本發(fā)明涉及玄武巖纖維領(lǐng)域，具體涉及一種聚乙烯樹脂材料增強(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，玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物少，對(duì)環(huán)境污染小，產(chǎn)品廢棄后可直接轉(zhuǎn)入生態(tài)環(huán)境中，無任何危害，因而是一種名副其實(shí)的綠色、環(huán)保材料。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。聚乙烯（簡稱PE）是乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹脂，在工業(yè)上，也包括乙烯與少量α-烯烴的共聚物。聚乙烯無臭，無毒，手感似蠟，具有優(yōu)良的耐低溫性能（最低使用溫度可達(dá)-100~-70°C），化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕，且吸水性小，電絕緣性優(yōu)良；但由于聚乙烯樹脂材料存在低溫韌性差、不耐老化，易燃，不耐磨的缺陷，因此，在使用時(shí)多不使用純的聚乙烯樹脂材料，聚乙烯樹脂材料需要進(jìn)行阻燃、耐老化、耐磨、提高力學(xué)性能等增強(qiáng)復(fù)合改性處理后才能進(jìn)行應(yīng)用。現(xiàn)今對(duì)聚乙烯樹脂材料的纖維增強(qiáng)改性主要采用玻璃纖維材料進(jìn)行改性處理，改性效果顯著，但玻璃纖維生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染大，嚴(yán)重限制了復(fù)合聚乙烯樹脂材料的應(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對(duì)聚乙烯樹脂材料進(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乙烯樹脂材料的增強(qiáng)必將是今后提高聚乙烯樹脂材料性能的新趨勢。但由于現(xiàn)有玄武巖纖維自身結(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乙烯樹脂材料化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合形成統(tǒng)一的、穩(wěn)定的整體，即玄武巖纖維在聚乙烯樹脂材料中是獨(dú)立存在，對(duì)聚乙烯樹脂材料的改性增強(qiáng)作用相對(duì)較弱，增強(qiáng)效果不甚理想，玄武巖纖維添加量少。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有玄武巖纖維與聚乙烯樹脂材料相容性差的缺陷，提供一種聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維及其制備方法；本發(fā)明玄武巖纖維是經(jīng)過特殊浸潤劑在生產(chǎn)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(tuán)，玄武巖纖維與聚乙烯樹脂材料之間的化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合能力強(qiáng)，該玄武巖纖維與聚乙烯樹脂材料的相容性好，能在聚乙烯樹脂材料中大量添加和應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種聚乙烯樹脂材料增強(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）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(jìn)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(jìn)行浸潤改性處理；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤改性處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維。上述一種聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)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(lián)劑、1-5份潤滑劑、10-20份的改性劑、30-50份的溶劑；所述浸潤劑能快速對(duì)玄武巖纖維表面進(jìn)行腐蝕、活化，形成粗糙表面，并接枝大量活性基團(tuán)，從而提高玄武巖纖維與聚乙烯樹脂材料之間的化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合能力，提高玄武巖纖維與聚乙烯樹脂材料的相容性；所述的機(jī)械鉚合是指基體材料通過收縮應(yīng)力包緊粗糙表面的纖維而產(chǎn)生的摩擦結(jié)合。上述浸潤劑，其中所述的改性劑包括雙氧水︰有機(jī)酸︰有機(jī)改性硅酸鹽按質(zhì)量比2-4︰1-3︰6-10混合而成的混合物；優(yōu)選的，所述的改性劑包括雙氧水︰有機(jī)酸︰有機(jī)改性硅酸鹽按質(zhì)量比3︰2︰8混合而成的混合物。上述浸潤劑，其中所述的有機(jī)酸為甲酸、乙酸、乙二酸、丁烯二酸、丙烯酸中的一種或多種；其中所述的有機(jī)改性硅酸鹽是經(jīng)過有機(jī)改性的含有烷基、酯基、乙烯基、醚基、酮基中的一種或多種有機(jī)基團(tuán)的硅酸化合物；其中所述的成膜劑為乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液、聚醋酸乙烯乳液中的一種；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。一種聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維材料的制備方法，本發(fā)明方法將生產(chǎn)過程中得到的中間產(chǎn)物玄武巖纖維原絲用特殊組份的浸潤劑進(jìn)行處理，使纖維表面粗糙度增加并接枝大量活性基團(tuán)，有助于聚乙烯樹脂材料在玄武巖纖維表面進(jìn)行化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合，從而直接得到與聚乙烯樹脂材料相容性很好的玄武巖纖維；該玄武巖纖維能在聚乙烯樹脂材料中大量添加和應(yīng)用。上述一種聚乙烯樹脂材料增強(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。上述一種聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)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(shí)長，耗能高，溫度過高，對(duì)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℃。上述一種聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)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(huì)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。上述一種聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)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(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。上述一種聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)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40-70℃，溫度越高，反應(yīng)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(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；優(yōu)選的，所述的表面處理溫度控制在50-60℃。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維，所述聚乙烯樹脂材料增強(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乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維，表面粗糙度大并接枝有大量活性基團(tuán)，玄武巖纖維與聚乙烯樹脂材料之間的化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合能力強(qiáng)，與聚乙烯樹脂材料的相容性好，能在聚乙烯樹脂材料中大量添加和應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維的制備方法，利用浸潤劑對(duì)玄武巖纖維原絲進(jìn)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(tuán)，有助于聚乙烯樹脂材料在玄武巖纖維表面進(jìn)行化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合，提高了玄武巖纖維與聚乙烯樹脂材料的相容性。2、本發(fā)明聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維的制備方法，直接采用浸潤劑對(duì)纖維原絲進(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)明聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維，表面粗糙度大并接枝有大量活性基團(tuán)，玄武巖纖維與聚乙烯樹脂材料之間的化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合能力強(qiáng)，與聚乙烯樹脂材料的相容性好，能在聚乙烯樹脂材料中大量添加和應(yīng)用。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(duì)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）將玄武巖礦石進(jìn)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(jìn)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(jìn)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50℃的浸潤劑中進(jìn)行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有雙氧水︰甲酸︰甲基硅酸鈉按質(zhì)量比3︰2︰8混合而成的改性劑、50重量份的乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯(lián)劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維。實(shí)施例2（1）將玄武巖礦石進(jìn)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(jìn)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(jìn)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60℃的浸潤劑中進(jìn)行浸潤處理；浸潤劑組成為：10重量份含有雙氧水︰乙酸︰乙基硅酸鈉按質(zhì)量比4︰3︰6混合而成的改性劑、60重量份的聚醋酸乙烯乳液、40重量份的水、15重量份的硅烷偶聯(lián)劑和1重量份的硬脂酸鋅；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維。實(shí)施例3（1）將玄武巖礦石進(jìn)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(jìn)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(jìn)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70℃的浸潤劑中進(jìn)行浸潤處理；浸潤劑組成為：20重量份含有雙氧水︰丙烯酸︰硅酸乙酯質(zhì)量比2︰1︰10混合而成的改性劑、40重量份的聚醋酸乙烯乳液、50重量份的水、5重量份的硅烷偶聯(lián)劑和5重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維。實(shí)施例4（1）將玄武巖礦石進(jìn)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(jìn)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(jìn)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40℃的浸潤劑中進(jìn)行浸潤處理；浸潤劑組成為：10重量份含有雙氧水︰甲酸︰甲基硅酸鈉按質(zhì)量比3︰1︰10混合而成的改性劑、40重量份的乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液、30重量份的水、5重量份的硅烷偶聯(lián)劑和5重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)專用玄武巖纖維。對(duì)比例1（1）將玄武巖礦石進(jìn)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(jìn)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(jìn)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50℃的浸潤劑中進(jìn)行浸潤處理；浸潤劑組成為：50重量份的乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯(lián)劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到玄武巖纖維。對(duì)比例2（1）將玄武巖礦石進(jìn)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(jìn)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(jìn)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50℃的浸潤劑中進(jìn)行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有雙氧水︰甲酸︰甲基硅酸鈉按質(zhì)量比3︰5︰8混合而成的改性劑、50重量份的乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯(lián)劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到玄武巖纖維。對(duì)比例3（1）將玄武巖礦石進(jìn)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(jìn)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(jìn)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50℃的浸潤劑中進(jìn)行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有雙氧水︰甲酸︰甲基硅酸鈉按質(zhì)量比2︰3︰12混合而成的改性劑、50重量份的乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液、40重量份的水、10重量份的硅烷偶聯(lián)劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經(jīng)過浸潤處理的原絲進(jìn)行退解、并捻，得到玄武巖纖維。將上述實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3中所制備得到的玄武巖纖維進(jìn)行性能測試和聚乙烯樹脂塑料（聚乙烯樹脂拉伸強(qiáng)度14.5MPa，缺口沖擊強(qiáng)度6.8KJ/m2）增強(qiáng)（玄武巖纖維用量為聚乙烯樹脂質(zhì)量的20%）實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)如下：編號(hào)拉伸強(qiáng)度（MPa）斷裂伸長率（%）改性后聚乙烯樹脂塑料缺口沖擊強(qiáng)度（J/m）改性后聚乙烯樹脂塑料拉伸強(qiáng)度（MPa）實(shí)施例136802.612.325.1實(shí)施例236502.412.024.8實(shí)施例336702.511.925.0實(shí)施例436602.512.424.6對(duì)比例134902.68.617.6對(duì)比例232101.38.517.9對(duì)比例337602.79.418.6對(duì)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申強(qiáng)度和斷裂伸長率好，與聚乙烯樹脂相容性好，對(duì)聚乙烯樹脂增強(qiáng)效果顯著；而對(duì)比例1制備方法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(tuán)少，與聚乙烯樹脂材料相容性差，與聚乙烯樹脂材料的化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合能力差，對(duì)聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)作用顯著減弱；對(duì)比例2制備方法中使用的浸潤劑不是本發(fā)明中所保護(hù)的浸潤劑組分配比，甲酸用量過大，浸潤劑對(duì)玄武巖纖維表面侵蝕過渡，對(duì)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，從而對(duì)聚乙烯樹脂纖維的增強(qiáng)作用也顯著下降；對(duì)比例3制備方法中使用的浸潤劑不是本發(fā)明中所保護(hù)的改性劑組分配比，甲基硅酸鈉用量過大，浸潤劑對(duì)玄武巖纖維表面活化作用減弱，玄武巖纖維表面活性基團(tuán)少，與聚乙烯樹脂材料的化學(xué)鍵合能力差，對(duì)聚乙烯樹脂材料增強(qiáng)作用顯著減弱。當(dāng)前第1頁1 2 3