高强度高结合力的玄武岩等无机纤维及其制备方法技术

高强度高结合力的玄武岩等无机纤维及其制备方法，属无机纤维技术领域。技术方案：将纳米粒子植入尚未凝固的无机纤维初生条的表层，使两者结合在一起。制备方法是通过静电植入工艺，使纳米粒子植入。玄武岩纤维表层有许多断裂，纳米粒子植入使其变得紧密，加强晶态间的结合力；纳米粒子还具增强材料作用，二者叠加使各种无机纤维的综合力学性能和耐高温性得到明显提高。按理论计，本发明专利技术对无机纤维拉伸强度能提高30％以上，意义深远。纳米粒子以半岛状固定在表层，比表面积成几何级扩大，加其量子隧道效应，使无机纤维与树脂的结合变得十分容易和牢固(玻纤尤明显)，两者复合时甚至可省去偶联剂，以降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无机纤维
，特别涉及具有高强度以及与基体有极高结合力的玄武岩等无机纤维及其制备方法。
技术介绍
玄武岩纤维的优势主要是在耐高温和耐腐性上，而其拉伸强度仅介于S玻璃纤维和无碱E玻璃纤维之间，弹性模量也与玻纤差不多。玄武岩纤维的力学强度与碳纤维相比实在悬殊，这是制约其在更多领域替代碳纤维的最大障碍。故提高玄武岩纤维的力学强度，是迫切又意义重大的工作。 另一方面，无机纤维都有表面光滑的特点，致其与树脂等基体的结合力不佳，导致复合增强材料不能发挥其应有的力学强度和尺寸稳定性，这一点在玻璃纤维上表现尤甚，当然玄武岩纤维等也无可避免。目前提高结合力的办法，基本是衍用添加偶联剂等方式，虽然有一定的效果，但无法满足的现代工业的实际需求；并且，大多偶联剂还会减损有机树脂的抗冲击强度。 专利200610034468.8改善玄武岩纤维性能的杂化浆料制备方法及改性方法，先配制有机-无机杂化浆料，再对玄武岩纤维成品的表面进行涂层处理，并采用的超声连续强迫涂敷，后在50°C -150°C间烘干；虽然其中提到杂化浆料的配制中包括无机纳米前驱液，但50°C -150°C间烘干是否会构筑实质性纳米表象值得讨论，就算有一部分也仅构筑在杂化浆料的烘干层上；该专利技术人认为能使“纤维本体拉伸强度提高，耐高温性能改善。”以机成份为主的涂层是否会影响玄武岩无机纤维固有的耐高温性姑且不论，但要改善耐高温性能肯定值得商榷。专利200810202626.5等离子体处理涂覆碳纳米管溶胶玄武岩纤维表面改性方法，包括:(I)将碳纳米管利用超声波震荡技术配制成有机溶剂或水的溶胶液或有机-无机纳米颗粒的先驱液与碳纳米管制得的溶胶液；(2)将溶胶液涂敷在纤维表面，可以使用喷涂，浸轧方法，然后烘干；(3)将上述烘干涂覆碳纳米管溶胶玄武岩纤维置于等离子体处理设备的专用传输装置上，将等离子体喷射到表面，处理功率为10W-15000W，时间为 0.5-300s，产生表面改性。该专利技术人认为“该方法可以有效改善纤维的性能，使其复合材料的成型工艺性和整体综合性能得到改善，工艺简单、操作方便、加工速度快、处理效果好、成本低、不易引起环境污染，并且还可以降低能耗，适合工业化生产。”这种方法的有效性应该不用怀疑，但工艺或不算简单，成本亦不低，尤是碳纳米管等价格甚高；如果仅为玄武岩纤维表面改性后制成复合材料，未免有点奢侈。 而事实上，进一步获得有效的、快速的、低耗的、低成本的纤维改良模式，一直是科技工作者孜孜以求的目标，只不过很多仅停留在一些美好的设想上，没能真正符合实际生产的最基本要求，也就枉论工业化生产了。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是要解决上述现有技术所存在的问题，提供一种。 为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是:将纳米粒子植入尚未凝固的无机纤维初生条的表层，使两者结合在一起。 本专利技术所述的高强度高结合力的玄武岩等无机纤维的制备方法，是通过静电植入工艺，使纳米粒子植入尚未凝固的无机纤维初生条的表层，使两者结合在一起。 优选地，所述的高强度高结合力的玄武岩等无机纤维的制备方法，所说的静电植入工艺，包括对应极板式植入工艺、网型极板式植入工艺、静电喷粉式植入工艺中的一种或几种；所说的对应极板式植入工艺的工作原理，与传统的静电植砂相同或相近，而植入方向由传统的上下改为前后或左右；网型极板式植入工艺与一些静电植绒的工作原理相同或相近，而植入方向亦由传统的上下改为前后或左右；静电喷粉式植入工艺的工作原理，与传统的粉末静电喷涂的工作原理相同或相近，包括可调式供粉系统、可调频调压的高压静电发生器、静电喷枪，在尚未凝固的无机纤维初生条群的另一端，加设一块电极板并接地，静电喷枪的喷嘴的构造，应能保证所喷出的纳米粒子混合气流到达纤维初生条群时，完全覆盖尚未凝固的无机纤维初生条的横向排列群；以使纳米粒子相对均匀地植入尚未凝固的无机纤维初生条的表层；再者，所说的几种静电植入工艺，均可在尚未凝固的无机纤维初生条的上下，设置两套静电场方向相反向的植入设施，使尚未凝固的无机纤维初生条得到前后二面的植入；并且，植入方向可根据拉丝漏板的排列方式作适当的调整，以避免前面的纤维初生条完全挡住后面的纤维初生条的情形；显然，本专利技术的各种静电植入工艺，均无需基材上胶和烘干工序。 所说的对应极板式植入工艺，也就是前后二块电极板将尚未凝固的无机纤维初生条夹在其中，接通高压静电发生器，一端不断定量输入纳米粒子，利用静电场使纳米粒子累积电荷后冲向另一端，一部分在途中先碰上无机纤维初生条，其冲击力便使它植入尚未凝固的无机纤维初生条的表层；未植入的纳米粒子到达另一端或收集再利用，或让其直接参与下方的静电场的再植入；虽然仅设一套静电场也能满足一些产品的要求，但下方再设一套静电场就显得更完美；下方静电场前后二块电极板的接线性质与上方的反之，纳米粒子的输入与运动方向亦与上方的相反，这样无机纤维初生条便有机会得到前后二面的植入；如此从理论上讲，每根纤维条的植入机会基本均等。 所说的网型极板式植入工艺，输入纳米粒子的一端为网型高压电极板，接通高压静电发生器，将纳米粒子置于网型高压电极板背面的夹层中并不断定量输入，使纳米粒子接受冲电的时间相对延长，其中累积足够电荷的纳米粒子便迅速冲向另一端电极板，同样一部分植入尚未凝固的无机纤维初生条的表层；未植入的纳米粒子到达另一端或收集再利用，或让其直接参与下方的静电场的再植入；虽然仅设一套静电场也能满足一些产品的要求，但下方再设一套静电场就显得更完美；下方静电场前后二块电极板的接线性质与上方的反之，纳米粒子的输入与运动方向亦与上方的相反，这样无机纤维初生条便有机会得到前后二面的植入。 对应极板式植入工艺和网型极板式植入工艺，都是依靠静电单一作用力来完成植入任务的，故只能从增大电压电流等方式来增加植入量；因为无机纤维初生条的直径是纳米粒子粒径的几百倍，加上无机纤维初生条快速通过静电场又处在中间，所累积电荷很少，故适当增大电压电流等不足以明显撼动它而致影响它的正常成丝；然而，同样因为无机纤维初生条快速通过静电场，故即使适当增大电压电流致粒子运动密度有所增加，真正的植入量仍是有限的，尤其是无机纤维初生条排数较多的情况下；另外，静电场的温度和湿度等均会影响粒子运动密度和速度；因此，对植入量要求高的只能采取更强劲有效的方式；当然，这二种工艺纳米粒子粉末的飞扬程度相对很低，这一点还是可取的。 优选地，所述的高强度高结合力的玄武岩等无机纤维的制备方法，所说的静电喷粉式植入工艺，包括可调式供粉系统、可调频调压的高压静电发生器，而相当于静电喷枪膛体的是一个扁平腔体；在尚未凝固的无机纤维初生条群的另一端，加设一块电极板并接地；扁平腔体的出粉端，平排设置多个喷嘴及电极针或其它形状的电极，使之与另一端的接地电极板构成一个多极针式的加强静电场，静电场的有效范围亦有所扩大；静电场的加强可相对调低空气的冲击力(推送力)，以免太大的空气冲击力影响尚未凝固的无机纤维初生条的正常成丝；而事实上，在供粉系统同等压强的前提下，由传统的一个喷嘴改成多个喷嘴后，其空气冲击力本身就会大幅削减，这一点应提前加以考虑；而静电强度的加强和范围扩大，也能对纳米粒子的杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度高结合力的玄武岩等无机纤维，其特征是：将纳米粒子植入尚未凝固的无机纤维初生条的表层，使两者结合在一起。

【技术特征摘要】
1.高强度高结合力的玄武岩等无机纤维，其特征是:将纳米粒子植入尚未凝固的无机纤维初生条的表层，使两者结合在一起。2.高强度高结合力的玄武岩等无机纤维的制备方法，其特征在于通过静电植入工艺，使纳米粒子植入尚未凝固的无机纤维初生条的表层，使两者结合在一起。3.如权利要求2所述的高强度高结合力的玄武岩等无机纤维的制备方法，其特征在于所说的静电植入工艺，包括对应极板式植入工艺、网型极板式植入工艺、静电喷粉式植入工艺中的一种或几种；所说的对应极板式植入工艺的工作原理，与传统的静电植砂相同或相近，而植入方向由传统的上下改为前后或左右；网型极板式植入工艺与一些静电植绒的工作原理相同或相近，而植入方向亦由传统的上下改为前后或左右；静电喷粉式植入工艺的工作原理，与传统的粉末静电喷涂的工作原理相同或相近，包括可调式供粉系统、可调频调压的高压静电发生器、静电喷枪，在尚未凝固的无机纤维初生条群的另一端，加设一块电极板并接地，静电喷枪的喷嘴的构造，应能保证所喷出的纳米粒子混合气流到达纤维初生条群时，完全覆盖尚未凝固的无机纤维初生条的横向排列群；以使纳米粒子相对均匀地植入尚未凝固的无机纤维初生条的表层；再者，所说的几种静电植入工艺，均可在尚未凝固的无机纤维初生条的上下，设置两套静电场方向相反向的植入设施，使尚未凝固的无机纤维初生条得到前后二面的植入；并且，植入方向可根据拉丝漏板的排列方式作适当的调整，以避免前面的纤维初生条完全挡住后面的纤维初生条的情形；显然，本发明的各种静电植入工艺，均无需基材上胶和烘干工序。4.如权利要求3所述的高强度高结合力的玄武岩等无机纤维的制备方法，其特征在于所说的静电喷粉式植入工艺，包括可调式供粉系统、可调频调压的高压静电发生器，而相当于静电喷枪膛体的是一个扁平腔体；在尚未凝固的无机纤维初生条群的另一端，加设一块电极板并接地；...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅吾录，傅家桢，
申请(专利权)人：傅吾录，
类型：发明
国别省市：浙江;33