基材料之間的化學鍵合和機械鉚合能力強，與水泥基材料的相容性好，能在水泥基材料中大量添加和應用。與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明水泥基材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，利用浸潤劑對玄武巖纖維原絲進行快速改性處理，使纖維表面粗糙度增加并接枝大量活性基團，有助于水泥基材料在玄武巖纖維表面進行化學鍵合和機械鉚合，提高了玄武巖纖維與水泥基材料的相容性。2、本發(fā)明水泥基材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，直接采用浸潤劑對纖維原絲進行改性處理，將纖維的生產和改性合二為一，簡化了生產步驟，節(jié)約了生產成本，縮短了生產周期。3、本發(fā)明水泥基材料增強專用玄武巖纖維，表面粗糙度大并接枝有大量活性基團，玄武巖纖維與水泥基材料之間的化學鍵合和機械鉚合能力強，與水泥基材料的相容性好，能在水泥基材料中大量添加和應用。具體實施方式下面結合試驗例及具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
發(fā)明內容所實現的技術均屬于本發(fā)明的范圍。實施例1（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為60℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有磷酸銨︰氫氧化鈉︰硅酸鈉按質量比3︰2︰5混合而成的改性劑、50重量份的丙烯酸酯共聚乳液、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到水泥基材料增強專用玄武巖纖維。實施例2（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為1.0mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1350℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2500m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為10μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為70℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：10重量份含有磷酸鉀︰氫氧化鉀︰硅酸鉀按質量比2︰1︰3混合而成的改性劑、60重量份的聚乙烯醇、40重量份的水、15重量份的硅烷偶聯劑和1重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到水泥基材料增強專用玄武巖纖維。實施例3（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.1mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1100℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在3000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為1μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為80℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：20重量份含有磷酸鈉︰氫氧化鈣︰硅酸鈉按質量比4︰3︰6混合而成的改性劑、40重量份的聚乙烯醇、50重量份的水、5重量份的硅烷偶聯劑和5重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到水泥基材料增強專用玄武巖纖維。實施例4（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為2mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1500℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在1500m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為20μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為50℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：10重量份含有磷酸鈉、磷酸鉀︰氫氧化鈉︰硅酸鈉、硅酸鉀按質量比3︰1︰6混合而成的改性劑、40重量份的丙烯酸酯共聚乳液、30重量份的水、5重量份的硅烷偶聯劑和5重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到水泥基材料增強專用玄武巖纖維。對比例1（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為60℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：50重量份的丙烯酸酯共聚乳液、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到玄武巖纖維。對比例2（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為60℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有磷酸銨︰氫氧化鈉︰硅酸鈉按質量比3︰4︰5混合而成的改性劑、50重量份的丙烯酸酯共聚乳液、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到玄武巖纖維。對比例3（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為60℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有磷酸銨︰氫氧化鈉︰硅酸鈉按質量比3︰2︰8混合而成的改性劑、50重量份的丙烯酸酯共聚乳液、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到玄武巖纖維。將上述實施例1-4和對比例1-3中所制備得到的玄武巖纖維進行性能測試和硅酸鹽水泥砂漿增強（玄武巖纖維用量為水泥砂漿體積的0.3%）實驗，記錄實驗結果，記錄數據如下：編號拉伸強度（MPa）斷裂伸長率（%）15天后水泥砂漿韌性增強百分數（%）15天后水泥砂漿抗壓強度增強百分數（%）15天后水泥砂漿抗沖擊強度增強百分數（%）實施例136602.736.814.89.3實施例236502.535.313.910.2實施例336602.635.615.211.0實施例436452.635.214.510.5對比例137402.615.58.36.2對比例231801.813.86.95.8對比例335902.417.77.85.6對上述實驗數據分析可知，實施例1-4中采用本發(fā)明技術方案得到的玄武巖纖維拉申強度和斷裂伸長率好，與硅酸鹽水泥相容性好，對硅酸鹽水泥砂漿增強效果顯著；而對比例1中使用的浸潤劑為常規(guī)浸潤劑，制備得到的玄武巖纖維表面光滑、活性基團少，與水泥基材料的化學鍵合和機械鉚合能力差，對砂漿的韌性和抗沖擊強度增強作用顯著減弱；對比例2中使用的浸潤劑不是本發(fā)明中所保護的浸潤劑配比用量，氫氧化鈉用量過大，浸潤劑對玄武巖纖維表面侵蝕過渡，對玄武巖纖維結構造成破壞，導致玄武巖纖維的拉伸強度和斷裂伸長率顯著降低，從而對砂漿的增強作用也顯著下降；對比例3中使用的浸潤劑不是本發(fā)明中所保護的改性劑組分配比用量，硅酸鈉用量過大，浸潤劑對玄武巖纖維表面活化作用減弱，玄武巖纖維表面接枝的活性基團少，與水泥基材料的化學鍵合作用差，對砂漿的韌性和抗沖擊強度增強作用顯著減弱。當前第1頁1 2 3