CN106674912A - 一种高强度玄武岩纤维复合筋 - Google Patents

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Abstract

发明公开了一种高强度玄武岩纤维复合筋，是由玄武岩纤维经表面处理剂处理后，再由基体树脂浸渍并固化而成的纤维筋材；所述玄武岩纤维由以下成分制成：玄武岩石料、纳米碳化硅、改性松脂岩；所述基体树脂按重量份计由聚乙烯树脂、乙烯基酯树脂、松香制成。本发明涉及的玄武岩纤维复合筋具有较强的力学性能，可广泛应用于工业、民用等建筑行业、石油工业以及航空工业等等。

Description

一种高强度玄武岩纤维复合筋
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种高强度玄武岩纤维复合筋。
背景技术
在现有的复合材料领域，作为复合筋增强体的纤维主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、聚乙烯纤维等，但由于价格因素的限制，大部分纤维都只用于军事领域，只有玻璃纤维还广泛应用于民用领域，但在实际应用过程中，玻璃纤维作为复合筋增强体还存在一定的缺陷，如：（1）玻璃纤维的生产过程能耗较大，不利于节能环保；（2）玻璃纤维的制备工艺对对人体有害，尤其是玻璃纤维毛会对人体皮肤产生刺激作用，吸入人体后不能被分解或吸收，很可能引起肺部疾病甚至产生癌变；（3）环境污染大，玻璃纤维复合筋废弃后不能回收利用或自然降解，不利于环境的保护，等等。
为克服上述复合筋增强体的使用缺陷，人们提出了采用玄武岩纤维作为复合筋增强体的使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度玄武岩纤维复合筋，通过以下技术方案实现：
一种高强度玄武岩纤维复合筋，所述的高强度玄武岩纤维复合筋是由玄武岩纤维经表面处理剂处理后，再由基体树脂浸渍并固化而成的纤维筋材；
所述玄武岩纤维按重量份计由以下成分制成：玄武岩石料122-125、纳米碳化硅0.1-0.3、改性松脂岩0.8-1.2；
所述基体树脂按重量份计由聚乙烯树脂6-8、乙烯基酯树脂40-44、松香1-2制成。
进一步的，所述的玄武岩纤维制备方法为：玄武岩石料、纳米碳化硅、改性松脂岩在1480℃下熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，所述的玄武岩纤维直径为6-13μm。
进一步的，所述的改性松脂岩制备方法为：将松脂岩与其质量3.5倍的质量浓度为6.5%的双氧水混合浸泡处理10min，然后过滤，采用沸水清洗，再与其质量5%的竹醋原液均匀混合后，进行研磨30min，然后进行干燥，采用沸水清洗，再干燥，即可。
进一步的，所述的表面处理剂为沃兰处理剂和KH560处理剂按3:1质量比例混合而成。
进一步的，所述的高强度玄武岩纤维复合筋的制备方法，包括如下步骤：
（1）玄武岩纤维表面处理：将表面处理剂调配好后，与去离子水按1:88质量比例混合制成混合水溶液，将玄武岩放入制成的混合水溶液中浸泡，浸泡温度为50℃，浸泡时间为35min，然后进行研磨15min，过滤，烘干，自然放置5min后，再放入混合水溶液中浸泡，浸泡温度为40℃，浸泡时间为50min，然后过滤，干燥，即可；
（2）浸渍基体树脂：在基体树脂中依次加入促进剂和固化剂，搅拌均匀后制得胶液，基体树脂：促进剂：固化剂的重量配比为380:0.3:0.6，使用涂刷工具将该胶液涂覆上在经表面处理后的玄武岩纤维上；
（3）固化成型：将步骤（2）制得的玄武岩纤维按照0°或90°方向正交排列，放入固化成型装置中加压1.25MPa，升温至120℃，30min后，加压压力调节至0.72MPa，温度调节至110℃，1h后，即可制得高强度玄武岩纤维复合筋。
经试验证明，通过在玄武岩石料制备玄武岩纤维时添加一定量的碳化钛和改性松脂岩，使得制成的玄武岩纤维更加轻质高强、绝缘、耐高温和耐腐蚀，能够极大的提高玄武岩纤维单丝拉伸强度，由此制成的玄武岩纤维复合筋性能更加优异，本发明制备的玄武岩纤维复合筋具有耐腐蚀、耐久性能、耐疲劳以及良好空气稳定性等特点，能克服现有纤维增强复合筋存在材料脆性强、价格高等缺陷，具有较强的综合性能。
本发明有益效果：本发明涉及的玄武岩纤维复合筋具有较强的力学性能，可广泛应用于工业、民用等建筑行业、石油工业以及航空工业等等。本发明玄武岩纤维复合筋制备方法不仅制作步骤简单、快捷，还可实现工业化的大规模生产，制作成本低廉，通过本发明制备方法能够提高玄武岩纤维复合筋3-4%的拉伸强度和1-2%的弯曲强度。本发明采用的基体树脂按重量份计由聚乙烯树脂6-8、乙烯基酯树脂40-44、松香1-2制成，相较于采用单纯的乙烯基脂树脂，经试验证明，在使用本发明配制的基体树脂时，玄武岩纤维复合筋进行密度测试时，测试结果表明，其阻燃性、拉伸度和弯曲性能测试效果更佳，尤其是拉伸强度提高了0.8%左右。
具体实施方式
实施例1
一种高强度玄武岩纤维复合筋，所述的高强度玄武岩纤维复合筋是由玄武岩纤维经表面处理剂处理后，再由基体树脂浸渍并固化而成的纤维筋材；
所述玄武岩纤维按重量份计由以下成分制成：玄武岩石料122、纳米碳化硅0.1、改性松脂岩0.8；
所述基体树脂按重量份计由聚乙烯树脂6、乙烯基酯树脂40、松香1制成。
实施例2
一种高强度玄武岩纤维复合筋，所述的高强度玄武岩纤维复合筋是由玄武岩纤维经表面处理剂处理后，再由基体树脂浸渍并固化而成的纤维筋材；
所述玄武岩纤维按重量份计由以下成分制成：玄武岩石料125、纳米碳化硅0.3、改性松脂岩1.2；
所述基体树脂按重量份计由聚乙烯树脂8、乙烯基酯树脂44、松香2制成。
实施例3
一种高强度玄武岩纤维复合筋，所述的高强度玄武岩纤维复合筋是由玄武岩纤维经表面处理剂处理后，再由基体树脂浸渍并固化而成的纤维筋材；
所述玄武岩纤维按重量份计由以下成分制成：玄武岩石料122、纳米碳化硅0.2、改性松脂岩0.9；
所述基体树脂按重量份计由聚乙烯树脂7、乙烯基酯树脂42、松香1.6制成。
上述实施例中：
进一步的，所述的玄武岩纤维制备方法为：玄武岩石料、纳米碳化硅、改性松脂岩在1480℃下熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，所述的玄武岩纤维直径为6-13μm。
进一步的，所述的改性松脂岩制备方法为：将松脂岩与其质量3.5倍的质量浓度为6.5%的双氧水混合浸泡处理10min，然后过滤，采用沸水清洗，再与其质量5%的竹醋原液均匀混合后，进行研磨30min，然后进行干燥，采用沸水清洗，再干燥，即可。
进一步的，所述的表面处理剂为沃兰处理剂和KH560处理剂按3:1质量比例混合而成。
进一步的，所述的高强度玄武岩纤维复合筋的制备方法，包括如下步骤：
（1）玄武岩纤维表面处理：将表面处理剂调配好后，与去离子水按1:88质量比例混合制成混合水溶液，将玄武岩放入制成的混合水溶液中浸泡，浸泡温度为50℃，浸泡时间为35min，然后进行研磨15min，过滤，烘干，自然放置5min后，再放入混合水溶液中浸泡，浸泡温度为40℃，浸泡时间为50min，然后过滤，干燥，即可；
（2）浸渍基体树脂：在基体树脂中依次加入促进剂和固化剂，搅拌均匀后制得胶液，基体树脂：促进剂：固化剂的重量配比为380:0.3:0.6，使用涂刷工具将该胶液涂覆上在经表面处理后的玄武岩纤维上；
（3）固化成型：将步骤（2）制得的玄武岩纤维按照0°或90°方向正交排列，放入固化成型装置中加压1.25MPa，升温至120℃，30min后，加压压力调节至0.72MPa，温度调节至110℃，1h后，即可制得高强度玄武岩纤维复合筋。
对比例1：与实施例1区别仅为采用普通玄武岩纤维制备玄武岩纤维复合筋。
对比例2：与实施例1区别仅为在制备玄武岩纤维时不添加纳米碳化硅。
对比例3：与实施例1区别仅在于在玄武岩纤维复合筋制备过程中的固化成型时，将步骤（2）制得的玄武岩纤维按照0°或90°方向正交排列，放入固化成型装置中加压1.25MPa，升温至120℃，30min后，即可制得高强度玄武岩纤维复合筋。
对比例4：与实施例1区别仅在于基体树脂仅采用乙烯基酯树脂。
玄武岩纤维复合筋性能（玄武岩纤维直径为7微米，玄武岩纤维体积含量为37%）：
表1
拉伸强度MPa 弹性模量MPa 弯曲强度MPa 弯曲模量MPa
实施例1 287.2 17.0 504.4 17.8
实施例2 286.9 16.9 504.2 17.7
实施例3 286.7 16.7 504.3 17.5
对比例1 257.6 14.3 478.8 15.7
对比例2 262.7 15.0 489.5 16.3
对比例3 277.6 16.4 499.0 17.2
对比例4 284.9 16.5 502.1 17.3
由表1可以看出本发明制备的玄武岩纤维复合筋性能优越。

Claims (5)

1.一种高强度玄武岩纤维复合筋，其特征在于，所述的高强度玄武岩纤维复合筋是由玄武岩纤维经表面处理剂处理后，再由基体树脂浸渍并固化而成的纤维筋材；
所述玄武岩纤维按重量份计由以下成分制成：玄武岩石料122-125、纳米碳化硅0.1-0.3、改性松脂岩0.8-1.2；
所述基体树脂按重量份计由聚乙烯树脂6-8、乙烯基酯树脂40-44、松香1-2制成。
2.根据权利要求1所述的一种高强度玄武岩纤维复合筋，其特征在于，所述的玄武岩纤维制备方法为：玄武岩石料、纳米碳化硅、改性松脂岩在1480℃下熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，所述的玄武岩纤维直径为6-13μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种高强度玄武岩纤维复合筋，其特征在于，所述的改性松脂岩制备方法为：将松脂岩与其质量3.5倍的质量浓度为6.5%的双氧水混合浸泡处理10min，然后过滤，采用沸水清洗，再与其质量5%的竹醋原液均匀混合后，进行研磨30min，然后进行干燥，采用沸水清洗，再干燥，即可。
4.根据权利要求1所述的一种高强度玄武岩纤维复合筋，其特征在于，所述的表面处理剂为沃兰处理剂和KH560处理剂按3:1质量比例混合而成。
5.根据权利要求1所述的一种高强度玄武岩纤维复合筋，其特征在于，所述的高强度玄武岩纤维复合筋的制备方法，包括如下步骤：
（1）玄武岩纤维表面处理：将表面处理剂调配好后，与去离子水按1:88质量比例混合制成混合水溶液，将玄武岩放入制成的混合水溶液中浸泡，浸泡温度为50℃，浸泡时间为35min，然后进行研磨15min，过滤，烘干，自然放置5min后，再放入混合水溶液中浸泡，浸泡温度为40℃，浸泡时间为50min，然后过滤，干燥，即可；
（2）浸渍基体树脂：在基体树脂中依次加入促进剂和固化剂，搅拌均匀后制得胶液，基体树脂：促进剂：固化剂的重量配比为380:0.3:0.6，使用涂刷工具将该胶液涂覆上在经表面处理后的玄武岩纤维上；
（3）固化成型：将步骤（2）制得的玄武岩纤维按照0°或90°方向正交排列，放入固化成型装置中加压1.25MPa，升温至120℃，30min后，加压压力调节至0.72MPa，温度调节至110℃，1h后，即可制得高强度玄武岩纤维复合筋。
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