CN101235152A - 玄武岩连续纤维增强树脂复合材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玄武岩连续纤维增强树脂复合材料及其制造方法，以玄武岩连续纤维为增强材料，以含硅烷类化学组成成分的化学物质为偶联剂，以各种不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚树脂、氨基树脂、乙烯基树脂，或各种改良性的不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚、氨基树脂、乙烯基树脂等为基体，制造出玄武岩连续纤维加强树脂复合材料。某些物理力学性能优于玻璃纤维增强树脂，而且玄武岩连续纤维的耐水解性、耐腐蚀性能大大好于玻璃纤维，相对于碳纤维、Kevlar纤维来说，其性价比优势又十分明显。另外，玄武岩连续纤维增强树脂具有很好的耐高温性能、阻燃性能良好、综合性能好、价格低。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维增强树脂及其制造方法，尤其涉及一种玄武岩连续纤维增强树脂复合材料及其制造方法。
背景技术
纤维增强树脂(FRP)是由增强纤维和树脂基体组成。大多数树脂的拉伸强度很低，但具有很大的韧性和塑性；而增强纤维具有很高的拉伸强度，但很容易破坏。两者的结合对各自单一的性能进行了互补，使FRP的综合性能得到了大大的提高。当FRP受到载荷时，通常是由纤维承受大部分的载荷，而树脂则起到在纤维之间传递载荷的作用。通过使纤维在树脂内部不同方向排列，FRP可以在不同方向上获得不同的性能。FRP与传统的钢、铝等金属材料相比，具有明显的优越性能：高强重比、高拉伸模量比、耐腐蚀、耐高温和低热膨胀系数等。
由于FRP具有以上的优异的性能，因此在汽车工业、电子电气工业、建筑、机械、电动、化学防腐，甚至文化体育用品方面都得到广泛的应用。比如用以制造车身板、发动机支座、风机叶片轴承、设备罩壳、高尔夫球杆，还可用来增强混凝土、修补建筑等。
现有技术中的纤维增强树脂，一种是玻璃纤维增强树脂，生产的工艺条件也比较成熟，但是由于玻璃纤维在耐水解腐蚀性能方面比较差，致使玻璃纤维增强树脂的耐久性差，尤其是在长期荷载的作用下，容易产生蠕变而使其增强作用失效。
另一种是碳纤维或芳纶纤维增强树脂，其物理、化学性能较好，但是价格太高，性价比低，推广应用受到一定限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种物理、化学性能优良、价格低的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料，及该材料的制造方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料，包括原料：玄武岩连续纤维、树脂。
本发明的上述玄武岩连续纤维增强树脂复合材料的制造方法，包括步骤：
A、将所述玄武岩连续纤维在所述树脂的胶液中浸泡；
B、将浸泡后的玄武岩连续纤维制成需要的形状。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料及其制造方法，由于采用玄武岩连续纤维为增强材料，制成玄武岩连续纤维增强树脂复合材料，物理、化学性能优良，价格低。
具体实施方式
本发明的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料，其较佳的具体实施方式是，包括原料：玄武岩连续纤维、树脂。
其中，玄武岩连续纤维在该复合材料中的体积含量为10％-85％，可以是10、20、30、40、50、60、70、80、85％等含量。
还包括原料：硅烷偶联剂，用于促进玄武岩连续纤维表面活化，与树脂结合。
所述的树脂包括以下树脂中至少一种：
不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚树脂、乙烯基树脂、氨基树脂，或各种改良性的不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚树脂、乙烯基树脂、氨基树脂等，或其它的树脂。
本发明的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料的制造方法，主要包括：
步骤1、将所述玄武岩连续纤维在所述树脂的胶液中浸泡；
步骤2、将浸泡后的玄武岩连续纤维制成需要的形状。
所述的步骤1中，首先用硅烷偶联剂对所述玄武岩连续纤维进行表面处理；然后将进行过表面处理的玄武岩连续纤维在所述树脂的胶液中浸泡。
所述的树脂的胶液包括以下树脂的胶液中至少一种：
不饱和聚酯树脂胶液、酚醛树脂胶液、环氧树脂胶液、间苯二酚树脂胶液、乙烯基树脂胶液、氨基树脂树脂胶液，或各种改良性的不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚、乙烯基树脂、氨基树脂等胶液，或其它的树脂胶液。
所述的步骤2中，首先将浸泡后的玄武岩连续纤维挤压成需要形状的组坯；对所述组坯进行固化处理，得到需要形状的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料。
上述玄武岩连续纤维包括玄武岩连续纤维织物。
玄武岩连续纤维是以天然玄武岩矿石为原料，将矿石破碎后加入熔窑中，经过高温熔融、澄清均化、拉制成纤维。玄武岩纤维与其它的纤维相比，具有良好的物理化学性能：
如表1所示，玄武岩连续纤维及其制品具有优良的物理力学性能，玄武岩连续纤维的拉伸强度与E玻璃纤维相当，弹性模量高于E玻璃纤维，使用温度高于E玻璃纤维、S玻璃纤维和碳纤维。
表1.各种不同纤维主要物理力学性能
如表2所示，从各种纤维化学组成可以看出，玄武岩主要成分为SiO2，含量在50％左右与E玻璃纤维相当，Al2O3含量与C玻璃纤维相当，FeO和Fe2O3含量在9％-14％之间，明显高于各种玻璃纤维，并且还含有K2O，和TiO2等成分，这些化学成分对提高玄武岩纤维耐水、耐腐蚀性能起了重要的作用。
表2.玄武岩连续纤维与几种玻璃纤维的化学组成成分
| 化学成分 | 玄武岩连续纤维(％) | C玻璃纤维(％) | E玻璃纤维(％) | S玻璃纤维(％) |
| SiO2 | 51.6 | 65.7-67.7 | 52.0-53.4 | 65.0 |
| Al2O3 | 14.6-18.3 | 13.5-14.5 | 25.0 | |
| B2O3 | 5.4-6.4 | 8.0-9.0 | 25.0 | |
| CaO | 5.9-9.4 | 3.5-4.5 | 18.5-19.5 | |
| Na2+K2O | 3.6-5.2 | 13-14 | 0-1 | |
| TiO2 | 0.8-2.25 | 0-0.5 | ||
| Fe2O3+FeO | 9.0-14.0 | 0-0.6 | ||
| F2 | 0-0.5 | |||
| 其它 | 0.09-0.13 | 10 |
如表3所示，是玄武岩连续纤维与E玻璃纤维在水、酸和碱性溶液浸渍后质量损失率的测试结果，在2N HCl中煮沸3小时后重量损失率，E玻璃纤维损失率为38.9％，玄武岩连续纤维损失率仅为2.2％。在2N NaOH中煮沸3小时后重量损失率，E玻璃纤维损失率为6.00％，玄武岩连续纤维损失率仅为2.75％。上述试验结果说明了玄武岩连续纤维在酸碱性介质中具有更稳定的化学性能。
表3.玻璃纤维和玄武岩连续纤维在不同介质中煮沸后的质量损失率
下面以具体实施例对比本发明的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料与现有技术中的纤维增强树脂的物理性能进行比较：
如表4所示：具体实施例中共有4种本发明的产品：玄武岩连续纤维增强酚醛树脂复合材料、玄武岩连续纤维增强环氧树脂复合材料、玄武岩连续纤维增强间苯二酚树脂复合材料、玄武岩连续纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料。
表4现有技术与本发明技术产品性能对比
如表5所示：对现有技术中的各种纤维及其FRP产品的价格与本发明中玄武岩连续纤维及其FRP产品的价格进行比较：
表5各种纤维及其FRP价格
| 纤维类型 | 价格(人民币) |
| 玄武岩连续纤维 | 3万元——4万元/吨 |
| S玻璃纤维 | 7万元——8万元/吨 |
| Kevlar纤维 | 60万元--80万元/吨 |
| 碳纤维 | 300万元--700万元/吨 |
| 玄武岩连续纤维/间苯二酚树脂板 | 280元--320元/M2(厚度：1.4mm) |
| 玄武岩连续纤维/不饱和聚酯树脂板 | 180元--220元/M2(厚度：1.4mm) |
| 玄武岩连续纤维/环氧树脂板 | 250元--300元/M2(厚度：1.4mm) |
| 玄武岩连续纤维/酚醛树脂板 | 200元--250元/M2(厚度：1.4mm) |
| 碳纤维增强环氧树脂板 | 1500元--1800元/M2(厚度：1.4mm) |
有上述比较可以看出：玄武岩连续纤维增强树脂的物理力学性能优于玻璃纤维增强环氧树脂，而且玄武岩纤维的耐水解性、耐腐蚀性能大大好于玻璃纤维，相对于碳纤维、Kevlar纤维来说，其性价比优势又十分明显。另外，玄武岩连续纤维增强树脂具有很好的耐高温性能、阻燃性能良好、综合性能好、价格低。
本发明以玄武岩连续纤维为增强材料，以含硅烷类化学组成成分的化学物质为偶联剂，以各种不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚、乙烯基树脂、氨基树脂树脂，或各种改良性的不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚、乙烯基树脂、氨基树脂树脂等，或其它的树脂为基体，都可能制造出类似的玄武岩连续纤维加强树脂复合材料。其物理、化学性能优良，价格低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1. 一种玄武岩连续纤维增强树脂复合材料，其特征在于，包括原料：玄武岩连续纤维、树脂。
2. 根据权利要求1所述的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料，其特征在于，所述的玄武岩连续纤维在该复合材料中的体积含量为10％-85％。
3. 根据权利要求2所述的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料，其特征在于，所述的玄武岩连续纤维在该复合材料中的体积含量为50-80％。
4. 根据权利要求3所述的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料，其特征在于，所述的玄武岩连续纤维在该复合材料中的体积含量为70％。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料，其特征在于，还包括原料：硅烷偶联剂。
6. 根据权利要求1至4任一项所述的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料，其特征在于，所述的树脂包括以下树脂中至少一种：
不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚树脂。
7. 一种权利要求1至6所述的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料的制造方法，其特征在于，包括步骤：
A、将所述玄武岩连续纤维在所述树脂的胶液中浸泡；
B、将浸泡后的玄武岩连续纤维制成需要的形状。
8. 根据权利要求7所述的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料的制造方法，其特征在于，所述的步骤A包括：
A1、用硅烷偶联剂对所述玄武岩连续纤维进行表面处理；
A2、将进行过表面处理的玄武石连续纤维在所述树脂的胶液中浸泡；
所述玄武岩连续纤维包括玄武岩连续纤维织物。
9. 根据权利要求6所述的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料的制造方法，其特征在于，所述的步骤B包括：
B1、将浸泡后的玄武岩连续纤维挤压成需要形状的组坯；
B2、对所述组坯进行固化处理。
10. 根据权利要求6、7或8所述的玄武岩连续纤维增强树脂复合材料的制造方法，其特征在于，所述的树脂的胶液包括以下树脂的胶液中至少一种：
不饱和聚酯树脂胶液、酚醛树脂胶液、环氧树脂胶液、间苯二酚树脂胶液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20080806 |