CN108059364A - 一种玄武岩纤维用反应型浸润剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维用反应型浸润剂的制备方法，本发明浸润剂浆料中以环氧乳液为成膜剂，添加异氰酸酯化二氧化硅粒子，纳米粒子的添加能够增加玄武岩纤维表面的有效表面积，使得纤维与树脂基体在复合的时候产生锚钉效应，有效地增加纤维与基体之间的结合作用力，改善复合材料的界面性能。在使用本发明浸润剂对纤维进行浸胶处理时，温度升高至一定程度时，环氧基团发生开环与‑CNO基团反应，在成膜后膜粘度较高，丝与丝之间的抱合紧密，使纤维具有良好的集束性，其力学性能、耐磨性均得到大幅度提高。

Description

一种玄武岩纤维用反应型浸润剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种玄武岩纤维浸润剂的制备方法，具体涉及一种玄武岩纤维用反应型浸润剂的制备方法。
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。
玄武岩纤维是一种脆性材料，在其拉丝工艺中必须通过涂油器，将浸润剂均匀涂覆在其表面，形成一层保护层，保护玄武岩纤维的力学性能不受损，并赋予玄武岩纤维进一步加工所需要的性能。因此，玄武岩纤维的应用离不开其表面涂层，涂层的组成性能决定了玄武岩纤维性能及应用方向。目前对玄武岩纤维上浆的研究比较成熟，都采用乳液型浸润剂进行高性能纤维上浆处理。
针对有机涂层表面比较光滑，使纤维与树脂的界面相容性较差的问题，对表面光滑的玄武岩纤维进行纳米改性研究，目的是通过改变纤维表面粗糙度提高纤维与树脂界面相容性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种玄武岩纤维用反应型浸润剂的制备方法，改善纤维与树脂基体之间的界面结合性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种玄武岩纤维用反应型浸润剂的制备方法，包括以下具体步骤：
（1）偶联剂的水解：
称取偶联剂用量20-30倍的去离子水，滴加醋酸调节pH值至3-4之间，在缓慢搅拌情况下缓慢滴加8-15份偶联剂KH550，滴加完毕后继续搅拌1-2小时，直至溶液澄清透明，无明显油状物存在，补加醋酸保持溶液pH值在5-6，备用；
（2）SiO2纳米粒子的异氰酸酯化：
在反应瓶中加入6-13份纳米二氧化硅，加入160-300份甲苯为溶剂，并在氮气的保护下，加入17-26份2,4-甲苯二异氰酸酯，然后于超声仪中超声处理25-45分钟，超声完毕后，再滴入0.02-0.4份二月桂酸二丁基锡，在磁力搅拌下回流反应，反应液逐渐变白并不再透明后继续反应3-5小时，处理后对粒子进行离心分离、水洗，反复操作数次后，干燥备用；
（3）成膜剂的稀释：
将45-65份环氧树脂乳液加入适量去离子水中，通过相反转法制成白色乳液，制的乳液粒径在0.7微米以下，乳液稀释2-5倍左右；
（4）各组分的混合：
先将稀释好的成膜剂倒入容器中，加入上述改性处理后的SiO2纳米粒子、2-4份润滑剂，机械搅拌混合均匀后，最后加入上述水解好的偶联剂，混合充分以后在中速搅拌下混合1-2小时，即得到所需要的浸润剂。
其中，所述的超声仪的超声频率为40-60kHz。
其中，所述的润滑剂是使用去离子水配制而成的浓度为50-60%的混合液。
其中，所述的润滑剂为脂肪酸酰胺、聚酯、羧酸中的一种或两种以上组成的混合物。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明中以环氧乳液为成膜剂，存在活泼的环氧基团可以与二氧化硅粒子表面的羟基反应，提高二氧化硅粒子在浸润剂中的相容性，使得SiO2纳米粒子能够稳定地存在于乳液中，在浸润剂浆料中添加纳米粒子能够增加玄武岩纤维表面的有效表面积，使得纤维与树脂基体在复合的时候产生锚钉效应，机械咬合力增大，有效地增加纤维与基体之间的结合作用力，改善复合材料的界面性能。
（2）本发明中将二氧化硅粒子进行异氰酸酯化处理，在纳米粒子表面引入-CNO基团，在使用本发明浸润剂对玄武岩纤维进行浸胶处理时，温度升高至一定程度时，环氧基团发生开环与-CNO基团反应，在成膜后膜粘度较高，丝与丝之间的抱合紧密，使纤维具有良好的集束性，其力学性能、耐磨性均得到大幅度提高。
具体实施方式
一种玄武岩纤维用反应型浸润剂的制备方法，包括以下具体步骤：
（1）偶联剂的水解：
称取偶联剂用量20倍的去离子水，滴加醋酸调节pH值至3-4之间，在缓慢搅拌情况下缓慢滴加15份偶联剂KH550，滴加完毕后继续搅拌1小时，直至溶液澄清透明，无明显油状物存在，补加醋酸保持溶液pH值在5-6，备用；
（2）SiO2纳米粒子的异氰酸酯化：
在反应瓶中加入8份纳米二氧化硅，加入200份甲苯为溶剂，并在氮气的保护下，加入22份2,4-甲苯二异氰酸酯，然后于超声仪中超声处理35分钟，超声完毕后，再滴入0.08份二月桂酸二丁基锡，在磁力搅拌下回流反应，反应液逐渐变白并不再透明后继续反应4小时，处理后对粒子进行离心分离、水洗，反复操作数次后，干燥备用；
（3）成膜剂的稀释：
将65份环氧树脂乳液加入适量去离子水中，通过相反转法制成白色乳液，制的乳液粒径在0.7微米以下，乳液稀释4倍左右；
（4）各组分的混合：
先将稀释好的成膜剂倒入容器中，加入上述改性处理后的SiO2纳米粒子、3份润滑剂，机械搅拌混合均匀后，最后加入上述水解好的偶联剂，混合充分以后在中速搅拌下混合1小时，即得到所需要的浸润剂。
其中，所述的超声仪的超声频率为40kHz。
其中，所述的润滑剂是使用去离子水配制而成的浓度为50%的混合液。
其中，所述的润滑剂为脂肪酸酰胺、聚酯、羧酸中的一种或两种以上组成的混合物。

Claims (4)

1.一种玄武岩纤维用反应型浸润剂的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
（1）偶联剂的水解：
称取偶联剂用量20-30倍的去离子水，滴加醋酸调节pH值至3-4之间，在缓慢搅拌情况下缓慢滴加8-15份偶联剂KH550，滴加完毕后继续搅拌1-2小时，直至溶液澄清透明，无明显油状物存在，补加醋酸保持溶液pH值在5-6，备用；
（2）SiO2纳米粒子的异氰酸酯化：
在反应瓶中加入6-13份纳米二氧化硅，加入160-300份甲苯为溶剂，并在氮气的保护下，加入17-26份2,4-甲苯二异氰酸酯，然后于超声仪中超声处理25-45分钟，超声完毕后，再滴入0.02-0.4份二月桂酸二丁基锡，在磁力搅拌下回流反应，反应液逐渐变白并不再透明后继续反应3-5小时，处理后对粒子进行离心分离、水洗，反复操作数次后，干燥备用；
（3）成膜剂的稀释：
将45-65份环氧树脂乳液加入适量去离子水中，通过相反转法制成白色乳液，制的乳液粒径在0.7微米以下，乳液稀释2-5倍左右；
（4）各组分的混合：
先将稀释好的成膜剂倒入容器中，加入上述改性处理后的SiO2纳米粒子、2-4份润滑剂，机械搅拌混合均匀后，最后加入上述水解好的偶联剂，混合充分以后在中速搅拌下混合1-2小时，即得到所需要的浸润剂。
2.根据权利要求书1所述的一种玄武岩纤维用反应型浸润剂的制备方法，其特征在于，所述的超声仪的超声频率为40-60kHz。
3.根据权利要求书1所述的一种玄武岩纤维用反应型浸润剂的制备方法，其特征在于，所述的润滑剂是使用去离子水配制而成的浓度为50-60%的混合液。
4.根据权利要求书1、3所述的一种玄武岩纤维用反应型浸润剂的制备方法，其特征在于，所述的润滑剂为脂肪酸酰胺、聚酯、羧酸中的一种或两种以上组成的混合物。
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