一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑及其製備方法與流程
2023-09-20 12:10:30
本發明涉及玄武巖纖維浸潤劑領域，具體涉及一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑及其製備方法。
背景技術：
：玄武巖纖維是一種新出現的新型無機環保綠色高性能纖維材料，是未來我國重點發展的四大高性能纖維之一，它是由二氧化矽、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後，通過紡絲工藝製備而成的。玄武巖連續纖維不僅穩定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優異性能，而且，玄武巖纖維的生產工藝產生的廢棄物少，對環境汙染小，產品廢棄後可直接轉入生態環境中，無任何危害，因而是一種名副其實的綠色、環保材料。玄武巖連續纖維已在纖維增強複合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業、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－塑性的複合材料，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、抗衝擊強度和韌性，並相應地使水泥基材料的抗裂、抗滲等性能得到很大程度的提高；因而，可以預見，將無毒、無汙染、來源廣泛、性能優異、穩定的玄武巖纖維用於水泥基材料的增強必將是今後提高水泥基材料性能的新趨勢。但由於現有玄武巖纖維自身結構和性能穩定，纖維表面光滑、表面活性位點少，造成玄武巖纖維在複合改性材料中難以與水泥基材料化學鍵合和機械鉚合形成統一的、穩定的整體，即玄武巖纖維在水泥基材料中是獨立存在，對水泥基材料的增強作用也相對減弱，增強效果不甚理想。浸潤劑作為纖維生產過程中用到的最重要的輔助試劑，不僅能對纖維進行物理包覆，增加纖維韌性和潤滑性，還能對纖維表面進行化學處理，增加纖維功能性，因此，採用浸潤劑對纖維材料進行改性處理，即將纖維的生產和改性合二為一，節簡化了生產步驟，節約了生產成本，縮短了生產周期，還能賦予纖維新的性能以滿足纖維在不同領域、不同環境中的應用，因此，利用專用浸潤劑在玄武巖纖維生產過程中對玄武巖纖維表面進行改性以提高玄武巖纖維與水泥基材料的相容性是可行的，有利於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：本發明的目的在於克服現有玄武巖纖維浸潤劑不能提高玄武巖纖維與水泥基材料相容性的缺陷，提供一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑及其製備方法；本發明浸潤劑中含有改性劑，通過改性劑在浸潤的同時對纖維表面進行改性，使纖維表面粗糙度增加並接枝大量活性基團，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，提高了玄武巖纖維與水泥基材料的相容性，促進了玄武巖纖維在水泥基材料增強領域中的推廣應用。為了實現上述發明目的，本發明提供了一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑，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。上述一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑，其中所述的改性劑包括可溶性磷酸鹽︰強鹼︰可溶性矽酸鹽按質量比2-4︰1-3︰3-6混合而成的混合物；所述改性劑組成能快速對玄武巖纖維表面腐蝕、活化，形成粗糙表面，並接枝多種活性基團，使纖維表面形成大量活性位點和活性基團，從而能與水泥基體進行化學鍵合和機械鉚合；所述的機械鉚合是指基體材料通過收縮應力包緊粗糙表面的纖維而產生的摩擦結合；優選的，所述的改性劑包括可溶性磷酸鹽︰強鹼︰可溶性矽酸鹽按質量比3︰2︰5混合而成的混合物。上述一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑，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。述一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑，其中所述的強鹼為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣中的一種或多種。上述一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑，其中所述的可溶性矽酸鹽為矽酸鈉、矽酸鉀中的一種或兩種。一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑，在改性劑中各組分的共同作用下，具有能快速對玄武巖纖維表面腐蝕形成粗糙表面並在纖維表面接枝大量能與無機化合物化學鍵接的活性基團的作用，從而使玄武巖纖維在經過該浸潤劑的處理後，不僅具有更好的韌性和潤滑性，有利於玄武巖纖維的後期加工，還能提高玄武巖纖維與水泥基進行化學鍵合和機械鉚合的能力，即提高了玄武巖纖維與水泥基的相容性；本發明浸潤劑促進了玄武巖纖維在水泥基材料增強領域中的廣泛應用。上述一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑，其中所述的成膜劑為丙烯酸酯共聚乳液和聚乙烯醇中的一種或多種；成膜劑能很好的在玄武巖纖維表面形成膜結構，增加玄武巖纖維韌性，所選成膜劑含有大量親水基團，能提高玄武巖纖維與水泥基材料的相容性。上述一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑，其中所述的偶聯劑為矽烷系偶聯劑；矽烷偶聯劑既能與玄武巖纖維中矽原子偶聯，又能與水泥基材料偶聯，偶聯效果最好。上述一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑，其中所述的潤滑劑為硬脂酸甲酯。優選的，一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑，包括以下重量份組分：50份的成膜劑、10份的偶聯劑、3份潤滑劑、15份的改性劑、40份的水。為了實現上述發明目的，進一步的，本發明提供了一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑的製備方法，包括以下步驟：（1）將改性劑用水溶解形成混合溶液A；將成膜劑用水溶解後加入偶聯劑和潤滑劑形成混合溶液B；（2）將步驟1得到的混合溶液A加入到混合溶液B中混合均勻形成混合溶液C；（3）將步驟2得到的混合溶液C消泡處理得水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑。上述一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑的製備方法，其中步驟3所述的消泡處理為物理消泡；避免雜質的引入或副反應的發生。一種水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑的製備方法，將改性劑的稀釋溶解與成膜劑、偶聯劑、潤滑劑的混合溶解分開處理，避免改性劑在稀釋溶解時放出的大量熱導致副反應的產生，且生產條理清晰、簡潔；本發明方法簡單、可靠，適合水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑的大規模、工業化生產。與現有技術相比，本發明的有益效果：1、本發明水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑能快速對玄武巖纖維表面腐蝕，形成粗糙表面，提高了玄武巖纖維與水泥基材料之間的機械鉚合能力。2、本發明水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑浸潤能快速在纖維表面接枝大量能與水泥基化學鍵接的活性基團，提高了玄武巖纖維與水泥基材料之間的化學鍵接能力。3、本發明水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑能提高玄武巖纖維與水泥基材料之間的相容性，促進了玄武巖纖維在水泥基材料增強領域中的廣泛應用。4、本發明水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑的製備方法簡單、可靠，適合水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑的大規模、工業化生產。具體實施方式下面結合試驗例及具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實施例，凡基於本
發明內容所實現的技術均屬於本發明的範圍。實施例1（1）將15重量份含有磷酸銨︰氫氧化鈉︰矽酸鈉按質量比3︰2︰5混合而成的改性劑用20重量份的水溶解形成混合溶液A；將50重量份的丙烯酸酯共聚乳液用20重量份的水溶解後加入10重量份的矽烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯形成混合溶液B；（2）將步驟1得到的混合溶液A加入到混合溶液B中混合均勻形成混合溶液C；（3）將步驟2得到的混合溶液C消泡處理得水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑。實施例2（1）將10重量份含有磷酸鈉︰氫氧化鉀︰矽酸鉀按質量比2︰3︰6混合而成的改性劑用10重量份的水溶解形成混合溶液A；將60重量份的聚乙烯醇用30重量份的水溶解後加入15重量份的矽烷偶聯劑和1重量份的硬脂酸甲酯形成混合溶液B；（2）將步驟1得到的混合溶液A加入到混合溶液B中混合均勻形成混合溶液C；（3）將步驟2得到的混合溶液C消泡處理得水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑。實施例3（1）將20重量份含有磷酸鉀︰氫氧化鈣︰矽酸鈉、矽酸鉀質量比4︰1︰3混合而成的改性劑用20重量份的水溶解形成混合溶液A；將40重量份的丙烯酸酯共聚乳液用30重量份的水溶解後加入5重量份的矽烷偶聯劑和5重量份的硬脂酸甲酯形成混合溶液B；（2）將步驟1得到的混合溶液A加入到混合溶液B中混合均勻形成混合溶液C；（3）將步驟2得到的混合溶液C消泡處理得水泥基材料增強玄武巖纖維專用浸潤劑。對比例1（1）將50重量份的丙烯酸酯共聚乳液用40重量份的水溶解後加入10重量份的矽烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯形成混合溶液；（2）將步驟1得到的混合溶液消泡處理得浸潤劑。對比例21）將15重量份含有磷酸銨︰氫氧化鈉︰矽酸鈉按質量比3︰4︰5混合而成的改性劑用20重量份的水溶解形成混合溶液A；將50重量份的丙烯酸酯共聚乳液用20重量份的水溶解後加入10重量份的矽烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯形成混合溶液B；（2）將步驟1得到的混合溶液A加入到混合溶液B中混合均勻形成混合溶液C；（3）將步驟2得到的混合溶液C消泡處理得浸潤劑。對比例31）將15重量份含有磷酸銨︰氫氧化鈉︰矽酸鈉按質量比3︰2︰8混合而成的改性劑用20重量份的水溶解形成混合溶液A；將50重量份的丙烯酸酯共聚乳液用20重量份的水溶解後加入10重量份的矽烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯形成混合溶液B；（2）將步驟1得到的混合溶液A加入到混合溶液B中混合均勻形成混合溶液C；（3）將步驟2得到的混合溶液C消泡處理得浸潤劑。將上述實施例1-3和對比例1-3中所製備得到的浸潤劑分別用於浸潤同種玄武巖纖維，將得到的玄武巖纖維進行性能測試和矽酸鹽水泥砂漿增強（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天後水泥砂漿韌性增強百分數（%）15天後水泥砂漿抗壓強度增強百分數（%）15天後水泥砂漿抗衝擊強度增強百分數（%）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1-3中採用本發明技術方案得到浸潤劑對玄武巖纖維進行浸潤處理，得到的玄武巖纖維拉申強度和斷裂伸長率好，對矽酸鹽水泥砂漿增強效果顯著；而對比例1中浸潤劑沒有添加改性劑，即為常規浸潤劑，用該浸潤劑處理後的玄武巖纖維為常規玄武巖纖維，纖維表面活性點位少和活性基團少，與水泥基材料的化學鍵合和機械鉚合作用差，對砂漿的韌性和抗衝擊強度增強作用顯著減弱；對比例2中沒有採用本發明中所保護的改性劑組分配比用量，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中沒有採用本發明中所保護的改性劑組分配比用量，矽酸鈉用量過大，浸潤劑對玄武巖纖維表面活化作用減弱，玄武巖纖維表面活性點位少和活性基團少，與水泥基材料的化學鍵合和機械鉚合作用差，對砂漿的韌性和抗衝擊強度增強作用顯著減弱。當前第1頁1 2 3