CN107954596A - 一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法 - Google Patents

一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法 Download PDF

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张成文
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Abstract

本发明公开了一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法，本发明中将解束处理后的海泡石纤维与玄武岩混合，通过高温熔融离心拉丝形成形成新网状结构的复合材料，同时在拉丝过程中通过雾化湿法化学腐蚀法对纤维进行刻蚀处理，使纤维表面活性提高，增加纤维的比表面积，从而增加纤维与树脂的界面胶合性能，利用本发明方法对玄武岩纤维材料的内部结构和化学组成进行改造，使复合纤维的化学耐久性、柔韧性和耐热强度都有显著提高。

Description

一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性玄武岩纤维的制备方法，具体涉及一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法。
背景技术
玄武岩是以天然的火山岩为原料，通过高温熔融拉丝而成的连续纤维，它具有原料来源广泛便宜、生产中无“三废”产生，综合性能好、性价比等优点，可替代昂贵与匮乏材料，也可替代玻璃纤维和石棉等材料，不产生石棉相关的环境问题。一般玄武岩熔化温度在1500℃以下，它们在熔化时发生Fe2+、Fe3+的氧化过程，使熔体的粘度降低，加速了熔化，在1300-1450℃温度范围内可拉丝制纤。
但是玄武岩纤维直径粗、脆性大且扎手，纤维(束)表面光滑、吸附性差、难于分散，用其作为摩擦材料增强纤维制成的摩擦材料制品时，其摩擦磨损性能波动甚大。
海泡石的微观形貌均呈纤维束状，束径为0.1-0.3μm，平均0.1μm，长径比为1:60-1: l00。当海泡石纤维与摩擦材料中其它成分复合时，提高了材料中个组分之间的结合强度，使材料的剪切强度得到增强，达到了纤维增强效果。可使材料达到密度小、抗剪切强、摩擦系数稳定、制动噪音下降。而且海泡石纤维的价格也比较便宜。
由于天然海泡石纤维以纤维集合体的形式产出，纤维间互相胶结在一起，难以松解和分散。商品海泡石虽经矿山破碎，其中仍含有大量粗纤维束，给工业利用带来一定困难。因此，纤维束的有效剥离是其有效利用的前提。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法，利用本发明方法对玄武岩纤维材料的内部结构和化学组成进行改造，使复合纤维的化学耐久性、柔韧性和耐热强度都有显著提高。
一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法，包括以下具体步骤：
（1）海泡石纤维的松解处理：
将20-30份清洗干燥后的海泡石与4-8wt%盐酸按一定质量比例混合，常温下用磁搅拌器搅拌均匀，间歇补加盐酸溶液控制pH值在2.8-3.2，再用分散机在2000-3000r/min的条件下分散50-70分钟，抽滤，粉碎，然后水洗至中性，得到滤饼，之后采用超音速气流粉碎设备中对滤饼进行粉碎，得到解束处理后的海泡石纤维；
（2）把40-70份玄武岩纤维进行粉碎至2-3mm，清洗干燥后，加入上述海泡石纤维混合均匀，将混合料装入氧化锆甘埚中，放入高温电阻炉内，电炉的升温速率为150-250℃/h，当炉温达到1450-1500℃时全部熔化；
（3）再将上述熔化后的混合熔体降温至1300-1400℃，熔体通过熔炉流口进入四辊离心机，控制离心速度在9000-12000r/min，进行离心吹甩形成纤维，同时将6-18份刻蚀液加入雾化容器中，采用气体压力雾化法喷射到纤维表面；
（4）将上述纤维进行短化、膨化处理，即制得成品纤维复合材料。
其中，步骤（1）中所述的海泡石与盐酸溶液的质量比为1：15。
其中，所述的超音速气流粉碎过程中，气流压力为0.6-1.0MPa，分级轮转速为2500-3000r/min。
其中，所述的刻蚀液是由盐酸、氯化铵与去离子水按照1-2:2-3:4的体积比混合均匀而成。
其中，所述的雾化气流气压为0.6-0.8MPa，喷吹风压为6-10MPa。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本方法以水作为分散介质，并用盐酸反应掉海泡石纤维间胶结物，通过搅拌加速杂质矿物微粒的分散，解离出的纤维快速脱离基体，实现纤维的保护，避免纤维的径向断裂，提高海泡石纤维的长径比，之后利用气流粉碎设备再次对纤维束进行解离分散，一方面可以将由于水相分散抽滤后重新聚结的海泡石纤维分散开，另一方面可以在海泡石保持纤维状前提下进一步解束，从而达到较好的解束效果，更容易与玄武岩分散混合均匀。
（2）本发明中将解束处理后的海泡石纤维与玄武岩混合，通过高温熔融离心拉丝形成复合纤维，因为海泡石和玄武岩都属于硅酸盐聚合物，都有四面体SiO2网状结构和相近的化学组成，相互混熔可形成新网状结构的复合材料，同时在拉丝过程中通过雾化湿法化学腐蚀法对纤维进行刻蚀处理，使纤维表面活性提高，增加纤维的比表面积，从而增加纤维与树脂的界面胶合性能，相比较于普通的化学浸入腐蚀法，纤维表面刻蚀均匀性更高，刻蚀时间更加可控，不易出现过刻蚀现象，且刻蚀后纤维表面干净无残留。
具体实施方式
一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法，包括以下具体步骤：
（1）海泡石纤维的松解处理：
将25份清洗干燥后的海泡石与6wt%盐酸按一定质量比例混合，常温下用磁搅拌器搅拌均匀，间歇补加盐酸溶液控制pH值在3，再用分散机在3000r/min的条件下分散60分钟，抽滤，粉碎，然后水洗至中性，得到滤饼，之后采用超音速气流粉碎设备中对滤饼进行粉碎，得到解束处理后的海泡石纤维；
（2）把60份玄武岩纤维进行粉碎至2-3mm，清洗干燥后，加入上述海泡石纤维混合均匀，将混合料装入氧化锆甘埚中，放入高温电阻炉内，电炉的升温速率为200℃/h，当炉温达到1480℃时全部熔化；
（3）再将上述熔化后的混合熔体降温至1350℃，熔体通过熔炉流口进入四辊离心机，控制离心速度在9000r/min，进行离心吹甩形成纤维，同时将12份刻蚀液加入雾化容器中，采用气体压力雾化法喷射到纤维表面；
（4）将上述纤维进行短化、膨化处理，即制得成品纤维复合材料。
其中，步骤（1）中所述的海泡石与盐酸溶液的质量比为1：15。
其中，所述的超音速气流粉碎过程中，气流压力为0.8MPa，分级轮转速为2500r/min。
其中，所述的刻蚀液是由盐酸、氯化铵与去离子水按照2:3:4的体积比混合均匀而成。
其中，所述的雾化气流气压为0.8MPa，喷吹风压为6MPa。

Claims (5)

1.一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
（1）海泡石纤维的松解处理：
将20-30份清洗干燥后的海泡石与4-8wt%盐酸按一定质量比例混合，常温下用磁搅拌器搅拌均匀，间歇补加盐酸溶液控制pH值在2.8-3.2，再用分散机在2000-3000r/min的条件下分散50-70分钟，抽滤，粉碎，然后水洗至中性，得到滤饼，之后采用超音速气流粉碎设备中对滤饼进行粉碎，得到解束处理后的海泡石纤维；
（2）把40-70份玄武岩纤维进行粉碎至2-3mm，清洗干燥后，加入上述海泡石纤维混合均匀，将混合料装入氧化锆甘埚中，放入高温电阻炉内，电炉的升温速率为150-250℃/h，当炉温达到1450-1500℃时全部熔化；
（3）再将上述熔化后的混合熔体降温至1300-1400℃，熔体通过熔炉流口进入四辊离心机，控制离心速度在9000-12000r/min，进行离心吹甩形成纤维，同时将6-18份刻蚀液加入雾化容器中，采用气体压力雾化法喷射到纤维表面；
（4）将上述纤维进行短化、膨化处理，即制得成品纤维复合材料。
2.根据权利要求书1所述的一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的海泡石与盐酸溶液的质量比为1：15。
3.根据权利要求书1所述的一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述的超音速气流粉碎过程中，气流压力为0.6-1.0MPa，分级轮转速为2500-3000r/min。
4.根据权利要求书1所述的一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述的刻蚀液是由盐酸、氯化铵与去离子水按照1-2:2-3:4的体积比混合均匀而成。
5.根据权利要求书1所述的一种高长径比海泡石改性玄武岩纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述的雾化气流气压为0.6-0.8MPa，喷吹风压为6-10MPa。
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