[发明专利]用于玄武岩纤维的纳米改性浸润剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料的制备领域，具体的说，是用于玄武岩纤维的纳米改性浸润剂的制备方法。

背景技术

在现有的复合材料领域，作为复合材料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，玻璃纤维作为复合材料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，玻璃纤维复合材料废弃后不能回收利用或自然降解，不利于环境的保护，等等。

当然，为克服上述复合材料增强体的使用缺陷，人们提出了采用玄武岩纤维作为复合材料增强体的使用，对于玄武岩纤维我们知道，它是以天然火山喷出岩为原料，在1450～1500℃的高温下熔融后，通过铂锗合金拉丝漏板拉丝制造而成的连续纤维，具有高强度、高模量、耐高温、抗氧化、耐酸碱、抗辐射、电绝缘、绝热隔声、过滤性好、抗压强度高、减震和剪切强度高等诸多优良性能，同时，也是一种新型的环保纤维。

目前，常用的玄武岩纤维浸润剂有环氧乳液、聚氨酯乳液和聚酯乳液三种，研究表明，现有的三种玄武岩纤维浸润剂在实际应用时还存在一定局限性，如：聚氨酯乳液作为浸润剂在碱环境中溶液水解，聚酯乳液作为浸润剂则适用在纺织时使用。现有专利文献CN102432733.A（一种用于玄武岩纤维浸润剂的阳离子型乳液及其制备方法，2012.05.02）揭示了一种可用作玄武岩纤维浸润剂和玻璃纤维浸润剂中成膜剂使用的离子型乳液，具有合成成本低，能与浸润剂中的其他组份互溶，能使浸润剂表现良好的浸透性和稳定性。

为提高现有复合材料产品的特性，浸润剂的研制还在不断改进。

发明内容

本发明的目的在于提供用于玄武岩纤维的纳米改性浸润剂的制备方法，采用成膜剂、偶联剂、润滑剂、改性纳米SiO₂粒子和水混合制得，主要用于玄武岩纤维的涂层使用，除具有良好浸透性、稳定性外，还具有改善玄武岩纤维集束性、耐磨性的作用，改性纳米SiO₂粒子能充分的在浸润剂体系中分散，得到均匀稳定的纳米改性浸润剂，从而提高玄武岩纤维的力学性能，在断裂强力、拉伸性能和剪切强度上均有提高。

本发明通过下述技术方案实现：用于玄武岩纤维的纳米改性浸润剂的制备方法，其特征在于：所述的纳米改性浸润剂是由成膜剂、偶联剂、润滑剂、改性纳米SiO₂粒子和水制得的混合乳液，其制备步骤如下：

A：由环氧树脂单体在乳化剂存在的情况下经聚合而制得成膜剂，备用，所述成膜剂的粒径控制在0.15～0.75μm，浓度控制在45～52%；

B：使用H₂N-硅烷偶联剂和H₂NCONH-硅烷偶联剂组成的混合物作为偶联剂，备用；

C：使用脂肪酸酰胺、聚酯、合成酯、羧酸中的一种或两种以上组成的混合物作为润滑剂，备用；

D：使用水将步骤A制得的成膜剂用水稀释至40～55%浓度，搅拌均匀后，依次加入步骤B选择的H₂N-硅烷偶联剂和步骤C制得的润滑剂，混合充分后再搅拌混合1～2h，得到浸润剂乳液，在该浸润剂乳液中添加改性纳米SiO₂粒子，在高速搅拌器中以800～1200r/min的转度混合1～2h，得到纳米改性浸润剂。

本发明涉及的浸润剂是以成膜剂为主，再配以适当比例的偶联剂、润滑剂、改性纳米SiO₂粒子和水制成，成膜剂由环氧树脂制备得到聚合乳液，该聚合乳液粒径适中，与其他助剂结合后，表现出来良好的铺展性，能够提高玄武岩纤维的表面性能、力学性能以及复合材料性能，适用性强。改性纳米SiO₂粒子能充分分散在浸润剂的体系中，得到均匀稳定的纳米改性浸润剂。

按百分比计，所述的纳米改性浸润剂包含有45～58%的成膜剂、6～15%的偶联剂、1～3%的润滑剂、5～8%的改性纳米SiO₂粒子，其余为水。

为更好的实现本发明，在所述的步骤A中，使用的乳化剂的结构式满足：

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