本發(fā)明涉及玄武巖纖維材料領(lǐng)域，具體涉及一種聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
：玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的新型無機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，是未來我國重點(diǎn)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，玄武巖在我國分布較廣，價(jià)格便宜，而玄武巖纖維的制造成本低，相對化學(xué)纖維、玻璃纖維、碳纖維等有較為明顯的綜合優(yōu)勢，在耐高低溫、力學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性等方而均具有較大優(yōu)勢，替代潛力大，是高科技含量和高附加值的新產(chǎn)品。玄武巖連續(xù)纖維已在纖維增強(qiáng)復(fù)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(hù)領(lǐng)域等多個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。聚碳酸酯是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，聚碳酸酯具有較好的綜合性能，聚碳酸酯無色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃性好，成型尺寸穩(wěn)定性好，在使用溫度內(nèi)具有良好的機(jī)械性能；但由于碳酸酯基具有較強(qiáng)的活性，導(dǎo)致聚碳酸酯存在耐高溫性能差，耐磨性差的缺陷，因此，在某些特殊環(huán)境下，聚碳酸酯需要進(jìn)行耐高溫、耐磨等增強(qiáng)改性處理后才能進(jìn)行應(yīng)用?，F(xiàn)今對聚碳酸酯的纖維增強(qiáng)改性主要采用玻璃纖維材料和碳纖維材料進(jìn)行改性處理，改性效果顯著，但玻璃纖維和碳纖維生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染大，嚴(yán)重限制了改性聚碳酸酯的應(yīng)用，開發(fā)一種成本低廉、綠色環(huán)保、性能優(yōu)異的新型纖維材料替代玻璃纖維和碳纖維對聚碳酸酯進(jìn)行改性處理的問題急需得到解決。因而，可以預(yù)見，將無毒、無污染、來源廣泛、性能優(yōu)異、穩(wěn)定好的玄武巖纖維用于聚碳酸酯的增強(qiáng)必將是今后提高聚碳酸酯性能的新趨勢。但由于現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的玄武巖纖維自身結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，纖維表面光滑、表面活性位點(diǎn)少，造成玄武巖纖維在改性過程中難以與聚碳酸酯化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合形成統(tǒng)一的、穩(wěn)定的整體，即玄武巖纖維與聚碳酸酯相容性差，對聚碳酸酯的改性增強(qiáng)作用減弱，增強(qiáng)效果不甚理想，且玄武巖纖維的添加量少。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有玄武巖纖維與聚碳酸酯相容性差的缺陷，提供一種聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維及其制備方法；本發(fā)明玄武巖纖維是將玄武巖與磷酸鋇共混熔融拉絲后經(jīng)浸潤改性處理得到的，該玄武巖纖維由于表面嵌有大量更容易與有機(jī)基團(tuán)鍵接的磷酸鋇，使玄武巖纖維與有機(jī)材料之間的化學(xué)鍵合能力更強(qiáng)，該玄武巖纖維與聚碳酸酯的相容性好，能在聚碳酸酯中大量添加和應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種聚碳酸酯增強(qiáng)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(jìn)行粉碎處理，得到玄武巖礦石粉體；（2）在步驟1得到的玄武巖礦石粉體中添加磷酸鋇粉體材料，混合后得混合粉體材料；（3）將步驟2得到混合粉體材料加熱，熔融，形成紡絲熔液；（4）將步驟3得到的紡絲熔液進(jìn)行拉絲，并用浸潤劑進(jìn)行浸潤改性處理得玄武巖纖維原絲；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤改性處理的玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維。其中，所述的磷酸鋇中含有磷酸根，磷酸根與有機(jī)基團(tuán)的鍵接能力強(qiáng)，能降低玄武巖纖維與有機(jī)材料的極性，增加與有機(jī)材料的相容性。其中，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、3-5份的偶聯(lián)劑、1-5份潤滑劑、30-50份的溶劑、2-5份的無機(jī)酸；所述浸潤劑能將玄武巖纖維表面在偶聯(lián)劑的作用下與成膜劑鍵接的同時(shí)，能使成膜劑直接與玄武巖纖維中的磷酸鋇鍵接，形成與玄武巖纖維雙化學(xué)鍵合的有機(jī)物膜層，從而使玄武巖纖維與有機(jī)材料不易發(fā)生相分離，且該有機(jī)物膜層與聚碳酸酯材料相容性極好。其中，所述的無機(jī)酸為鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸中的一種或多種；其中所述的成膜劑為聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液；其中所述的偶聯(lián)劑為硅烷系偶聯(lián)劑；其中所述的潤滑劑為硬脂酸甲酯和硬脂酸鋅中的一種。其中，所述的溶劑為甘油的水溶液；所述溶劑中甘油與水的體積比為1-3︰1；優(yōu)選的，甘油的水溶液中甘油與水的體積比為2︰1。一種聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維材料的制備方法，本發(fā)明方法先在玄武巖中添加更容易與有機(jī)基團(tuán)鍵接的磷酸鋇，再通過浸潤劑處理使成膜劑在偶聯(lián)劑的作用下與磷酸鋇化學(xué)鍵接，從而得到與聚碳酸酯相容性很好的玄武巖纖維；該玄武巖纖維能在聚碳酸酯中大量添加和應(yīng)用，不易發(fā)生相分離。上述一種聚碳酸酯增強(qiáng)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(shí)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。上述一種聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟2中所述的磷酸鋇粉體材料添加量為玄武巖重量的0.1-2%；用量過大，對玄武巖纖維的性能影響大，用量過少，對玄武巖纖維的改性效果差；優(yōu)選的，所述磷酸鋇粉體材料添加量為玄武巖重量的0.3-0.8%。上述一種聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟2中所述的磷酸鋇粉體材料的粒徑為1-20nm；磷酸鋇粉體粒徑越小，在玄武巖纖維表面分散越密集，能與成膜劑鍵合的點(diǎn)位越多，鍵合能力越強(qiáng)；優(yōu)選的，所述的磷酸鋇粉體材料的粒徑為3-10nm。上述一種聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟3中所述的熔融溫度為1100-1500℃，溫度過低，熔融速度慢，耗時(shí)長，耗能高，溫度過高，對設(shè)備要求高，設(shè)備成本增加；優(yōu)選的，所述熔融溫度為1250-1350℃。上述一種聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟4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(yīng)用。上述一種聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟4中所述的玄武巖纖維原絲直徑控制在3-20μm，原絲直徑過大，冷卻慢，造成纖維內(nèi)外應(yīng)力分布不僅，纖維缺陷大，不利于實(shí)際應(yīng)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。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維，所述聚碳酸酯增強(qiáng)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聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維，與成膜劑之間的鍵合能力強(qiáng)，不易發(fā)生相分離，同時(shí)，與聚碳酸酯的相容性好，能在聚碳酸酯中大量添加和應(yīng)用，對聚碳酸酯材料的增強(qiáng)作用顯著。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維的制備方法，先在玄武巖中添加更容易與有機(jī)基團(tuán)鍵接的磷酸鋇，再通過浸潤劑處理使成膜劑在偶聯(lián)劑的作用下與磷酸鋇化學(xué)鍵接，從而得到與聚碳酸酯相容性很好的玄武巖纖維。2、本發(fā)明聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維的制備方法，直接在玄武巖纖維生產(chǎn)過程中進(jìn)行改性處理，將纖維的生產(chǎn)和改性合二為一，簡化了生產(chǎn)步驟，節(jié)約了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期。3、本發(fā)明聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維，與成膜劑之間的鍵合能力強(qiáng)，不易發(fā)生相分離，同時(shí)，與聚碳酸酯的相容性好，能在聚碳酸酯中大量添加和應(yīng)用，對聚碳酸酯材料的增強(qiáng)作用顯著。具體實(shí)施方式下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1（1）將玄武巖礦石粉碎成粒徑為0.5mm的粉體，得到玄武巖礦石粉體；（2）在步驟1得到的玄武巖礦石粉體中添加0.3%的粒徑為10nm的磷酸鋇粉體材料，混合均勻后得混合粉體材料；（3）將步驟2得到混合粉體材料加熱到1250℃，完全熔融后，形成紡絲熔液；（4）將步驟3得到的紡絲熔液以3000m/min的速度進(jìn)行拉絲，并用浸潤劑進(jìn)行浸潤改性處理得直徑為10μm的玄武巖纖維原絲；所述浸潤劑包括60份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、5份的硅烷偶聯(lián)劑、5份硬脂酸甲酯、30份的甘油與水的體積比為2︰1的混合溶液、2份的鹽酸；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤改性處理的玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維。實(shí)施例2（1）將玄武巖礦石粉碎成粒徑為1mm的粉體，得到玄武巖礦石粉體；（2）在步驟1得到的玄武巖礦石粉體中添加0.8%的粒徑為3nm的磷酸鋇粉體材料，混合均勻后得混合粉體材料；（3）將步驟2得到混合粉體材料加熱到1350℃，完全熔融后，形成紡絲熔液；（4）將步驟3得到的紡絲熔液以3000m/min的速度進(jìn)行拉絲，并用浸潤劑進(jìn)行浸潤改性處理得直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；所述浸潤劑包括60份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、3份的硅烷偶聯(lián)劑、1份硬脂酸鋅、50份的甘油與水的體積比為1︰1的混合溶液、5份的硫酸；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤改性處理的玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維。實(shí)施例3（1）將玄武巖礦石粉碎成粒徑為0.1mm的粉體，得到玄武巖礦石粉體；（2）在步驟1得到的玄武巖礦石粉體中添加0.1%的粒徑為1nm的磷酸鋇粉體材料，混合均勻后得混合粉體材料；（3）將步驟2得到混合粉體材料加熱到1100℃，完全熔融后，形成紡絲熔液；（4）將步驟3得到的紡絲熔液以1500m/min的速度進(jìn)行拉絲，并用浸潤劑進(jìn)行浸潤改性處理得直徑為10μm的玄武巖纖維原絲；所述浸潤劑包括60份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、4份的硅烷偶聯(lián)劑、3份硬脂酸甲酯、40份的甘油與水的體積比為3︰1的混合溶液、3份的磷酸；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤改性處理的玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維。實(shí)施例4（1）將玄武巖礦石粉碎成粒徑為2mm的粉體，得到玄武巖礦石粉體；（2）在步驟1得到的玄武巖礦石粉體中添加2%的粒徑為20nm的磷酸鋇粉體材料，混合均勻后得混合粉體材料；（3）將步驟2得到混合粉體材料加熱到1500℃，完全熔融后，形成紡絲熔液；（4）將步驟3得到的紡絲熔液以3000m/min的速度進(jìn)行拉絲，并用浸潤劑進(jìn)行浸潤改性處理得直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；所述浸潤劑包括50份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、3份的硅烷偶聯(lián)劑、4份硬脂酸鋅、30份的甘油與水的體積比為2︰1的混合溶液、2份的硝酸；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤改性處理的玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到聚碳酸酯增強(qiáng)專用玄武巖纖維。對比例1（1）將玄武巖礦石粉碎成粒徑為0.5mm的粉體，得到玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到玄武巖粉體材料加熱到1250℃，完全熔融后，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液以3000m/min的速度進(jìn)行拉絲，并用浸潤劑進(jìn)行浸潤改性處理得直徑為10μm的玄武巖纖維原絲；所述浸潤劑包括60份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、5份的硅烷偶聯(lián)劑、5份硬脂酸甲酯、30份的甘油與水的體積比為2︰1的混合溶液、2份的鹽酸；（4）將步驟3得到的經(jīng)過浸潤改性處理的玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到玄武巖纖維。對比例2（1）將玄武巖礦石粉碎成粒徑為0.5mm的粉體，得到玄武巖礦石粉體；（2）在步驟1得到的玄武巖礦石粉體中添加3%的粒徑為10nm的磷酸鋇粉體材料，混合均勻后得混合粉體材料；（3）將步驟2得到混合粉體材料加熱到1250℃，完全熔融后，形成紡絲熔液；（4）將步驟3得到的紡絲熔液以3000m/min的速度進(jìn)行拉絲，并用浸潤劑進(jìn)行浸潤改性處理得直徑為10μm的玄武巖纖維原絲；所述浸潤劑包括60份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、5份的硅烷偶聯(lián)劑、5份硬脂酸甲酯、30份的甘油與水的體積比為2︰1的混合溶液、2份的鹽酸；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤改性處理的玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到玄武巖纖維。對比例3（1）將玄武巖礦石粉碎成粒徑為0.5mm的粉體，得到玄武巖礦石粉體；（2）在步驟1得到的玄武巖礦石粉體中添加0.3%的粒徑為10nm的磷酸鋇粉體材料，混合均勻后得混合粉體材料；（3）將步驟2得到混合粉體材料加熱到1250℃，完全熔融后，形成紡絲熔液；（4）將步驟3得到的紡絲熔液以3000m/min的速度進(jìn)行拉絲，并用浸潤劑進(jìn)行浸潤改性處理得直徑為10μm的玄武巖纖維原絲；所述浸潤劑包括60份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、5份的硅烷偶聯(lián)劑、5份硬脂酸甲酯、30份的甘油與水的體積比為2︰1的混合溶液；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤改性處理的玄武巖纖維原絲進(jìn)行退解、并捻，得到玄武巖纖維。將上述實(shí)施例1-4和對比例1-3中制備得到的玄武巖纖維進(jìn)行性能測試，同時(shí)進(jìn)行聚碳酸酯塑料（拉伸強(qiáng)度65MPa，沖擊強(qiáng)度60kJ/m2，斷裂伸長率80%）增強(qiáng)（玄武巖纖維用量為聚碳酸酯質(zhì)量的10%）實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)如下：編號玄武巖纖維拉伸強(qiáng)度（MPa）玄武巖纖維斷裂伸長率（%）改性后聚碳酸酯塑料沖擊強(qiáng)度（kJ/m2）改性后聚碳酸酯塑料拉伸強(qiáng)度（MPa）改性后聚碳酸酯塑料斷裂伸長率（%）實(shí)施例137502.58875132實(shí)施例237202.48775124實(shí)施例337402.58974128實(shí)施例437002.68673123對比例138402.7746896對比例233501.8726794對比例337202.4697092對上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，實(shí)施例1-4中采用本發(fā)明技術(shù)方案制備得到的玄武巖纖維拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率好，與聚碳酸酯塑料的相容性好，對聚碳酸酯塑料增強(qiáng)效果顯著；而對比例1制備方法中未添加磷酸鋇，制備得到的玄武巖纖維與聚碳酸酯材料相容性差，與聚碳酸酯材料的化學(xué)鍵合作用差，對聚碳酸酯材料增強(qiáng)作用顯著降低；對比例2制備方法中使用的磷酸鋇不是本發(fā)明中所保護(hù)的用量，磷酸鋇用量過大，對玄武巖纖維結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致玄武巖纖維的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率顯著降低；對比例3制備方法中使用的浸潤劑中為添加無機(jī)酸，浸潤劑對玄武巖纖維的鍵接能力變?nèi)?，玄武巖纖維與成膜劑易發(fā)生相分離，對聚碳酸酯材料增強(qiáng)作用顯著降低。當(dāng)前第1頁1 2 3