一種玄武巖纖維複合筋的製備方法
2024-04-07 15:37:05
一種玄武巖纖維複合筋的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種玄武巖纖維複合筋的製備方法，所述的玄武巖纖維複合筋是由玄武巖纖維經表面處理劑處理後，再由基體樹脂浸漬並固化而成的纖維筋材，包括纖維表面處理、浸漬基體樹脂以及固化成型三個步驟製作而成，所述的玄武巖纖維是由粗紗或紡織加工用的複合加捻粗紗製作而成，其直徑為7～13μm。本發明克服了現有玻璃纖維製作工藝中存在的諸多缺陷，採用塗刷、浸漬、真空加壓、烘乾等操作步驟，不僅製作步驟簡單、快捷，還可實現工業化的大規模生產，製作成本低廉。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明是一種玄武巖纖維複合筋的製備方法，具體涉及利用玄武巖纖維增強材料 製作的複合筋的製備方法，屬於複合材料的製備領域。 一種玄武巖纖維複合筋的製備方法
【背景技術】
[0002] 在現有的複合材料領域，作為複合筋增強體的纖維主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖 維、氧化鋁纖維、碳化矽纖維、聚乙烯纖維等，但由於價格因素的限制，大部分纖維都只用於 軍事領域，只有玻璃纖維還廣泛應用於民用領域，但在實際應用過程中，玻璃纖維作為複合 筋增強體還存在一定的缺陷，如： (1) 玻璃纖維的生產過程能耗較大，不利於節能環保； (2) 玻璃纖維的製備工藝對對人體有害，尤其是玻璃纖維毛會對人體皮膚產生刺激作 用，吸入人體後不能被分解或吸收，很可能引起肺部疾病甚至產生癌變； (3) 環境汙染大，玻璃纖維複合筋廢棄後不能回收利用或自然降解，不利於環境的保 護，等等。
[0003] 當然，為克服上述複合筋增強體的使用缺陷，人們提出了採用連續玄武巖纖維作 為複合筋增強體的使用，對於連續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的高溫下熔融後，通過鉬鍺合金拉絲漏板拉絲製造而成的連續纖維，具有高 強度、高模量、耐高溫、抗氧化、耐酸鹼、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良性能，同時，也是一種新型的環保纖維。
[0004] 現有的專利文獻CN101531806 (-種聚苯二甲酸乙二醇脂/玄武巖纖維複合材料 及其製備方法2009. 9. 16)和CN103044877A (-種含改性玄武巖纖維和聚合物的複合材料 及其製備方法2013. 04. 17)均揭示了一種利用玄武巖纖維作為增強體用於製作複合材料 的製備方法，但我們對上述製備方法獲得複合材料產品以及市面上出現的由連續玄武巖纖 維複合材料進行性能測試，測試結果表明，不同工藝條件對複合材料的力學性能有很大的 影響，主要表現在玄武巖纖維材料體系的組成、纖維表面處理的選擇以及複合材料的結構 等方面，而現有的複合材料在力學性能上還有待加強，為此，本發明專門提出了一種玄武巖 纖維複合筋的製備方法。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於提供一種玄武巖纖維複合筋的製備方法，克服了現有玻璃纖維 製作工藝中存在的諸多缺陷，具有製作步驟簡單、快捷等優勢，適宜廣泛推廣使用。
[0006] 本發明通過下述技術方案實現：一種玄武巖纖維複合筋的製備方法，所述的玄武 巖纖維複合筋是由玄武巖纖維經表面處理劑處理後，再由基體樹脂浸漬並固化而成的纖維 筋材，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1?5%的水溶液，並使用塗刷工具將該 水溶液塗覆上在玄武巖纖維的外表面，塗刷1?11次後，再將玄武巖纖維放入真空烘箱在 75?95°C下抽真空加熱20?40min除去水分，然後，調節真空烘箱溫度為100?120°C，並 反應80?lOOmin後，完成玄武巖纖維的表面處理； (2) 浸漬基體樹脂：在基體樹脂中依次加入促進劑和固化劑，攪拌均勻後製得膠液，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)，使用塗刷工具將 該膠液塗覆上在經表面處理後的玄武巖纖維上，塗刷次數為1?11次； (3) 固化成型：將步驟（2)製得的玄武巖纖維按照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後，製得玄武巖 纖維複合筋。
[0007] 進一步的，按重量配比計，所述的玄武巖纖維包括以下組份： S02 : 45 ?60% ; A1203 :12 ?19% ; CaO :6 ?12% ; Fe203 *FeO :9. 1?15%，本發明涉及的玄武巖纖維複合筋是由特定組份含量的玄武巖纖 維製作而成，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、重鍊冶 煉過的組份穩定的礦石原料，開採也十分方便，該玄武巖纖維的性能十分優越，其中，S0 2是 玄武巖纖維的主要成分，維持了纖維的化學穩定性和機械強度；而A1203除能提高玄武巖纖 維的化學穩定性外，同樣的，還能提高其熱穩定性和機械強度。
[0008] 在本發明中，所述的玄武巖纖維是由粗紗或紡織加工用的複合加捻粗紗製作而 成，其直徑為7?13 μ m。
[0009] 在實際操作過程中，玄武巖纖維在經表面處理後，會提高基體樹脂與玄武巖纖維 的複合性能，在此，所述的表面處理劑包括：由通式R nSiX4_n表示的有機矽烷類偶聯劑，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] 在本發明中，所述的基體樹脂選自乙烯基脂樹脂、環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：氣基甲酸醋改性乙稀基脂樹 月旨、雙酚Α改性環氧乙烯基脂樹脂等。
[0013] 本發明與現有技術相比，具有以下優點及有益效果： (1)本發明涉及的玄武巖纖維複合筋是由特定組份含量的玄武巖纖維依次經表面處理 和浸漬基體樹脂後製得，基於玄武巖纖維具有的良好的化學穩定性能、熱穩定性以及機械 強度，複合而成的玄武巖纖維複合筋也具有較強的力學性能，可廣泛應用於工業、民用等建 築行業、石油工業以及航空工業等等。
[0014] (2)本發明克服了現有玻璃纖維製作工藝中存在的諸多缺陷，採用塗刷、浸漬、真 空加壓、烘乾等操作步驟，不僅製作步驟簡單、快捷，還可實現工業化的大規模生產，製作成 本低廉。
[0015] (3)本發明設計合理，在實際操作過程中，可採用沃蘭處理劑或KH560處理劑作為 表面處理劑，用於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複合性能 的目的，使用效果良好。
[0016] (4)本發明涉及的基體樹脂可選自乙烯基脂樹脂、環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 環氧乙烯基脂樹脂等，經試驗證明，在使用乙烯基脂樹脂浸漬的玄武巖纖維筋進行密度測 試時，測試結果表面，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] 下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
[0018] 實施例1 : 本發明提出了一種玄武巖纖維複合筋的製備方法，該玄武巖纖維複合筋是由玄武巖纖 維經表面處理劑處理後，再由基體樹脂浸漬並固化而成的纖維筋材。
[0019] 以下是對本發明技術方案的進一步描述： 在本發明中，玄武巖纖維是由粗紗或紡織加工用的複合加捻粗紗製作而成，其直徑可 選用7 μ m，按重量配比計，玄武巖纖維包括以下組份： S02 :52. 43% ； Al2〇3 :18. 33% ； CaO ：7. 68% ； Fe203 · FeO ：10. 53% ； 其他（如：Na20、K20、MgO、Ti02 等）：11. 03%。
[0020] 本發明涉及的玄武巖纖維複合筋是由特定組份含量的玄武巖纖維製作而成，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、重鍊冶煉過的組份穩定的 礦石原料，開採也十分方便，該玄武巖纖維的性能十分優越，其中，S0 2是玄武巖纖維的主要 成分，維持了纖維的化學穩定性和機械強度；而A1203除能提高玄武巖纖維的化學穩定性 夕卜，同樣的，還能提高其熱穩定性和機械強度。
[0021] 表面處理劑包括：由通式RnSiX4_n表示的有機矽烷類偶聯劑，其中，R包括甲氧基或 乙氧基，η為1、2或3,主要用於玄武巖纖維的表面處理，經表面處理劑處理後的玄武巖纖維 在與基體樹脂複合的過程中，它能有利於玄武巖纖維與基體樹脂之間形成一個良好的粘接 界面，從而達到提高其複合性能的目的，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。
[0022] 基體樹脂可選自乙烯基脂樹脂、環氧樹脂以及不飽和聚酯樹脂中的一種或多種， 主要用於玄武巖纖維的浸漬，在充分浸潤的基礎上，基體樹脂即填充於玄武巖纖維的表面， 待樹脂固化後，即可在基體樹脂與玄武巖纖維表面的凹陷和縫隙處實現機械鑲嵌聯接，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。
[0023] 本實施例涉及的玄武巖纖維複合筋的製備方法包括如下步驟： (1) 纖維表面處理：將沃蘭處理劑配置成濃度為1%的水溶液，並使用塗刷工具將該水 溶液塗覆上在玄武巖纖維的外表面，塗刷11次後，再將玄武巖纖維放入真空烘箱在75°c下 抽真空加熱20min除去水分，然後，調節真空烘箱溫度為KKTC，並反應80min後，完成玄武 巖纖維的表面處理； (2) 浸漬基體樹脂：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 均勻後製得膠液，基體樹脂：促進劑：固化劑的重量配比為400: 0.5: 0.5,使用塗刷工具將 該膠液塗覆上在經表面處理後的玄武巖纖維上，塗刷次數為11次； (3)固化成型：將步驟（2)製得的玄武巖纖維按照0°或90°方向正交排列，放入固化 成型裝置中加壓〇. 5MPa，升溫至11(TC，固化反應0. 5h後，製得玄武巖纖維複合筋，其纖維 體積含量為37%。
[0024] 實施例2 : 在本實施例中，玄武巖纖維的選直徑用9 μ m，按重量配比計，玄武巖纖維包括以下組 份： S02 ：52. 43% ； Al2〇3 :18. 33% ； CaO ：7. 68% ； Fe203 · FeO ：10. 53% ； 其他（如：Na20、K20、MgO、Ti02 等）：11. 03%。
[0025] 表面處理劑選用KH560處理劑。
[0026] 基體樹脂選用雙酚A改性環氧乙烯基脂樹脂。
[0027] 在本發明中，所述的玄武巖纖維複合筋的製備方法，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，並使用塗刷工具將該 水溶液塗覆上在玄武巖纖維的外表面，塗刷11次後，再將玄武巖纖維放入真空烘箱在80°C 下抽真空加熱30min除去水分，然後，調節真空烘箱溫度為110°C，並反應90min後，完成玄 武巖纖維的表面處理； (2 )浸漬基體樹脂：在雙酚A改性環氧乙烯基脂樹脂中依次加入促進劑和固化劑，攪拌 均勻後製得膠液，基體樹脂：促進劑：固化劑的重量配比為400:1: 1，使用塗刷工具將該膠 液塗覆上在經表面處理後的玄武巖纖維上，塗刷次數為11次； (3)固化成型：將步驟（2)製得的玄武巖纖維按照0°或90°方向正交排列，放入固化 成型裝置中加壓l.OMPa，升溫至120°C，固化反應lh後，製得玄武巖纖維複合筋，其纖維體 積含量為37%。
[0028] 實施例3 : 在本實施例中，玄武巖纖維的選直徑用13 μ m，按重量配比計，玄武巖纖維包括以下組 份： S02 ：52. 43% ； Al2〇3 :18. 33% ； CaO ：7. 68% ； Fe203 · FeO ：10. 53% ； 其他（如：Na20、K20、MgO、Ti02 等）：11. 03%。
[0029] 表面處理劑選用KH560處理劑。
[0030] 基體樹脂選用氨基甲酸酯改性乙烯基脂樹脂。
[0031] 在本發明中，所述的玄武巖纖維複合筋的製備方法，包括如下步驟： (1)纖維表面處理：將KH560處理劑配置成濃度為5%的水溶液，並使用塗刷工具將該 水溶液塗覆上在玄武巖纖維的外表面，塗刷11次後，再將玄武巖纖維放入真空烘箱在95°C 下抽真空加熱40min除去水分，然後，調節真空烘箱溫度為120°C，並反應lOOmin後，完成玄
【權利要求】
1. 一種玄武巖纖維複合筋的製備方法，其特徵在於：所述的玄武巖纖維複合筋是由 玄武巖纖維經表面處理劑處理後，再由基體樹脂浸漬並固化而成的纖維筋材，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1?5%的水溶液，並使用塗刷工具將該 水溶液塗覆上在玄武巖纖維的外表面，塗刷1?11次後，再將玄武巖纖維放入真空烘箱在 75?95°C下抽真空加熱20?40min除去水分，然後，調節真空烘箱溫度為100?120°C，並 反應80?lOOmin後，完成玄武巖纖維的表面處理； (2) 浸漬基體樹脂：在基體樹脂中依次加入促進劑和固化劑，攪拌均勻後製得膠液，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)，使用塗刷工具將 該膠液塗覆上在經表面處理後的玄武巖纖維上，塗刷次數為1?11次； (3) 固化成型：將步驟（2)製得的玄武巖纖維按照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後，製得玄武巖 纖維複合筋。
2. 根據權利要求1所述的一種玄武巖纖維複合筋的製備方法，其特徵在於：按重量配 比計，所述的玄武巖纖維包括以下組份： S02 : 45 ?60% ; A1203 :12 ?19% ; CaO :6 ?12% ; Fe203 · FeO :9· 1 ?15%。
3. 根據權利要求2所述的一種玄武巖纖維複合筋的製備方法，其特徵在於：所述的玄 武巖纖維是由粗紗或紡織加工用的複合加捻粗紗製作而成，其直徑為7?13 μ m。
4. 根據權利要求1所述的一種玄武巖纖維複合筋，其特徵在於：所述的表面處理劑包 括：由通式RnSiX 4_n表示的有機矽烷類偶聯劑，其中，R包括甲氧基或乙氧基，η為1、2或3。
5. 根據權利要求4所述的一種玄武巖纖維複合筋，其特徵在於：所述的表面處理劑為 沃蘭處理劑或ΚΗ560處理劑。
6. 根據權利要求1所述的一種玄武巖纖維複合筋，其特徵在於：所述的基體樹脂選自 乙烯基脂樹脂、環氧樹脂以及不飽和聚酯樹脂中的一種或多種。
7. 根據權利要求6所述的一種玄武巖纖維複合筋，其特徵在於：所述的基體樹脂為乙 稀基脂樹脂。
【文檔編號】C08K3/36GK104059238SQ201410288656
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】王靈 申請人:四川航天五源複合材料有限公司