一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝，所述的玄武巖纖維復合材料是由玄武巖纖維單向布經(jīng)表面處理劑處理后，再由基體樹脂浸漬并固化而成的，包括如下步驟：纖維表面處理、浸漬基體樹脂以及固化成型共三個步驟。本發(fā)明設計合理，選用特定組份含量的玄武巖纖維依次經(jīng)表面處理和浸漬基體樹脂后，不僅能獲得力學性能較現(xiàn)有技術(shù)更加優(yōu)異的纖維材料，還能提高纖維材料制作的性價比，克服了現(xiàn)有玻璃纖維制作工藝中存在的諸多缺陷，具有制作步驟簡單、快捷等優(yōu)勢，適宜廣泛推廣使用。
【專利說明】一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明是一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝及其制備方法，具體涉及利用玄武巖纖維增強材料制作的復合材料及其制備方法，屬于復合材料的制備領域。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的復合材料領域，作為復合材料增強體的纖維主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、聚乙烯纖維等，但由于價格因素的限制，大部分纖維都只用于軍事領域，只有玻璃纖維還廣泛應用于民用領域，但在實際應用過程中，玻璃纖維作為復合材料增強體還存在一定的缺陷，如:
(1)玻璃纖維的生產(chǎn)過程能耗較大，不利于節(jié)能環(huán)保；
(2)玻璃纖維的制備工藝對對人體有害，尤其是玻璃纖維毛會對人體皮膚產(chǎn)生刺激作用，吸入人體后不能被分解或吸收，很可能引起肺部疾病甚至產(chǎn)生癌變；
(3)環(huán)境污染大，玻璃纖維復合材料廢棄后不能回收利用或自然降解，不利于環(huán)境的保護7等等。
[0003]當然，為克服上述復合材料增強體的使用缺陷，人們提出了采用連續(xù)玄武巖纖維作為復合材料增強體的使用，對于連續(xù)玄武巖纖維我們知道，它是以天然火山噴出巖為原料，在1450?1500°C的高溫下熔融后，通過鉬鍺合金拉絲漏板拉絲制造而成的連續(xù)纖維，具有高強度、高模量、耐高溫、抗氧化、耐酸堿、抗輻射、電絕緣、絕熱隔聲、過濾性好、抗壓強度高、減震和剪切強度高等諸多優(yōu)良性能，同時，也是一種新型的環(huán)保纖維。
[0004]現(xiàn)有的專利文獻CN101531806 (—種聚苯二甲酸乙二醇脂/玄武巖纖維復合材料及其制備方法2009.9.16)和CN103044877A (—種含改性玄武巖纖維和聚合物的復合材料及其制備方法2013.04.17)均揭示了一種利用玄武巖纖維作為增強體用于制作復合材料的制備方法，但我們對上述制備方法獲得復合材料產(chǎn)品以及市面上出現(xiàn)的由連續(xù)玄武巖纖維復合材料進行性能測試，測試結(jié)果表明，不同工藝條件對復合材料的力學性能有很大的影響，主要表現(xiàn)在玄武巖纖維材料體系的組成、纖維表面處理的選擇以及復合材料的結(jié)構(gòu)等方面，而現(xiàn)有的復合材料在力學性能上還有待加強，為此，本發(fā)明專門提出了一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝及其制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝，選用特定組份含量的玄武巖纖維依次經(jīng)表面處理和浸潰基體樹脂后，不僅能獲得力學性能較現(xiàn)有技術(shù)更加優(yōu)異的纖維材料，還能提高纖維材料制作的性價比，克服了現(xiàn)有玻璃纖維制作工藝中存在的諸多缺陷，具有制作步驟簡單、快捷等優(yōu)勢，適宜廣泛推廣使用。
[0006]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝，所述的玄武巖纖維復合材料是由玄武巖纖維單向布經(jīng)表面處理劑處理后，再由基體樹脂浸潰并固化而成的，包括如下步驟: (1)纖維表面處理:將表面處理劑配置成濃度為I?5%的水溶液，將玄武巖纖維單向布放入該水溶液中浸泡0.5?3h，取出后再將其放入真空烘箱在75?95°C下抽真空加熱20?40min除去水分，然后，調(diào)節(jié)真空烘箱溫度為100?120°C，并反應80?10min后，完成玄武巖纖維單向布的表面處理；
(2)浸潰基體樹脂:在基體樹脂中依次加入促進劑和固化劑，攪拌均勻后制得膠液，基體樹脂:促進劑:固化劑的重量配比為400: (0.5?1.5): (0.5?1.5)，使用涂刷工具將該膠液涂覆上在經(jīng)表面處理后的玄武巖纖維單向布上，涂刷次數(shù)為I?11次；
(3)固化成型:將步驟(2)制得的玄武巖纖維單向布按照0°或90°方向正交排列，放入固化成型裝置中加壓0.5?1.5MPa，升溫至110?130°C，固化反應0.5?1.5h后，制得玄武巖纖維復合材料。
[0007]在本發(fā)明中，所述的玄武巖纖維單向布是由粗紗或紡織加工用的復合加捻粗紗制作而成，其密度為300?400g/m2，按重量配比計，所述的玄武巖纖維單向布包括以下組份:
SO2:45 ?60% ；
Al2O3:14.6 ?18.3% ；
CaO:5.9 ?9.4% ；
Fe2O3.FeO:8 ?11% ；
其他堿金屬:2?3%，本發(fā)明涉及的玄武巖纖維復合材料是由特定組份含量的玄武巖纖維制作而成，該玄武巖纖維與金屬、玻璃及其他碳化物原料不同，是由火山巖精選、重煉冶煉過的組份穩(wěn)定的礦石原料，開采也十分方便，該玄武巖纖維的性能十分優(yōu)越，其中，SO2是玄武巖纖維的主要成分，維持了纖維的化學穩(wěn)定性和機械強度；而Al2O3除能提高玄武巖纖維的化學穩(wěn)定性外，同樣的，還能提高其熱穩(wěn)定性和機械強度。
[0008]為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，所述的其他堿金屬包括Na20、K20、Mg0、Ti02中的一種或多種的組合。
[0009]在實際操作過程中，玄武巖纖維在經(jīng)表面處理后，會提高基體樹脂與玄武巖纖維的復合性能，在此，所述的表面處理劑包括:由通式RnSiX4_n表示的有機硅烷類偶聯(lián)劑，其中，R包括甲氧基或乙氧基，η為1、2或3。
[0010]為更好的實現(xiàn)上述操作，所述的表面處理劑為沃蘭處理劑或ΚΗ560處理劑。
[0011]在本發(fā)明中，所述的基體樹脂選自乙烯基脂樹脂、環(huán)氧樹脂以及不飽和聚酯樹脂中的一種或多種。
[0012]進一步的,所述的基體樹脂為乙稀基脂樹脂，例如:氣基甲酸酷改性乙稀基脂樹月旨、雙酚A改性環(huán)氧乙烯基脂樹脂等。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果:
(I)本發(fā)明涉及的玄武巖纖維復合材料是由特定組份含量的玄武巖纖維依次經(jīng)表面處理和浸潰基體樹脂后制得，基于玄武巖纖維具有的良好的化學穩(wěn)定性能、熱穩(wěn)定性以及機械強度，復合而成的玄武巖纖維復合材料也具有較強的力學性能，可廣泛應用于工業(yè)、民用等建筑行業(yè)、石油工業(yè)以及航空工業(yè)等領域。
[0014](2)本發(fā)明克服了現(xiàn)有玻璃纖維制作工藝中存在的諸多缺陷，采用涂刷、浸潰、真空加壓、烘干等操作步驟，不僅制作步驟簡單、快捷，還可實現(xiàn)工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)，制作成本低廉。
[0015](3)本發(fā)明設計合理，在實際操作過程中，可采用沃蘭處理劑或KH560處理劑作為表面處理劑，用于玄武巖纖維的表面處理，從而達到提高基體樹脂與玄武巖纖維復合性能的目的，使用效果良好。
[0016](4)本發(fā)明涉及的基體樹脂可選自乙烯基脂樹脂、環(huán)氧樹脂以及不飽和聚酯樹脂中的一種或多種，尤其是乙烯基脂樹脂，例如:氨基甲酸酯改性乙烯基脂樹脂、雙酚A改性環(huán)氧乙烯基脂樹脂等，經(jīng)試驗證明，在使用乙烯基脂樹脂浸潰的玄武巖纖維材料進行密度測試時，測試結(jié)果表面，其阻燃性、拉伸度和彎曲性能測試效果更佳。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0018]實施例1:
本發(fā)明提出了一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝，該玄武巖纖維復合材料是由玄武巖纖維單向布經(jīng)表面處理劑處理后，再由基體樹脂浸潰并固化而成的纖維材料。
[0019]以下是對本發(fā)明技術(shù)方案的進一步描述:
在本發(fā)明中，玄武巖纖維單向布是由粗紗或紡織加工用的復合加捻粗紗制作而成，其密度為300g/m2，按重量配比計，所述的玄武巖纖維單向布包括以下組份:
SO2:52.43% ；
Al2O3:18% ；
CaO:7.68% ；
Fe2O3.FeO: 10.53% ；
其他堿金屬(包括Na20、K20、Mg0、Ti02中的一種或多種的組合):11.36%，本發(fā)明涉及的玄武巖纖維復合材料是由特定組份含量的玄武巖纖維制作而成，該玄武巖纖維與金屬、玻璃及其他碳化物原料不同，是由火山巖精選、重煉冶煉過的組份穩(wěn)定的礦石原料，開采也十分方便，該玄武巖纖維的性能十分優(yōu)越，其中，SO2是玄武巖纖維的主要成分，維持了纖維的化學穩(wěn)定性和機械強度；而Al2O3除能提高玄武巖纖維的化學穩(wěn)定性外，同樣的，還能提高其熱穩(wěn)定性和機械強度。
[0020]表面處理劑包括:由通式RnSiX4_n表示的有機硅烷類偶聯(lián)劑，其中，R包括甲氧基或乙氧基，η為1、2或3，主要用于玄武巖纖維的表面處理，經(jīng)表面處理劑處理后的玄武巖纖維在與基體樹脂復合的過程中，它能有利于玄武巖纖維與基體樹脂之間形成一個良好的粘接界面，從而達到提高其復合性能的目的，在此基礎上，對玄武巖纖維筋的強度、耐磨性能等均有良好的改善作用，在本實施例中，表面處理劑選用沃蘭處理劑。
[0021]基體樹脂可選自乙烯基脂樹脂、環(huán)氧樹脂以及不飽和聚酯樹脂中的一種或多種，主要用于玄武巖纖維的浸潰，在充分浸潤的基礎上，基體樹脂即填充于玄武巖纖維的表面，待樹脂固化后，即可在基體樹脂與玄武巖纖維表面的凹陷和縫隙處實現(xiàn)機械鑲嵌聯(lián)接，達到提高玄武巖纖維力學特性的目的，在本實施例中，基體樹脂選用氨基甲酸酯改性乙烯基脂樹脂。
[0022]本實施例涉及的玄武巖纖維復合材料的制備方法包括如下步驟:
(I)纖維表面處理:將沃蘭處理劑配置成濃度為1%的水溶液，將玄武巖纖維單向布放入該水溶液中浸泡0.5h，取出后再將其放入真空烘箱在75°C下抽真空加熱20min除去水分，然后，調(diào)節(jié)真空烘箱溫度為100°c，并反應SOmin后，完成玄武巖纖維單向布的表面處理；
(2)浸潰基體樹脂:在氨基甲酸酯改性乙烯基脂樹脂中依次加入促進劑和固化劑，攪拌均勻后制得膠液，基體樹脂:促進劑:固化劑的重量配比為400: 0.5: 0.5，使用涂刷工具將該膠液涂覆上在經(jīng)表面處理后的玄武巖纖維單向布上，涂刷次數(shù)為11次；
(3)固化成型:將步驟(2)制得的玄武巖纖維單向布按照0°或90°方向正交排列，放入固化成型裝置中加壓0.5MPa，升溫至110°C，固化反應0.5后，制得玄武巖纖維復合材料，其纖維體積含量為37.5%。
[0023]實施例2:
在本實施例中，玄武巖纖維單向布的密度為350g/m2，按重量配比計，玄武巖纖維包括以下組份:
SO2:52.43% ；
Al2O3:18% ；
CaO:7.68% ；
Fe2O3.FeO: 10.53% ；
其他堿金屬(包括Na20、K20、Mg0、T12中的一種或多種的組合):11.36% ；
表面處理劑選用KH560處理劑；
基體樹脂選用雙酚A改性環(huán)氧乙烯基脂樹脂。
[0024]本實施例涉及的玄武巖纖維復合材料的制備方法包括如下步驟:
(1)纖維表面處理:將KH560處理劑配置成濃度為2%的水溶液，將玄武巖纖維單向布放入該水溶液中浸泡1.5h，取出后再將其放入真空烘箱在80°C下抽真空加熱30min除去水分，然后，調(diào)節(jié)真空烘箱溫度為110°C，并反應90min后，完成玄武巖纖維單向布的表面處理；
(2)浸潰基體樹脂:在雙酚A改性環(huán)氧乙烯基脂樹脂中依次加入促進劑和固化劑，攪拌均勻后制得膠液，基體樹脂:促進劑:固化劑的重量配比為400:1: 1，使用涂刷工具將該膠液涂覆上在經(jīng)表面處理后的玄武巖纖維單向布上，涂刷次數(shù)為11次；
(3)固化成型:將步驟(2)制得的玄武巖纖維單向布按照0°或90°方向正交排列，放入固化成型裝置中加壓IMPa，升溫至120°C，固化反應Ih后，制得玄武巖纖維復合材料，其纖維體積含量為37.5%。
[0025]實施例3:
在本實施例中，玄武巖纖維單向布的密度為400g/m2，按重量配比計，玄武巖纖維包括以下組份:
SO2:52.43% ；
Al2O3:18% ；
CaO:7.68% ；
Fe2O3.FeO: 10.53% ；
其他堿金屬(包括Na20、K20、Mg0、T12中的一種或多種的組合):11.36% ；
表面處理劑選用KH560處理劑；
基體樹脂選用雙酚A改性環(huán)氧乙烯基脂樹脂。
[0026](I)纖維表面處理:將KH560處理劑配置成濃度為5%的水溶液，將玄武巖纖維單向布放入該水溶液中浸泡3h，取出后再將其放入真空烘箱在95°C下抽真空加熱40min除去水分，然后，調(diào)節(jié)真空烘箱溫度為120°C，并反應10min后，完成玄武巖纖維單向布的表面處理；
(2)浸潰基體樹脂:在雙酚A改性環(huán)氧乙烯基脂樹脂中依次加入促進劑和固化劑，攪拌均勻后制得膠液，基體樹脂:促進劑:固化劑的重量配比為400: 1.5: 1.5，使用涂刷工具將該膠液涂覆上在經(jīng)表面處理后的玄武巖纖維單向布上，涂刷次數(shù)為11次；
(3)固化成型:將步驟(2)制得的玄武巖纖維單向布按照0°或90°方向正交排列，放入固化成型裝置中加壓1.5MPa，升溫至130°C，固化反應1.5h后，制得玄武巖纖維復合材料，其纖維體積含量為37.5%。
[0027]對上述實施例1?3中的制得的玄武巖纖維復合材料進行力學性能測試，測試結(jié)果如表I所示:
表I
編號I纖維密度I纖維體積含量I拉伸強度I彈性模量I彎曲強度I彎曲模量
1_300g/m2 37.5%_275.6 15.7 495.0 16.5
2350g/m2 ?.5%— 264.9 ' 14.7 489.3 Τθ.2
3|400g/m2 137.5%丨255.6 |?4.0 丨492.0 |?5.8
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝，其特征在于:所述的玄武巖纖維復合材料是由玄武巖纖維單向布經(jīng)表面處理劑處理后，再由基體樹脂浸潰并固化而成的，包括如下步驟: (1)纖維表面處理:將表面處理劑配置成濃度為I?5%的水溶液，將玄武巖纖維單向布放入該水溶液中浸泡0.5?3h，取出后再將其放入真空烘箱在75?95°C下抽真空加熱20?40min除去水分，然后，調(diào)節(jié)真空烘箱溫度為100?120°C，并反應80?10min后，完成玄武巖纖維單向布的表面處理； (2)浸潰基體樹脂:在基體樹脂中依次加入促進劑和固化劑，攪拌均勻后制得膠液，基體樹脂:促進劑:固化劑的重量配比為400: (0.5?1.5): (0.5?1.5)，使用涂刷工具將該膠液涂覆上在經(jīng)表面處理后的玄武巖纖維單向布上，涂刷次數(shù)為I?11次； (3)固化成型:將步驟(2)制得的玄武巖纖維單向布按照0°或90°方向正交排列，放入固化成型裝置中加壓0.5?1.5MPa，升溫至110?130°C，固化反應0.5?1.5h后，制得玄武巖纖維復合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，所述的一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝，其特征在于:所述的玄武巖纖維單向布是由粗紗或紡織加工用的復合加捻粗紗制作而成，其密度為300?400g/m2，按重量配比計，所述的玄武巖纖維單向布包括以下組份:
SO2:45 ?60% ；
Al2O3:14.6 ?18.3% ；
CaO:5.9 ?9.4% ；
Fe2O3.FeO:8 ?11% ； 其他堿金屬:2?3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝，其特征在于:所述的其他堿金屬包括Na20、K2O, MgO、T12中的一種或多種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝，其特征在于:所述的表面處理劑包括:由通式RnSiX4_n表示的有機硅烷類偶聯(lián)劑，其中，R包括甲氧基或乙氧基，η為1、2或3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝,其特征在于:所述的表面處理劑為沃蘭處理劑或ΚΗ560處理劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝，其特征在于:所述的基體樹脂選自乙烯基脂樹脂、環(huán)氧樹脂以及不飽和聚酯樹脂中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種連續(xù)玄武巖纖維復合材料的制備工藝,其特征在于:所述的基體樹脂為乙稀基脂樹脂。
【文檔編號】C08K7/10GK104129081SQ201410290225
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】王靈 申請人:四川航天五源復合材料有限公司