CN116285105A - 一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具及其制备方法 - Google Patents

一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，浇筑模具包括玄武岩纤维、PP颗粒，玄武岩纤维掺量20%~50%；所述浇筑模具还包括复合改性剂、改性处理液，其中复合改性剂的添加量为玄武岩纤维总量2‑5%，改性处理液的加入量为PP颗粒总量10‑20倍。本发明浇筑模具采用玄武岩纤维、PP颗粒配合复合改性剂，经过改性处理液优化，制备的产品具有优异的力学性能，产品的强度、断裂伸长率等性能可实现协调改进优化。

Description

一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具及其制备方法
技术领域
本发明涉及浇筑模具技术领域，具体涉及一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具及其制备方法。
背景技术
目前，根据混凝土构件浇筑需求，小构件浇筑常使用聚丙烯（PP）模具，其力学性能较好、价格较低、具有较高的耐热性，作为模具广泛的应用在小构件浇筑中。但是也存在明显的缺点，如耐寒性差、低温冲击强度低、容易老化，耐磨性差，易变型等也限制了PP模具的应用范围。因此，对其PP模具进行改性，提高其使用价值，具有非常重要的意义，同时也具有广阔的应用前景。
玄武岩纤维是继碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维之后的高技术纤维，具有高强度高模量、耐高低温性能好、耐酸碱强、绿色无污染等优点，是作为聚合物基复合材料理想的增强材料。目前，已有研究表明将玄武岩纤维与树脂进行共混后制备复合材料，使得复合材料具有优良的耐磨损性能，同时能够大幅度提高复合材料的力学强度。玄武岩纤维具有良好的耐寒耐热性能，与树脂共混使用能够增强树脂的耐寒耐热性能，从而提高树脂的使用价值。
小构件浇筑用PP模具是通过PP颗粒注塑成型，因此通过纤维增强PP颗粒的方法，获得高性能的纤维增强模具，达到使用寿命长，节省成本的目的。目前，PP颗粒改性通常采用玻璃纤维增强，具有高强度，冲击性能好的优点。但是玻璃纤维增强PP增强模具用于生产混凝土构件时，材料刚度往往满足不了要求。此外，玻璃纤维耐酸碱，耐腐蚀等性能较差。
玄武岩纤维材料是用火山喷发形成的玄武岩为原料经熔融拉成细丝，具有优异的耐腐蚀、耐高温性能。玄武岩纤维的力学性能优于玻璃纤维，且玄武岩纤维与其他常见纤维相比，是唯一一个绿色环保，可循环再利用的纤维，有着广阔的应用前景。现有玄武岩纤维增强PP颗粒的方法，很难获得具有良好的力学性能、拉伸强度、断裂性能和弯曲强度等性能协调改进的新型高性能玄武岩纤维增强模具，基于此需进一步的改进处理。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，浇筑模具包括玄武岩纤维、PP颗粒，玄武岩纤维掺量20%~50%。
优选地，所述玄武岩纤维为短切纤维。
优选地，所述浇筑模具还包括复合改性剂、改性处理液，其中复合改性剂的添加量为玄武岩纤维总量2-5%，改性处理液的加入量为PP颗粒总量10-20倍。
优选地，所述复合改性剂的制备方法为：
S01：将膨润土送入到2-3倍的海藻酸钠溶液中搅拌均匀，随后加入膨润土总量2-5%的十二烷基硫酸钠、1-5%的盐酸，搅拌均匀；
S02：将纳米二氧化硅按照重量比1:5送入到壳聚糖溶液中，然后加入纳米二氧化硅总量2-5%的硫酸镧、1-4%的焦磷酸钠，搅拌均匀，水洗、干燥，得到改性纳米二氧化硅；
S03：将改性纳米二氧化硅按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到复合改性剂。
优选地，所述海藻酸钠溶液的质量分数为20-30%。
优选地，所述壳聚糖溶液的质量分数为5-10%。
优选地，所述改性处理液的制备方法为：
S01：将2-5份硬脂酸加入到25-30份盐酸溶液中，然后加入1-4份十二烷基酚、1-3份碳纳米管，搅拌均匀，得到碳纳米管液；
S02：将2-5份草酸钠加入到10-20份去离子水中，然后加入1-3份硅烷偶联剂KH560，搅拌均匀，得到添加剂；
S03：将添加剂按照重量比1:5加入到S11产物中，搅拌充分，得到改性处理液。
优选地，所述盐酸溶液的质量分数为10-15%。
本发明还提供了一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具的制备方法，包括以下步骤：
将玄武岩纤维、PP颗粒和复合改性剂一同加入到改性处理液中搅拌均匀，最后水洗、干燥，再注塑成型处理，得到浇筑模具。
优选地，所述注塑成型处理的条件为挤出速度250r/min、挤出温度230℃、喂料速度40r/min、注塑速度80%、注塑压力3MPa、注塑温度230℃、螺杆背压0MPa。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明浇筑模具采用玄武岩纤维、PP颗粒配合复合改性剂，经过改性处理液优化，制备的产品具有优异的力学性能，产品的强度、断裂伸长率等性能可实现协调改进优化。
实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，浇筑模具包括玄武岩纤维、PP颗粒，玄武岩纤维掺量20%~50%。
本实施例的玄武岩纤维为短切纤维。
本实施例的浇筑模具还包括复合改性剂、改性处理液，其中复合改性剂的添加量为玄武岩纤维总量2-5%，改性处理液的加入量为PP颗粒总量10-20倍。
本实施例的复合改性剂的制备方法为：
S01：将膨润土送入到2-3倍的海藻酸钠溶液中搅拌均匀，随后加入膨润土总量2-5%的十二烷基硫酸钠、1-5%的盐酸，搅拌均匀；
S02：将纳米二氧化硅按照重量比1:5送入到壳聚糖溶液中，然后加入纳米二氧化硅总量2-5%的硫酸镧、1-4%的焦磷酸钠，搅拌均匀，水洗、干燥，得到改性纳米二氧化硅；
S03：将改性纳米二氧化硅按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到复合改性剂。
本实施例的海藻酸钠溶液的质量分数为20-30%。
本实施例的壳聚糖溶液的质量分数为5-10%。
本实施例的改性处理液的制备方法为：
S01：将2-5份硬脂酸加入到25-30份盐酸溶液中，然后加入1-4份十二烷基酚、1-3份碳纳米管，搅拌均匀，在水洗、干燥，得到碳纳米管液；
S02：将2-5份草酸钠加入到10-20份去离子水中，然后加入1-3份硅烷偶联剂KH560，搅拌均匀，得到添加剂；
S03：将添加剂按照重量比1:5加入到S11产物中，搅拌充分，得到改性处理液。
本实施例的盐酸溶液的质量分数为10-15%。
本实施例的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具的制备方法，包括以下步骤：
将玄武岩纤维、PP颗粒和复合改性剂一同加入到改性处理液中搅拌均匀，最后水洗、干燥，再注塑成型处理，得到浇筑模具。
本实施例的注塑成型处理的条件为挤出速度250/min、挤出温度230℃、喂料速度40r/min、注塑速度80%、注塑压力3MP、注塑温度230℃、螺杆背压0MPa。
玄武岩纤维增强PP材料的冲击、拉伸、弯曲强度分别按照国标GB/T1043、GB/T1040和GB/9341进行测定，其综合力学性能明显高于传统PP材料。
Figure SMS_1
相似挤出工艺及参数下，玄武岩纤维增强PP材料与玻璃纤维增强PP材料在不同纤维掺量（20%, 35%和50%）)的力学性能如下：
Figure SMS_2
结果上看，采用玄武岩纤维的PP增强材料，其抗拉强度及弯曲强度在不同纤维掺量下均优于玻璃纤维。此外，纤维掺量从20%增加到35%，其力学性能改善较为明显，纤维掺量继续增加到50%，其力学性能增幅下降。另外，纤维掺量过剩，会造成纤维聚集，分散不均匀，影响其整体性能。而且纤维含量的增加也会增加成本，因此，玄武岩掺量35%为最优产品方案。
经现场试验，玄武岩纤维增强PP模具可以有效提升产品外形稳定性；浇筑构件易脱模；提高了模具周转寿命，耐久性提升100%；综合成本可节省60%以上。
优化例1.
本实施例的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，浇筑模具包括玄武岩纤维、PP颗粒，玄武岩纤维掺量20%。
本实施例的玄武岩纤维为连续或短切纤维。
本实施例的浇筑模具还包括复合改性剂、改性处理液，其中复合改性剂的添加量为玄武岩纤维总量2%，改性处理液的加入量为PP颗粒总量10倍。
本实施例的复合改性剂的制备方法为：
S01：将膨润土送入到2倍的海藻酸钠溶液中搅拌均匀，随后加入膨润土总量2%的十二烷基硫酸钠、1%的盐酸，搅拌均匀；
S02：将纳米二氧化硅按照重量比1:5送入到壳聚糖溶液中，然后加入纳米二氧化硅总量2%的硫酸镧、1%的焦磷酸钠，搅拌均匀，水洗、干燥，得到改性纳米二氧化硅；
S03：将改性纳米二氧化硅按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到复合改性剂。
本实施例的海藻酸钠溶液的质量分数为20%。
本实施例的壳聚糖溶液的质量分数为5%。
本实施例的改性处理液的制备方法为：
S01：将2份硬脂酸加入到25份盐酸溶液中，然后加入1份十二烷基酚、1份碳纳米管，搅拌均匀，得到碳纳米管液；
S02：将2份草酸钠加入到10份去离子水中，然后加入1份硅烷偶联剂KH560，搅拌均匀，得到添加剂；
S03：将添加剂按照重量比1:5加入到S11产物中，搅拌充分，得到改性处理液。
本实施例的盐酸溶液的质量分数为10%。
本实施例的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具的制备方法，包括以下步骤：
将玄武岩纤维、PP颗粒和复合改性剂一同加入到改性处理液中搅拌均匀，最后水洗、干燥，再注塑成型处理，得到浇筑模具。
本实施例的注塑成型处理的条件为挤出速度250r/min、挤出温度230℃、喂料速度40r/min、注塑速度80%、注塑压力3MPa、注塑温度230℃、螺杆背压0MPa。
优化例2.
本实施例的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，浇筑模具包括玄武岩纤维、PP颗粒，玄武岩纤维掺量50%。
本实施例的玄武岩纤维为短切纤维。
本实施例的浇筑模具还包括复合改性剂、改性处理液，其中复合改性剂的添加量为玄武岩纤维总量5%，改性处理液的加入量为PP颗粒总量20倍。
本实施例的复合改性剂的制备方法为：
S01：将膨润土送入到3倍的海藻酸钠溶液中搅拌均匀，随后加入膨润土总量5%的十二烷基硫酸钠、5%的盐酸，搅拌均匀；
S02：将纳米二氧化硅按照重量比1:5送入到壳聚糖溶液中，然后加入纳米二氧化硅总量5%的硫酸镧、4%的焦磷酸钠，搅拌均匀，水洗、干燥，得到改性纳米二氧化硅；
S03：将改性纳米二氧化硅按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到复合改性剂。
本实施例的海藻酸钠溶液的质量分数为30%。
本实施例的壳聚糖溶液的质量分数为10%。
本实施例的改性处理液的制备方法为：
S01：将5份硬脂酸加入到30份盐酸溶液中，然后加入4份十二烷基酚、3份碳纳米管，搅拌均匀，得到碳纳米管液；
S02：将5份草酸钠加入到20份去离子水中，然后加入3份硅烷偶联剂KH560，搅拌均匀，得到添加剂；
S03：将添加剂按照重量比1:5加入到S11产物中，搅拌充分，得到改性处理液。
本实施例的盐酸溶液的质量分数为15%。
本实施例的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具的制备方法，包括以下步骤：
将玄武岩纤维、PP颗粒和复合改性剂一同加入到改性处理液中搅拌均匀，最后水洗、干燥，再注塑成型处理，得到浇筑模具。
本实施例的注塑成型处理的条件为挤出速度250/min、挤出温度230℃、喂料速度40r/min、注塑速度80%、注塑压力3MPa、注塑温度230℃、螺杆背压0MPa。
优化例3.
本实施例的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，浇筑模具包括玄武岩纤维、PP颗粒，玄武岩纤维掺量35%。
本实施例的玄武岩纤维为连续或短切纤维。
本实施例的浇筑模具还包括复合改性剂、改性处理液，其中复合改性剂的添加量为玄武岩纤维总量3%，改性处理液的加入量为PP颗粒总量15倍。
本实施例的复合改性剂的制备方法为：
S01：将膨润土送入到2.5倍的海藻酸钠溶液中搅拌均匀，随后加入膨润土总量3%的十二烷基硫酸钠、3%的盐酸，搅拌均匀；
S02：将纳米二氧化硅按照重量比1:5送入到壳聚糖溶液中，然后加入纳米二氧化硅总量3%的硫酸镧、2%的焦磷酸钠，搅拌均匀，水洗、干燥，得到改性纳米二氧化硅；
S03：将改性纳米二氧化硅按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到复合改性剂。
本实施例的海藻酸钠溶液的质量分数为25%。
本实施例的壳聚糖溶液的质量分数为7.5%。
本实施例的改性处理液的制备方法为：
S01：将3份硬脂酸加入到27份盐酸溶液中，然后加入2份十二烷基酚、2份碳纳米管，搅拌均匀，得到碳纳米管液；
S02：将3份草酸钠加入到15份去离子水中，然后加入2份硅烷偶联剂KH560，搅拌均匀，得到添加剂；
S03：将添加剂按照重量比1:5加入到S11产物中，搅拌充分，得到改性处理液。
本实施例的盐酸溶液的质量分数为12%。
本实施例的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具的制备方法，包括以下步骤：
将玄武岩纤维、PP颗粒和复合改性剂一同加入到改性处理液中搅拌均匀，最后水洗、干燥，再注塑成型处理，得到浇筑模具。
本实施例的注塑成型处理的条件为挤出速度250/min、挤出温度230℃、喂料速度40r/min、注塑速度80%、注塑压力3MPa、注塑温度230℃、螺杆背压0MPa。
优化例4.
本实施例的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，浇筑模具包括玄武岩纤维、PP颗粒，玄武岩纤维掺量25%。
本实施例的玄武岩纤维短切纤维。
本实施例的浇筑模具还包括复合改性剂、改性处理液，其中复合改性剂的添加量为玄武岩纤维总量3%，改性处理液的加入量为PP颗粒总量12倍。
本实施例的复合改性剂的制备方法为：
S01：将膨润土送入到2.2倍的海藻酸钠溶液中搅拌均匀，随后加入膨润土总量3%的十二烷基硫酸钠、3%的盐酸，搅拌均匀；
S02：将纳米二氧化硅按照重量比1:5送入到壳聚糖溶液中，然后加入纳米二氧化硅总量3%的硫酸镧、2%的焦磷酸钠，搅拌均匀，水洗、干燥，得到改性纳米二氧化硅；
S03：将改性纳米二氧化硅按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到复合改性剂。
本实施例的海藻酸钠溶液的质量分数为22%。
本实施例的壳聚糖溶液的质量分数为6%。
本实施例的改性处理液的制备方法为：
S01：将3份硬脂酸加入到27份盐酸溶液中，然后加入2份十二烷基酚、2份碳纳米管，搅拌均匀，得到碳纳米管液；
S02：将3份草酸钠加入到12份去离子水中，然后加入2份硅烷偶联剂KH560，搅拌均匀，得到添加剂；
S03：将添加剂按照重量比1:5加入到S11产物中，搅拌充分，得到改性处理液。
本实施例的盐酸溶液的质量分数为12%。
本实施例的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具的制备方法，包括以下步骤：
将玄武岩纤维、PP颗粒和复合改性剂一同加入到改性处理液中搅拌均匀，最后水洗、干燥，再注塑成型处理，得到浇筑模具。
本实施例的注塑成型处理的条件为挤出速度250r/min、挤出温度230℃、喂料速度40r/min、注塑速度80%、注塑压力3MPa、注塑温度230℃、螺杆背压0MPa。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，其特征在于，浇筑模具包括玄武岩纤维、PP颗粒，玄武岩纤维掺量20%~50%。
2.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，其特征在于，所述玄武岩纤维为短切纤维。
3.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，其特征在于，所述浇筑模具还包括复合改性剂、改性处理液，其中复合改性剂的添加量为玄武岩纤维总量2-5%，改性处理液的加入量为PP颗粒总量10-20倍。
4.根据权利要求2所述的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，其特征在于，所述复合改性剂的制备方法为：
S01：将膨润土送入到2-3倍的海藻酸钠溶液中搅拌均匀，随后加入膨润土总量2-5%的十二烷基硫酸钠、1-5%的盐酸，搅拌均匀；
S02：将纳米二氧化硅按照重量比1:5送入到壳聚糖溶液中，然后加入纳米二氧化硅总量2-5%的硫酸镧、1-4%的焦磷酸钠，搅拌均匀，水洗、干燥，得到改性纳米二氧化硅；
S03：将改性纳米二氧化硅按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到复合改性剂。
5.根据权利要求4所述的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，其特征在于，所述海藻酸钠溶液的质量分数为20-30%。
6.根据权利要求4所述的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，其特征在于，所述壳聚糖溶液的质量分数为5-10%。
7.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，其特征在于，所述改性处理液的制备方法为：
S01：将2-5份硬脂酸加入到25-30份盐酸溶液中，然后加入1-4份十二烷基酚、1-3份碳纳米管，搅拌均匀，得到碳纳米管液；
S02：将2-5份草酸钠加入到10-20份去离子水中，然后加入1-3份硅烷偶联剂KH560，搅拌均匀，得到添加剂；
S03：将添加剂按照重量比1:5加入到S11产物中，搅拌充分，得到改性处理液。
8.根据权利要求7所述的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具，其特征在于，所述盐酸溶液的质量分数为10-15%。
9.一种如权利要求1~8任一项所述玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将玄武岩纤维、PP颗粒和复合改性剂一同加入到改性处理液中搅拌均匀，最后水洗、干燥，再注塑成型处理，得到浇筑模具。
10.根据权利要求9所述的一种玄武岩纤维增强混凝土构件浇筑模具的制备方法，其特征在于，所述注塑成型处理的条件为挤出速度250r/min、挤出温度230℃、喂料速度40r/min、注塑速度80%、注塑压力3MPa、注塑温度230℃、螺杆背压0MPa。
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