[发明专利]连续玄武岩纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种连续玄武岩纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料及其制备方法，制备方法包括玄武岩纤维的前处理；将前处理后的玄武岩纤维用酚醛树脂溶液真空浸渍、高温碳化裂解，制得具有表面界面层的玄武岩纤维；将高岭土粉末煅烧得偏高岭土粉末；将偏高岭土粉末与磷酸溶液混匀得磷酸基地质聚合物浆料；将磷酸基地质聚合物浆料印刷在具有表面界面层的玄武岩纤维上，随后逐层叠放至预制好的模具上，形成粗坯；固化与脱模养护；用硅树脂溶液表面处理，制得复合材料。制得的复合材料由磷酸基地质聚合物和分散于磷酸基地质聚合物中的连续玄武岩纤维构成。本发明的复合材料具有优良的力学性能和耐高温性能，制备方法能耗成本低、工艺环保、简单。

技术领域

本发明属于纤维增强无机聚合物复合材料技术领域，尤其涉及一种力学性能优良，耐高温、耐低温及抗高温氧化性能优异的连续玄武岩纤维增强磷酸基聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

地质聚合物是采用一定浓度的酸或碱来激发具有一定活性的铝硅酸盐共聚所形成的具有三维网络结构的无机聚合物。由于其具有较低的密度、热导率与热膨胀系数，同时兼有优异的化学与高温稳定性，再加上原料来源广泛和制备能耗成本较低等优势，其被广泛用于航空航天和土木工程领域的隔热与承重结构中。

目前，被报道的关于地质聚合物的研究文献表明，磷酸基地质聚合物相比较于碱基地质聚合物而言，其具有更优良的耐高温性能与力学性能，因此，值得更深入与广泛的研究。然而，磷酸基地质聚合物的力学性能仍有待进一步提高，尤其是其本身较差的弯曲强度与韧性极大地限制了其应用范围，因此，有必要对其进行补强增韧。已有文献表明，目前，关于地质聚合物补强增韧的研究主要集中在碱基地质聚合物中，而关于磷酸基地质聚合物的补强增韧方面的研究还鲜有报道。究其主要原因，在于磷酸基地质聚合物发展起步晚，导致其研究发展成熟的程度远低于碱基地质聚合物。磷酸基地质聚合物的补强增韧问题是当前亟待解决的关键工程技术问题，也是重要的科学问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种力学性能强，耐高温、耐低温及抗高温氧化性能优异的连续玄武岩纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种连续玄武岩纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)连续玄武岩纤维的前处理：

(1.1)将连续玄武岩纤维布裁切成小块，然后将裁切好的连续玄武岩纤维布放置于丙酮溶液中浸泡，待浸泡结束后取出晾干，并进一步烘干；

(1.2)将烘干后的连续玄武岩纤维布放入酚醛树脂溶液中进行真空浸渍，待浸渍结束后取出晾干，然后进一步烘干以去除溶剂并使酚醛树脂固化和交联，最后进行碳化裂解，并重复真空浸渍-晾干-烘干-碳化裂解3次～4次。

(2)铝-硅源的活化前处理：将粒径为微米级的高岭土粉末进行煅烧，以移除其中结合水后形成具有酸激发活性的偏高岭土粉末；

(3)磷酸基地质聚合物浆料的制备：将步骤(2)得到的偏高岭土粉末与磷酸溶液混匀，得到磷酸基地质聚合物浆料；

(4)连续玄武岩纤维增强磷酸基地质聚合物复合材料的成型：通过丝网印刷的方式将步骤(3)制得的磷酸基地质聚合物浆料印刷在步骤(1)前处理后的连续玄武岩纤维上，通过重复印刷的方式控制连续玄武岩纤维表面的泥浆厚度，从而控制连续玄武岩纤维与磷酸基地质聚合物基体的体积分数，最后将表面涂覆磷酸基地质聚合物泥浆的连续玄武岩纤维逐层叠放至模具上，将两侧模具加压合拢，形成致密的连续玄武岩纤维增强磷酸基地质聚合物粗坯；

(5)固化与脱模养护：将步骤(4)形成的粗坯置于60℃～100℃中，保温12h～36h，进行初步固化，然后脱模，将脱模后的连续玄武岩纤维增强磷酸基地质聚合物预制体升温至250℃～400℃，保温1h～3h，进行养护，以进一步完成基体的聚合反应；