本發(fā)明涉及聚酰胺復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法。
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(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物少，對環(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的綠色、環(huán)保材料。玄武巖連續(xù)纖維已在纖維增強復(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領(lǐng)域等多個方面得到了廣泛的應(yīng)用。聚酰胺是大分子主鏈重復(fù)單元中含有酰胺基團的高聚物的總稱，聚酰胺材料具有良好的綜合性能，包括力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性和自潤滑性，且摩擦系數(shù)低，易于加工；但由于聚酰胺分子具有強極性的特點，導(dǎo)致聚酰胺材料存在吸濕性強，尺寸穩(wěn)定性差的缺陷，同時，聚酰胺材料阻燃性較差，因此，在某些特殊環(huán)境下，聚酰胺材料需要進行阻燃、防水或提高尺寸穩(wěn)定性等改性處理后才能進行應(yīng)用。現(xiàn)今對聚酰胺材料的纖維增強改性主要采用玻璃纖維材料進行改性處理，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)重限制了玻璃纖維在聚酰胺材料改性中的應(yīng)用，因此，采用無毒、無污染、來源廣泛、性能優(yōu)異、穩(wěn)定好的玄武巖纖維材料來替代玻璃纖維對聚酰胺材料進行增強，從而得到的玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料是聚酰胺復(fù)合材料發(fā)展的新方向。但由于玄武巖纖維為無機材料，而聚酰胺為高分子有機材料，兩者相容性差，且玄武巖纖維自身結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，纖維表面光滑、表面活性位點少，造成玄武巖纖維在改性過程中更難以與聚酰胺材料進行化學(xué)鍵合和機械鉚合，即玄武巖纖維在聚酰胺材料中是獨立存在，對聚酰胺材料增強效果不佳，玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的性能較差。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料性能差的缺陷，提供一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法；本發(fā)明先利用改性劑對玄武巖纖維進行表面改性處理，使纖維表面粗糙度增加并形成大量活性位點和活性基團，從而增加玄武巖纖維與聚酰胺材料的相容性，使玄武巖纖維能與聚酰胺材料進行化學(xué)鍵合和機械鉚合，再將經(jīng)過改性處理的玄武巖纖維與聚酰胺材料復(fù)合得到性能更優(yōu)異的玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用改性劑進行預(yù)處理得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將改性玄武巖纖維與聚酰胺材料進行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料。上述一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，步驟1中所述的改性劑包括硝酸鹽、強堿和季銨鹽；所述改性劑能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，使纖維表面形成大量活性位點和活性基團，從而能與聚酰胺進行化學(xué)鍵合和機械鉚合；所述的機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。優(yōu)選的，所述的改性劑包括2-5重量份的硝酸鹽、5-10重量份的強堿、10-15重量份的季銨鹽、60-100重量份的水，通過優(yōu)選，改性劑對玄武巖纖維的改性程度易控制，對玄武巖纖維改性效果更好；最優(yōu)選的，所述的改性劑包括3重量份的硝酸鹽、8重量份的強堿、12重量份的季銨鹽、80重量份的水。上述一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其中所述的硝酸鹽為硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸銨中的一種或多種；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；所述的季銨鹽為有機硅季銨鹽中的一種或多種。一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明方法先利用改性劑對玄武巖纖維進行預(yù)處理，在預(yù)處理過程中，改性劑使纖維表面粗糙度增加并形成大量活性位點和活性基團，增加了玄武巖纖維與聚酰胺材料的相容性；再將經(jīng)過預(yù)處理的玄武巖纖維與聚酰胺材料進行復(fù)合，從而使玄武巖纖維能與聚酰胺材料在復(fù)合過程中進行化學(xué)鍵合和機械鉚合，使玄武巖纖維與聚酰胺材料形成統(tǒng)一的整體，進而得到性能更優(yōu)異的玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料；該發(fā)明方法簡單可靠，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適合玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。上述一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中所述的玄武巖纖維包括玄武巖短纖維、玄武巖長纖維、連續(xù)玄武巖纖維中的一種。上述一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中預(yù)處理的溫度為50-80℃，溫度越高，反應(yīng)速度越快，控制越困難，溫度越低，反應(yīng)速度越慢，反應(yīng)效果越差；優(yōu)選的，預(yù)處理溫度為55-65℃。上述一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中預(yù)處理的時間為1-5h，處理時間越長，對玄武巖纖維表面處理效果越好，但過長的處理時間造成處理過渡，玄武巖纖維性能顯著下降，不利于對聚酰胺的增強改性；優(yōu)選的，所述的預(yù)處理時間為2-3h。上述一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其中步驟2中的復(fù)合處理是指通過工藝手段將預(yù)處理玄武巖纖維與聚氨酯材料進行化學(xué)鍵合和機械鉚合，使玄武巖纖維與聚酰胺材料形成統(tǒng)一的整體的方法。上述一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其中步驟2中改性玄武巖纖維用量是聚酰胺材料的0.1-25%，改性玄武巖纖維的用量可根據(jù)玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料在不同應(yīng)用領(lǐng)域中要求進行調(diào)整。上述一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其中步驟2在進行復(fù)合處理過程中，還可以添加助劑，所述助劑包括分散劑、偶聯(lián)劑、抗菌劑、抗靜電劑、阻燃劑中的一種或多種。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，進一步的，本發(fā)明提供了一種玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料，所述玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料是通過上述制備方法制備得到的；該玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料由于玄武巖纖維與聚酰胺材料的相容性好，因而其機械性能和物化性能更優(yōu)異，適用于更多環(huán)境條件，應(yīng)用范圍更廣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明方法利用改性劑對玄武巖纖維進行改性處理，使纖維表面粗糙度增加，從而是玄武巖纖維能與聚酰胺材料進行機械鉚合，制備得到的玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的機械性能更好。2、本發(fā)明方法利用改性劑對玄武巖纖維進行預(yù)處理，使玄武巖纖維能與聚酰胺材料在復(fù)合過程中進行化學(xué)鍵合，制備得到的玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的物化性能更好。3、本發(fā)明玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料，由于玄武巖纖維與聚酰胺材料的相容性好，因而其機械性能和物化性能更優(yōu)異，適用于更多的環(huán)境條件，應(yīng)用范圍更廣。具體實施方式下面結(jié)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(yīng)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(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實施例1（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由3重量份的硝酸鉀、8重量份的氫氧化鉀、12重量份的聚硅氧烷季銨鹽、80重量份的水組成的改性劑中，在55℃的溫度下進行預(yù)處理2h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將2重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的PA66101F進行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料。實施例2（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由2重量份的硝酸鈉、10重量份的氫氧化鈉、15重量份的聚硅氧烷季銨鹽、100重量份的水組成的改性劑中，在65℃的溫度下進行預(yù)處理3h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將2重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的PA66101F進行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料。實施例3（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由5重量份的硝酸鹽、5重量份的氫氧化鉀、10重量份的三烷氧基硅烷季銨鹽、100重量份的水組成的改性劑中，在80℃的溫度下進行預(yù)處理1h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將2重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的PA66101F進行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料。實施例4（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由5重量份的硝酸銨、10重量份的氫氧化鈣、10重量份的甲基二乙氧基硅烷季銨鹽、60重量份的水組成的改性劑中，在50℃的溫度下進行預(yù)處理5h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將2重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的PA66101F進行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料。對比例1復(fù)合：將2重量份的玄武巖纖維與10重量份的PA66101F進行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料。對比例2（（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由3重量份的硝酸鉀、8重量份的聚硅氧烷季銨鹽、80重量份的水組成的改性劑中，在55℃的溫度下進行預(yù)處理2h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將2重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的PA66101F進行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料。對比例3（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由3重量份的硝酸鉀、12重量份的氫氧化鉀、80重量份的水組成的改性劑中，在55℃的溫度下進行預(yù)處理2h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將2重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的PA66101F進行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料。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增強聚酰胺復(fù)合材料進行性能測試實驗記錄實驗結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)如下：（PA66101F拉伸強度83MPa，缺口沖擊強度53J/m，成型收縮率1.0-2.0%）編號玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料缺口沖擊強度（J/m）玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料拉伸強度（MPa）玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料成型收縮率（%）實施例1781180.2-0.8實施例2761150.2-0.8實施例3751160.2-0.8實施例4761170.2-0.8對比例159890.7-1.5對比例261900.7-1.5對比例365980.5-1.2對上述實驗數(shù)據(jù)分析可知，實施例1-4中采用本發(fā)明技術(shù)方案制備得到的玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料的缺口沖擊強度、拉伸強度具有顯著提升，成型收縮率有顯著的降低；而對比例1制備方法中直接將玄武巖纖維與聚酰胺材料進行復(fù)合，得到了玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料，但由于玄武巖纖維未進行改性處理，纖維表面活性點位少和活性基團少，與聚酰胺材料相容性差，與聚酰胺材料的化學(xué)鍵合和機械鉚合作用差，玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料性能顯著降低；對比例2制備方法中使用的改性劑未添加強堿，不能對玄武巖纖維表面進行侵蝕，也不能對纖維表面進行活化和接枝，玄武巖纖維表面活性點位少和活性基團少，與聚酰胺材料的化學(xué)鍵合和機械鉚合作用差，玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料性能顯著降低；對比例3制備方法中使用的改性劑未添加季銨鹽，不能在纖維表面進行接枝與聚酰胺鍵接的活性基團，玄武巖纖維表面活性點位少和活性基團少，與聚酰胺材料的化學(xué)鍵合作用差，玄武巖纖維增強聚酰胺復(fù)合材料性能顯著降低。當(dāng)前第1頁1 2 3