本發明涉及玄武巖纖維領域，具體涉及一種聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維及其制備方法。
背景技術：
：玄武巖纖維是一種新出現的新型無機環保綠色高性能纖維材料，是未來我國重點發展的四大高性能纖維之一，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過紡絲工藝制備而成的。玄武巖連續纖維不僅穩定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優異性能，而且，玄武巖纖維的生產工藝產生的廢棄物少，對環境污染小，產品廢棄后可直接轉入生態環境中，無任何危害，因而是一種名副其實的綠色、環保材料。玄武巖連續纖維已在纖維增強復合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業、高溫過濾織物以及防護領域等多個方面得到了廣泛的應用。聚碳酸酯是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，聚碳酸酯材料具有較好的綜合性能，聚碳酸酯無色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃性好，成型尺寸穩定性好，在使用溫度內具有良好的機械性能；但由于碳酸酯基具有較強的活性，導致聚碳酸酯材料存在耐高溫性能差，耐磨性差的缺陷，因此，在某些特殊環境下，聚碳酸酯材料需要進行耐高溫、耐磨等增強改性處理后才能進行應用。現今對聚碳酸酯材料的纖維增強改性主要采用玻璃纖維材料和碳纖維材料進行改性處理，改性效果顯著，但玻璃纖維和碳纖維生產成本高、環境污染大，嚴重限制了改性聚碳酸酯材料的應用，開發一種成本低廉、綠色環保、性能優異的新型纖維材料替代玻璃纖維和碳纖維對聚碳酸酯材料進行改性處理的問題急需得到解決。因而，可以預見，將無毒、無污染、來源廣泛、性能優異、穩定好的玄武巖纖維用于聚碳酸酯材料的增強必將是今后提高聚碳酸酯材料性能的新趨勢。但由于現有技術生產的玄武巖纖維自身結構和性能穩定，纖維表面光滑、表面活性位點少，造成玄武巖纖維在改性過程中難以與聚碳酸酯材料化學鍵合和機械鉚合形成統一的、穩定的整體，即玄武巖纖維在聚碳酸酯材料中是獨立存在，對聚碳酸酯材料的改性增強作用相對較弱，增強效果不甚理想，玄武巖纖維添加量少。技術實現要素：本發明的目的在于克服現有玄武巖纖維與聚碳酸酯材料相容性差的缺陷，提供一種聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維及其制備方法；本發明玄武巖纖維是經過特殊浸潤劑在生產過程中的處理而得到的，該玄武巖纖維由于表面粗糙度大并接枝有大量活性基團，玄武巖纖維與聚碳酸酯材料之間的化學鍵合和機械鉚合能力強，該玄武巖纖維與聚碳酸酯材料的相容性好，能在聚碳酸酯材料中大量添加和應用。為了實現上述發明目的，本發明提供了一種聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，包括以下步驟：（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液進行拉絲，得到玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲用浸潤劑進行浸潤改性處理；（5）將步驟4得到的經過浸潤改性處理的原絲進行退解、并捻，得到聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維。上述一種聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，步驟4中所述浸潤劑包括以下重量份組分：40-60份的成膜劑、5-15份的偶聯劑、1-5份潤滑劑、10-20份的改性劑、30-50份的溶劑；所述浸潤劑能快速對玄武巖纖維表面進行腐蝕、活化，形成粗糙表面，并接枝大量活性基團，從而提高玄武巖纖維與聚碳酸酯材料之間的化學鍵合和機械鉚合能力，提高玄武巖纖維與聚碳酸酯材料的相容性；所述的機械鉚合是指基體材料通過收縮應力包緊粗糙表面的纖維而產生的摩擦結合。上述浸潤劑，其中所述的改性劑包括有機酸鹽︰強堿︰羰基二咪唑按質量比3-6︰2-4︰1-3混合而成的混合物；優選的，所述的改性劑包括有機酸鹽︰強堿︰羰基二咪唑按質量比5︰3︰1混合而成的混合物上述浸潤劑，其中所述的有機酸鹽為醋酸鈉、醋酸鉀、甲酸鈉、甲酸鉀中的一種或多種；其中所述的強堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣中的一種或多種；其中所述的成膜劑為聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液；其中所述的偶聯劑為硅烷系偶聯劑；其中所述的潤滑劑為硬脂酸甲酯和硬脂酸鋅中的一種。上述浸潤劑，其中所述的溶劑為甘油的水溶液；所述溶劑中甘油與水的體積比為1-3︰1；優選的，甘油的水溶液中甘油與水的體積比為2︰1。一種聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維材料的制備方法，本發明方法將生產過程中得到的中間產物玄武巖纖維原絲用特殊組份的浸潤劑進行處理，使纖維表面粗糙度增加并接枝大量活性基團，有助于聚碳酸酯材料在玄武巖纖維表面進行化學鍵合和機械鉚合，從而直接得到與聚碳酸酯材料相容性很好的玄武巖纖維；該玄武巖纖維能在聚碳酸酯材料中大量添加和應用。上述一種聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟1中所述的玄武巖礦石粉體粒徑為0.1-2mm，粒徑越小，加熱熔融時速度越快，耗能越低，但粉碎成本增加優選的，所述玄武巖礦石粉體粒徑為0.5-1mm。上述一種聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟2中所述的熔融溫度為1100-1500℃，溫度過低，熔融速度慢，耗時長，耗能高，溫度過高，對設備要求高，設備成本增加；優選的，所述熔融溫度為1250-1350℃。上述一種聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟3中所述的拉絲的速度為1500-3000m/min，拉絲速度過快，拉伸張力過大，會造成纖維斷裂；拉絲速度過慢，得到的玄武巖纖維直徑較大，不利于玄武巖纖維的應用。上述一種聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟3中所述的玄武巖纖維原絲直徑控制在3-20μm，原絲直徑過大，冷卻慢，造成纖維內外應力分布不僅，纖維缺陷大，不利于實際應用，原絲直徑過小，拉絲工藝操作困難，容易斷裂；優選的，所述的玄武巖纖維原絲直徑控制在5-10μm。上述一種聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，其中步驟4中所述的浸潤劑溫度控制在50-80℃，溫度越高，反應速度越快，處理效果越好，但溫度過高，表面處理程度控制困難，產品質量不穩定；優選的，所述的表面處理溫度控制在60-70℃。為了實現上述發明目的，進一步的，本發明提供了一種聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維，所述聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維是通過上述制備方法制備得到的；通過上述制備方法制備的得到的聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維，表面粗糙度大并接枝有大量活性基團，玄武巖纖維與聚碳酸酯材料之間的化學鍵合和機械鉚合能力強，與聚碳酸酯材料的相容性好，能在聚碳酸酯材料中大量添加和應用。與現有技術相比，本發明的有益效果：1、本發明聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，利用浸潤劑對玄武巖纖維原絲進行快速改性處理，使纖維表面粗糙度增加并接枝大量活性基團，有助于聚碳酸酯材料在玄武巖纖維表面進行化學鍵合和機械鉚合，提高了玄武巖纖維與聚碳酸酯材料的相容性。2、本發明聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維的制備方法，直接采用浸潤劑對纖維原絲進行改性處理，將纖維的生產和改性合二為一，簡化了生產步驟，節約了生產成本，縮短了生產周期。3、本發明聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維，表面粗糙度大并接枝有大量活性基團，玄武巖纖維與聚碳酸酯材料之間的化學鍵合和機械鉚合能力強，與聚碳酸酯材料的相容性好，能在聚碳酸酯材料中大量添加和應用。具體實施方式下面結合試驗例及具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
發明內容所實現的技術均屬于本發明的范圍。實施例1（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為60℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有醋酸鈉︰氫氧化鈉︰羰基二咪唑按質量比5︰3︰1混合而成的改性劑、50重量份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、20重量份的甘油、20重量份的水、10重量份的硅烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維。實施例2（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為1.0mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1350℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2500m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為10μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為70℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：10重量份含有醋酸鉀︰氫氧化鉀︰羰基二咪唑按質量比3︰2︰1混合而成的改性劑、60重量份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、30重量份的甘油、10重量份的水、15重量份的硅烷偶聯劑和1重量份的硬脂酸鋅；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維。實施例3（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.1mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1100℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在3000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為3μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為80℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：20重量份含有甲酸鈉︰氫氧化鈣︰羰基二咪唑質量比3︰4︰3混合而成的改性劑、40重量份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、30重量份的甘油、20重量份的水、5重量份的硅烷偶聯劑和5重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維。實施例4（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為2mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1500℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在1500m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為20μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為50℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：10重量份含有甲酸鉀︰氫氧化鈉︰羰基二咪唑按質量比3︰2︰3混合而成的改性劑、40重量份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、20重量份的甘油、10重量份的水、5重量份的硅烷偶聯劑和5重量份的硬脂酸鋅；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到聚碳酸酯材料增強專用玄武巖纖維。對比例1（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為60℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：50重量份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、20重量份的甘油、20重量份的水、10重量份的硅烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到玄武巖纖維。對比例2（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為60℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有醋酸鈉︰氫氧化鈉︰羰基二咪唑按質量比5︰3︰4混合而成的改性劑、50重量份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、20重量份的甘油、20重量份的水、10重量份的硅烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到玄武巖纖維。對比例3（1）將玄武巖礦石進行粉碎處理，得到粒徑為0.5mm的玄武巖礦石粉體；（2）將步驟1得到粉體加熱，在1250℃溫度下進行熔融，形成紡絲熔液；（3）將步驟2得到的紡絲熔液在2000m/min的速度下進行拉絲，得到直徑為5μm的玄武巖纖維原絲；（4）將步驟3得到的玄武巖纖維原絲在溫度為60℃的浸潤劑中進行浸潤處理；浸潤劑組成為：15重量份含有醋酸鈉︰氫氧化鈉︰羰基二咪唑按質量比5︰1︰1混合而成的改性劑、50重量份的聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液、20重量份的甘油、20重量份的水、10重量份的硅烷偶聯劑和3重量份的硬脂酸甲酯；（5）將步驟4得到的經過浸潤處理的原絲進行退解、并捻，得到玄武巖纖維。將上述實施例1-4和對比例1-3中所制備得到的玄武巖纖維進行性能測試和聚碳酸酯塑料（拉伸強度65MPa，缺口沖擊強度60kJ/m2，斷裂伸長率80%）增強（玄武巖纖維用量為聚碳酸酯質量的10%）實驗，記錄實驗結果，記錄數據如下：編號拉伸強度（MPa）斷裂伸長率（%）改性后聚碳酸酯塑料缺口沖擊強度（kJ/m2）改性后聚碳酸酯塑料拉伸強度（MPa）改性后聚碳酸酯塑料斷裂伸長率（%）實施例138302.68678116實施例238502.48577114實施例338202.58378112實施例438502.68576113對比例139402.5737296對比例233501.9656883對比例336202.3717095對上述實驗數據分析可知，實施例1-4中采用本發明技術方案制備得到的玄武巖纖維拉申強度和斷裂伸長率好，與聚苯硫醚塑料的相容性好，對聚碳酸酯塑料增強效果顯著；而對比例1制備方法中使用的為常規浸潤劑，制備得到的玄武巖纖維表面光滑、活性基團少，與聚碳酸酯材料相容性差，與聚碳酸酯材料的化學鍵合和機械鉚合作用差，對聚碳酸酯材料增強作用顯著減弱；對比例2制備方法中使用的浸潤劑不是本發明中所保護的改性劑組分配比用量，羰基二咪唑用量過大，浸潤劑對玄武巖纖維表面侵蝕過渡，對玄武巖纖維結構造成破壞，導致玄武巖纖維的拉伸強度和斷裂伸長率顯著降低，從而對聚碳酸酯纖維的增強作用也顯著下降；對比例3制備方法中使用的浸潤劑不是本發明中所保護的改性劑組分配比用量，氫氧化鈉用量過小，浸潤劑對玄武巖纖維表面活化作用減弱，玄武巖纖維表面活性基團少，與聚碳酸酯材料的化學鍵合能力差，對聚碳酸酯材料增強作用顯著減弱。當前第1頁1 2 3