一種玄武巖纖維復(fù)合筋的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種玄武巖纖維復(fù)合筋，所述的玄武巖纖維復(fù)合筋是由玄武巖纖維經(jīng)表面處理劑處理后，再由基體樹脂浸漬并固化而成的纖維筋材，所述的玄武巖纖維是由粗紗或紡織加工用的復(fù)合加捻粗紗制作而成，其直徑為7～13μm。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，選用特定組份含量的玄武巖纖維依次經(jīng)表面處理和浸漬基體樹脂后，不僅能獲得力學(xué)性能較現(xiàn)有技術(shù)更加優(yōu)異的纖維筋材，還能提高纖維筋材制作的性價(jià)比，同時(shí)，更克服了目前使用較為廣泛的玻璃纖維的使用缺陷，更具使用價(jià)值，且制作成本低廉。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種玄武巖纖維復(fù)合筋，具體涉及利用玄武巖纖維增強(qiáng)材料制作的復(fù)合 筋，屬于復(fù)合材料的制備領(lǐng)域。 一種玄武巖纖維復(fù)合筋

【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)有的復(fù)合材料領(lǐng)域，作為復(fù)合筋增強(qiáng)體的纖維主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖 維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、聚乙烯纖維等，但由于價(jià)格因素的限制，大部分纖維都只用于 軍事領(lǐng)域，只有玻璃纖維還廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，玻璃纖維作為復(fù)合 筋增強(qiáng)體還存在一定的缺陷，如： (1) 玻璃纖維的生產(chǎn)過程能耗較大，不利于節(jié)能環(huán)保； (2) 玻璃纖維的制備工藝對(duì)對(duì)人體有害，尤其是玻璃纖維毛會(huì)對(duì)人體皮膚產(chǎn)生刺激作 用，吸入人體后不能被分解或吸收，很可能引起肺部疾病甚至產(chǎn)生癌變； (3) 環(huán)境污染大，玻璃纖維復(fù)合筋廢棄后不能回收利用或自然降解，不利于環(huán)境的保 護(hù)，等等。
[0003] 當(dāng)然，為克服上述復(fù)合筋增強(qiáng)體的使用缺陷，人們提出了采用連續(xù)玄武巖纖維作 為復(fù)合筋增強(qiáng)體的使用，對(duì)于連續(xù)玄武巖纖維我們知道，它是以天然火山噴出巖為原料，在 1450?1500°C的高溫下熔融后，通過鉬鍺合金拉絲漏板拉絲制造而成的連續(xù)纖維，具有高 強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗氧化、耐酸堿、抗輻射、電絕緣、絕熱隔聲、過濾性好、抗壓強(qiáng)度高、 減震和剪切強(qiáng)度高等諸多優(yōu)良性能，同時(shí)，也是一種新型的環(huán)保纖維。
[0004] 現(xiàn)有的專利文獻(xiàn)CN101531806 (-種聚苯二甲酸乙二醇脂/玄武巖纖維復(fù)合材料 及其制備方法2009. 9. 16)和CN103044877A (-種含改性玄武巖纖維和聚合物的復(fù)合材料 及其制備方法2013. 04. 17)均揭示了一種利用玄武巖纖維作為增強(qiáng)體用于制作復(fù)合材料 的制備方法，但我們對(duì)上述制備方法獲得復(fù)合材料產(chǎn)品以及市面上出現(xiàn)的由連續(xù)玄武巖纖 維復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，不同工藝條件對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有很大的 影響，主要表現(xiàn)在玄武巖纖維材料體系的組成、纖維表面處理的選擇以及復(fù)合材料的結(jié)構(gòu) 等方面，而現(xiàn)有的復(fù)合材料在力學(xué)性能上還有待加強(qiáng)，為此，本發(fā)明專門提出了一種玄武巖 纖維復(fù)合筋。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種玄武巖纖維復(fù)合筋，選用特定組份含量的玄武巖纖維 依次經(jīng)表面處理和浸漬基體樹脂后，不僅能獲得力學(xué)性能較現(xiàn)有技術(shù)更加優(yōu)異的纖維筋 材，還能提高纖維筋材制作的性價(jià)比，同時(shí)，更克服了目前使用較為廣泛的玻璃纖維的使用 缺陷，更具使用價(jià)值。
[0006] 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種玄武巖纖維復(fù)合筋，所述的玄武巖纖維復(fù)合 筋包含有玄武巖纖維、基體樹脂以及表面處理劑，所述的玄武巖纖維復(fù)合筋是由玄武巖纖 維經(jīng)表面處理劑處理后，再由基體樹脂浸漬并固化而成的纖維筋材，所述的玄武巖纖維是 由粗紗或紡織加工用的復(fù)合加捻粗紗制作而成，其直徑為7?13 μ m。
[0007] 進(jìn)一步的，按重量配比計(jì)，所述的玄武巖纖維包括以下組份： S02 : 45 ?60% ; A1203 :12 ?19% ; CaO :6 ?12% ; Fe203 *FeO :9. 1?15%，本發(fā)明涉及的玄武巖纖維復(fù)合筋是由特定組份含量的玄武巖纖 維制作而成，該玄武巖纖維與金屬、玻璃及其他碳化物原料不同，是由火山巖精選、重?zé)捯?煉過的組份穩(wěn)定的礦石原料，開采也十分方便，該玄武巖纖維的性能十分優(yōu)越，其中，S0 2是 玄武巖纖維的主要成分，維持了纖維的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；而A1203除能提高玄武巖纖 維的化學(xué)穩(wěn)定性外，同樣的，還能提高其熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。
[0008] 在實(shí)際操作過程中，玄武巖纖維在經(jīng)表面處理后，會(huì)提高基體樹脂與玄武巖纖維 的復(fù)合性能，在此，所述的表面處理劑包括：由通式R nSiX4_n表示的有機(jī)硅烷類偶聯(lián)劑，其 中，R包括甲氧基或乙氧基，η為1、2或3。
[0009] 為更好的實(shí)現(xiàn)上述操作，所述的表面處理劑為沃蘭處理劑或ΚΗ560處理劑。
[0010] 在本發(fā)明中，所述的基體樹脂選自乙烯基脂樹脂、環(huán)氧樹脂以及不飽和聚酯樹脂 中的一種或多種。
[0011] 進(jìn)一步的，所述的基體樹脂為乙稀基脂樹脂，例如：氣基甲酸醋改性乙稀基脂樹 月旨、雙酚Α改性環(huán)氧乙烯基脂樹脂等。
[0012] 在本發(fā)明中，所述的玄武巖纖維復(fù)合筋的制備方法，包括如下步驟： (1) 纖維表面處理：將表面處理劑配置成濃度為1?5%的水溶液，并使用涂刷工具將該 水溶液涂覆上在玄武巖纖維的外表面，涂刷1?11次后，再將玄武巖纖維放入真空烘箱在 75?95°C下抽真空加熱20?40min除去水分，然后，調(diào)節(jié)真空烘箱溫度為100?120°C，并 反應(yīng)80?lOOmin后，完成玄武巖纖維的表面處理； (2) 浸漬基體樹脂：在基體樹脂中依次加入促進(jìn)劑和固化劑，攪拌均勻后制得膠液，基 體樹脂：促進(jìn)劑：固化劑的重量配比為400: (0. 5?1. 5) : (0. 5?1. 5)，使用涂刷工具將 該膠液涂覆上在經(jīng)表面處理后的玄武巖纖維上，涂刷次數(shù)為1?11次； (3) 固化成型：將步驟（2)制得的玄武巖纖維按照0°或90°方向正交排列，放入固化 成型裝置中加壓0. 5?1. 5MPa，升溫至110?130°C，固化反應(yīng)0. 5?1. 5h后，制得玄武巖 纖維復(fù)合筋。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果： (1)本發(fā)明涉及的玄武巖纖維復(fù)合筋是由特定組份含量的玄武巖纖維依次經(jīng)表面處理 和浸漬基體樹脂后制得，基于玄武巖纖維具有的良好的化學(xué)穩(wěn)定性能、熱穩(wěn)定性以及機(jī)械 強(qiáng)度，復(fù)合而成的玄武巖纖維復(fù)合筋也具有較強(qiáng)的力學(xué)性能，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用等建 筑行業(yè)、石油工業(yè)以及航空工業(yè)等等。
[0014] (2)本發(fā)明克服了現(xiàn)有玻璃纖維制作工藝中存在的諸多缺陷，采用涂刷、浸漬、真 空加壓、烘干等操作步驟，不僅制作步驟簡(jiǎn)單、快捷，還可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)，制作成 本低廉。
[0015] (3)本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，在實(shí)際操作過程中，可采用沃蘭處理劑或KH560處理劑作為 表面處理劑，用于玄武巖纖維的表面處理，從而達(dá)到提高基體樹脂與玄武巖纖維復(fù)合性能 的目的，使用效果良好。
[0016] (4)本發(fā)明涉及的基體樹脂可選自乙烯基脂樹脂、環(huán)氧樹脂以及不飽和聚酯樹脂 中的一種或多種，尤其是乙烯基脂樹脂，例如：氨基甲酸酯改性乙烯基脂樹脂、雙酚A改性 環(huán)氧乙烯基脂樹脂等，經(jīng)試驗(yàn)證明，在使用乙烯基脂樹脂浸漬的玄武巖纖維筋進(jìn)行密度測(cè) 試時(shí)，測(cè)試結(jié)果表面，其阻燃性、拉伸度和彎曲性能測(cè)試效果更佳。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0018] 實(shí)施例1 : 本發(fā)明提出了一種玄武巖纖維復(fù)合筋，該玄武巖纖維復(fù)合筋是由玄武巖纖維經(jīng)表面處 理劑處理后，再由基體樹脂浸漬并固化而成的纖維筋材。
[0019] 以下是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步描述： 在本發(fā)明中，玄武巖纖維是由粗紗或紡織加工用的復(fù)合加捻粗紗制作而成，其直徑可 選用7 μ m，按重量配比計(jì)，玄武巖纖維包括以下組份： S02 :52. 43% ； Al2〇3 :18. 33% ； CaO ：7. 68% ； Fe203 · FeO ：10. 53% ； 其他（如：Na20、K20、MgO、Ti02 等）：11. 03%。
[0020] 本發(fā)明涉及的玄武巖纖維復(fù)合筋是由特定組份含量的玄武巖纖維制作而成，該玄 武巖纖維與金屬、玻璃及其他碳化物原料不同，是由火山巖精選、重?zé)捯睙掃^的組份穩(wěn)定的 礦石原料，開采也十分方便，該玄武巖纖維的性能十分優(yōu)越，其中，S0 2是玄武巖纖維的主要 成分，維持了纖維的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；而A1203除能提高玄武巖纖維的化學(xué)穩(wěn)定性 夕卜，同樣的，還能提高其熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。
[0021] 表面處理劑包括：由通式RnSiX4_n表示的有機(jī)硅烷類偶聯(lián)劑，其中，R包括甲氧基或 乙氧基，η為1、2或3,主要用于玄武巖纖維的表面處理，經(jīng)表面處理劑處理后的玄武巖纖維 在與基體樹脂復(fù)合的過程中，它能有利于玄武巖纖維與基體樹脂之間形成一個(gè)良好的粘接 界面，從而達(dá)到提高其復(fù)合性能的目的，在此基礎(chǔ)上，對(duì)玄武巖纖維筋的強(qiáng)度、耐磨性能等 均有良好的改善作用，在本實(shí)施例中，表面處理劑選用沃蘭處理劑。
[0022] 基體樹脂可選自乙烯基脂樹脂、環(huán)氧樹脂以及不飽和聚酯樹脂中的一種或多種， 主要用于玄武巖纖維的浸漬，在充分浸潤的基礎(chǔ)上，基體樹脂即填充于玄武巖纖維的表面， 待樹脂固化后，即可在基體樹脂與玄武巖纖維表面的凹陷和縫隙處實(shí)現(xiàn)機(jī)械鑲嵌聯(lián)接，達(dá) 到提高玄武巖纖維力學(xué)特性的目的，在本實(shí)施例中，基體樹脂選用氨基甲酸酯改性乙烯基 脂樹脂。
[0023] 本實(shí)施例涉及的玄武巖纖維復(fù)合筋的制備方法包括如下步驟： (1)纖維表面處理：將沃蘭處理劑配置成濃度為1%的水溶液，并使用涂刷工具將該水 溶液涂覆上在玄武巖纖維的外表面，涂刷11次后，再將玄武巖纖維放入真空烘箱在75°c下 抽真空加熱20min除去水分，然后，調(diào)節(jié)真空烘箱溫度為KKTC，并反應(yīng)80min后，完成玄武 巖纖維的表面處理； (2) 浸漬基體樹脂：在氨基甲酸酯改性乙烯基脂樹脂中依次加入促進(jìn)劑和固化劑，攪拌 均勻后制得膠液，基體樹脂：促進(jìn)劑：固化劑的重量配比為400: 0.5: 0.5,使用涂刷工具將 該膠液涂覆上在經(jīng)表面處理后的玄武巖纖維上，涂刷次數(shù)為11次； (3) 固化成型：將步驟（2)制得的玄武巖纖維按照0°或90°方向正交排列，放入固化 成型裝置中加壓〇. 5MPa，升溫至11(TC，固化反應(yīng)0. 5h后，制得玄武巖纖維復(fù)合筋，其纖維 體積含量為37%。
[0024] 實(shí)施例2 : 在本實(shí)施例中，玄武巖纖維的選直徑用9 μ m，按重量配比計(jì)，玄武巖纖維包括以下組 份： S02 ：52. 43% ； Al2〇3 :18. 33% ； CaO ：7. 68% ； Fe203 · FeO ：10. 53% ； 其他（如：Na20、K20、MgO、Ti02 等）：11. 03%。
[0025] 表面處理劑選用KH560處理劑。
[0026] 基體樹脂選用雙酚A改性環(huán)氧乙烯基脂樹脂。
[0027] 在實(shí)施例中，所述的玄武巖纖維復(fù)合筋的制備方法，包括如下步驟： (1)纖維表面處理：將KH560處理劑配置成濃度為2%的水溶液，并使用涂刷工具將該 水溶液涂覆上在玄武巖纖維的外表面，涂刷11次后，再將玄武巖纖維放入真空烘箱在80°C 下抽真空加熱30min除去水分，然后，調(diào)節(jié)真空烘箱溫度為110°C，并反應(yīng)90min后，完成玄 武巖纖維的表面處理； (2 )浸漬基體樹脂：在雙酚A改性環(huán)氧乙烯基脂樹脂中依次加入促進(jìn)劑和固化劑，攪拌 均勻后制得膠液，基體樹脂：促進(jìn)劑：固化劑的重量配比為400:1: 1，使用涂刷工具將該膠 液涂覆上在經(jīng)表面處理后的玄武巖纖維上，涂刷次數(shù)為11次； (3)固化成型：將步驟（2)制得的玄武巖纖維按照0°或90°方向正交排列，放入固化 成型裝置中加壓l.OMPa，升溫至120°C，固化反應(yīng)lh后，制得玄武巖纖維復(fù)合筋，其纖維體 積含量為37%。
[0028] 實(shí)施例3 : 在本實(shí)施例中，玄武巖纖維的選直徑用13 μ m，按重量配比計(jì)，玄武巖纖維包括以下組 份： S02 ：52. 43% ； Al2〇3 :18. 33% ； CaO ：7. 68% ； Fe203 · FeO ：10. 53% ； 其他（如：Na20、K20、MgO、Ti02 等）：11. 03%。
[0029] 表面處理劑選用KH560處理劑。
[0030] 基體樹脂選用氨基甲酸酯改性乙烯基脂樹脂。
[0031] 在本實(shí)施例中，所述的玄武巖纖維復(fù)合筋的制備方法，包括如下步驟： (1)纖維表面處理：將KH560處理劑配置成濃度為5%的水溶液，并使用涂刷工具將該
【權(quán)利要求】
1. 一種玄武巖纖維復(fù)合筋，其特征在于：所述的玄武巖纖維復(fù)合筋包含有玄武巖纖 維、基體樹脂以及表面處理劑，所述的玄武巖纖維復(fù)合筋是由玄武巖纖維經(jīng)表面處理劑處 理后，再由基體樹脂浸漬并固化而成的纖維筋材，所述的玄武巖纖維是由粗紗或紡織加工 用的復(fù)合加捻粗紗制作而成，其直徑為7?13 μ m。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玄武巖纖維復(fù)合筋，其特征在于：按重量配比計(jì)，所述的 玄武巖纖維包括以下組份： S02 :45 ?60% ; A1203 :12 ?19% ; CaO :6 ?12% ; Fe203 · FeO :9· 1 ?15%〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玄武巖纖維復(fù)合筋，其特征在于：所述的表面處理劑包 括：由通式RnSiX 4_n表示的有機(jī)硅烷類偶聯(lián)劑，其中，R包括甲氧基或乙氧基，η為1、2或3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種玄武巖纖維復(fù)合筋，其特征在于：所述的表面處理劑為 沃蘭處理劑或ΚΗ560處理劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玄武巖纖維復(fù)合筋，其特征在于：所述的基體樹脂選自 乙烯基脂樹脂、環(huán)氧樹脂以及不飽和聚酯樹脂中的一種或多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種玄武巖纖維復(fù)合筋，其特征在于：所述的基體樹脂為乙 稀基脂樹脂。
【文檔編號(hào)】C08L63/00GK104059374SQ201410290232
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】王靈 申請(qǐng)人:四川航天五源復(fù)合材料有限公司