CN105506805A - 一种玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料的制备方法，属于复合材料制备领域。本发明是取乙醇溶液，用冰醋酸调节pH后，滴加γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷混合，在负压状态下，加入到装有苘麻纤维的锥形瓶中浸泡，然后进行等离子射频改性处理得改性苘麻纤维备用；再取玄武岩碾磨过筛得玄武岩颗粒缓慢放入坩埚中，保温加热使其完全融化，引丝得玄武岩纤维，与备用的改性苘麻纤维混合绞丝制得。本发明的有益效果是：本发明制备方法简单，生产成本低，用玄武岩纤维增强苘麻纤维性能，针对性强；所得产品机械性能和耐磨性好，强度高，束纤维排列一致，拉伸强度达121MPa以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料的制备方法，属于复合材料制备领域。
背景技术
苘麻（学名：AbutilontheophrastiMedicus），一年生亚灌木状草本，茎枝被柔毛。叶圆心形，边缘具细圆锯齿，两面均密被星状柔毛；叶柄被星状细柔毛；托叶早落。花单生于叶腋，花梗被柔毛；花萼杯状，裂片卵形；花黄色，花瓣倒卵形。蒴果半球形，种子肾形，褐色，被星状柔毛。花期7-8月。中国除青藏高原不产外，其他各省区均产，东北各地有栽培。常见于路旁、荒地和田野间。分布于越南、印度、日本以及欧洲、北美洲等地区。本种的茎皮纤维色白，具光泽，可编织麻袋、搓绳索、编麻鞋等纺织材料。种子含油量约15-16%，供制皂、油漆和工业用润滑油；全草可作药用。是一种一年生的麻类作物，在我国广泛种植，韧皮经处理后可制成长而强韧的纤维，可搓绳索或编织简单用具，但苘麻韧皮的合理开发应用在国内外尚属空白。苘麻纤维除与其他麻类纤维一样，具有价廉质轻、比强度、比模量高、拉伸强度高、耐摩擦性好等优良特性。此外，苘麻属于再生的天然纤维素纤维，热分解时不产生有害气体，可自然降解，不会对环境构成负担。苘麻韧皮须经过脱胶去除果胶、半纤维素和木质素等非纤维素物质，才能获得具有可纺性的纤维。但苘麻纤维经过微生物脱胶后，纤维细胞群受到破坏而解体，再经过梳理加工形成工艺纤维，导致苘麻纤维机械物理性能差，粗硬脆弱，束纤维排列错杂，不易梳开，强度低，耐磨性差。因此在此基础上研究出一种可增强苘麻纤维性能的方法，具有很好的发展前景和使用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对苘麻纤维经过微生物脱胶后，纤维细胞群受到破坏而解体，导致苘麻纤维机械物理性能差，粗硬脆弱，束纤维排列错杂，不易梳开，强度低，耐磨性差的弊端，提供了一种玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料的制备方法，本发明是取乙醇溶液，用冰醋酸调节pH后，滴加γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷混合，在负压状态下，加入到装有苘麻纤维的锥形瓶中浸泡，然后进行等离子射频改性处理得改性苘麻纤维备用；再取玄武岩碾磨过筛得玄武岩颗粒缓慢放入坩埚中，保温加热使其完全融化，引丝得玄武岩纤维，与备用的改性苘麻纤维混合绞丝制得。本发明制备方法简单，所得产品机械性能好，强度高，束纤维排列一致。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
（1）选取质量浓度为95%的乙醇溶液，对其使用冰醋酸调节其pH至3.1～3.3，随后按质量比1:20，将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在300～400r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其反应2～3h，制备得偶联剂改性溶液；
（2）将500～550g的苘麻纤维置于体积为1L的锥形瓶中，随后对瓶中空气进行抽离，形成真空压力为20～30Pa，在负压状态下，选取800～850mL的偶联剂改性溶液于锥形瓶中，使其淹没苘麻纤维1～2cm，浸泡10～15min；
（3）待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，使装有苘麻纤维的锥形瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为250～300kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性30～40min，制备得改性苘麻纤维备用；
（4）将玄武岩在高压装置中碾磨并过筛，制备得60～80目的玄武岩颗粒，然后将空的坩埚，置于炉顶和炉底分别开有直径20mm和30mm的小孔电炉内，对其升温至1350～1450℃后，将上述制得的玄武岩颗粒从炉顶加至坩埚中，保温加热20～30min，使其缓慢融化；
（5）待玄武岩颗粒完全融化后，将坩埚漏嘴处用玻璃棒进行引丝，收集直径为20～30μm的玄武岩纤维，随后按质量比1:1，将玄武岩纤维和上述制备的改性苘麻纤维混合绞丝，即可制备得1.2～1.5mm的玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料。
本发明的应用方法：将2～3kg制得的玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料置于织布机中纺织成布，所得布品柔软强韧，耐磨性好，断裂强度高，拉伸强度达121MPa以上，值得推广与使用。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备方法简单，生产成本低，用玄武岩纤维增强苘麻纤维性能，针对性强；
（2）所得产品机械性能和耐磨性好，强度高，束纤维排列一致，拉伸强度达121MPa以上。
具体实施方式
首先选取质量浓度为95%的乙醇溶液，对其使用冰醋酸调节其pH至3.1～3.3，随后按质量比1:20，将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在300～400r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其反应2～3h，制备得偶联剂改性溶液；然后将500～550g的苘麻纤维置于体积为1L的锥形瓶中，随后对瓶中空气进行抽离，形成真空压力为20～30Pa，在负压状态下，选取800～850mL的偶联剂改性溶液于锥形瓶中，使其淹没苘麻纤维1～2cm，浸泡10～15min；待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，使装有苘麻纤维的锥形瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为250～300kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性30～40min，制备得改性苘麻纤维备用；再将玄武岩在高压装置中碾磨并过筛，制备得60～80目的玄武岩颗粒，然后将空的坩埚，置于炉顶和炉底分别开有直径20mm和30mm的小孔电炉内，对其升温至1350～1450℃后，将上述制得的玄武岩颗粒从炉顶加至坩埚中，保温加热20～30min，使其缓慢融化；最后待玄武岩颗粒完全融化后，将坩埚漏嘴处用玻璃棒进行引丝，收集直径为20～30μm的玄武岩纤维，随后按质量比1:1，将玄武岩纤维和上述制备的改性苘麻纤维混合绞丝，即可制备得1.2～1.5mm的玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料。
实例1
首先选取质量浓度为95%的乙醇溶液，对其使用冰醋酸调节其pH至3.1，随后按质量比1:20，将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在300r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其反应2h，制备得偶联剂改性溶液；然后将500g的苘麻纤维置于体积为1L的锥形瓶中，随后对瓶中空气进行抽离，形成真空压力为20Pa，在负压状态下，选取800mL的偶联剂改性溶液于锥形瓶中，使其淹没苘麻纤维1cm，浸泡10min；待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，使装有苘麻纤维的锥形瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为250kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性30min，制备得改性苘麻纤维备用；再将玄武岩在高压装置中碾磨并过筛，制备得60目的玄武岩颗粒，然后将空的坩埚，置于炉顶和炉底分别开有直径20mm和30mm的小孔电炉内，对其升温至1350℃后，将上述制得的玄武岩颗粒从炉顶加至坩埚中，保温加热20min，使其缓慢融化；最后待玄武岩颗粒完全融化后，将坩埚漏嘴处用玻璃棒进行引丝，收集直径为20μm的玄武岩纤维，随后按质量比1:1，将玄武岩纤维和上述制备的改性苘麻纤维混合绞丝，即可制备得1.2mm的玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料。
将2kg制得的玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料置于织布机中纺织成布，所得布品柔软强韧，耐磨性好，断裂强度高，拉伸强度达121.9MPa，值得推广与使用。
实例2
首先选取质量浓度为95%的乙醇溶液，对其使用冰醋酸调节其pH至3.2，随后按质量比1:20，将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在350r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其反应2.5h，制备得偶联剂改性溶液；然后将525g的苘麻纤维置于体积为1L的锥形瓶中，随后对瓶中空气进行抽离，形成真空压力为25Pa，在负压状态下，选取825mL的偶联剂改性溶液于锥形瓶中，使其淹没苘麻纤维1.5cm，浸泡13min；待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，使装有苘麻纤维的锥形瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为275kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性35min，制备得改性苘麻纤维备用；再将玄武岩在高压装置中碾磨并过筛，制备得70目的玄武岩颗粒，然后将空的坩埚，置于炉顶和炉底分别开有直径20mm和30mm的小孔电炉内，对其升温至1400℃后，将上述制得的玄武岩颗粒从炉顶加至坩埚中，保温加热25min，使其缓慢融化；最后待玄武岩颗粒完全融化后，将坩埚漏嘴处用玻璃棒进行引丝，收集直径为25μm的玄武岩纤维，随后按质量比1:1，将玄武岩纤维和上述制备的改性苘麻纤维混合绞丝，即可制备得1.35mm的玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料。
将2.5kg制得的玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料置于织布机中纺织成布，所得布品柔软强韧，耐磨性好，断裂强度高，拉伸强度达123.8MPa，值得推广与使用。
实例3
首先选取质量浓度为95%的乙醇溶液，对其使用冰醋酸调节其pH至3.3，随后按质量比1:20，将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在400r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其反应3h，制备得偶联剂改性溶液；然后将550g的苘麻纤维置于体积为1L的锥形瓶中，随后对瓶中空气进行抽离，形成真空压力为30Pa，在负压状态下，选取850mL的偶联剂改性溶液于锥形瓶中，使其淹没苘麻纤维2cm，浸泡15min；待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，使装有苘麻纤维的锥形瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为300kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性40min，制备得改性苘麻纤维备用；再将玄武岩在高压装置中碾磨并过筛，制备得80目的玄武岩颗粒，然后将空的坩埚，置于炉顶和炉底分别开有直径20mm和30mm的小孔电炉内，对其升温至1450℃后，将上述制得的玄武岩颗粒从炉顶加至坩埚中，保温加热30min，使其缓慢融化；最后待玄武岩颗粒完全融化后，将坩埚漏嘴处用玻璃棒进行引丝，收集直径为30μm的玄武岩纤维，随后按质量比1:1，将玄武岩纤维和上述制备的改性苘麻纤维混合绞丝，即可制备得1.5mm的玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料。
将3kg制得的玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料置于织布机中纺织成布，所得布品柔软强韧，耐磨性好，断裂强度高，拉伸强度达126.3MPa，值得推广与使用。
Claims (1)
1.一种玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）选取质量浓度为95%的乙醇溶液，对其使用冰醋酸调节其pH至3.1～3.3，随后按质量比1:20，将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在300～400r/min速度下，缓慢滴加至上述溶液中，使其反应2～3h，制备得偶联剂改性溶液；
（2）将500～550g的苘麻纤维置于体积为1L的锥形瓶中，随后对瓶中空气进行抽离，形成真空压力为20～30Pa，在负压状态下，选取800～850mL的偶联剂改性溶液于锥形瓶中，使其淹没苘麻纤维1～2cm，浸泡10～15min；
（3）待浸泡完成后，设置等离子射频装置频率，打开射频电源，使装有苘麻纤维的锥形瓶置于射频两极的中间，打开射频电源后，在处理时外部电极间设置放电功率为250～300kW，进行等离子射频处理，使其偶联改性30～40min，制备得改性苘麻纤维备用；
（4）将玄武岩在高压装置中碾磨并过筛，制备得60～80目的玄武岩颗粒，然后将空的坩埚，置于炉顶和炉底分别开有直径20mm和30mm的小孔电炉内，对其升温至1350～1450℃后，将上述制得的玄武岩颗粒从炉顶加至坩埚中，保温加热20～30min，使其缓慢融化；
（5）待玄武岩颗粒完全融化后，将坩埚漏嘴处用玻璃棒进行引丝，收集直径为20～30μm的玄武岩纤维，随后按质量比1:1，将玄武岩纤维和上述制备的改性苘麻纤维混合绞丝，即可制备得1.2～1.5mm的玄武岩纤维增强改性苘麻纤维复合材料。
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