一种玄武岩织物增强聚乳酸复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种玄武岩织物增强聚乳酸复合材料及其制备方法，属于高分子聚合物制备技术领域。本发明专利技术首先对玄武岩织物表面进行改性预处理，然后采用模压成型工艺法将聚乳酸树脂与玄武岩织物很好的结合；具体包括以下步骤：（1）清洗玄武岩织物表面浸润剂；（2）玄武岩织物表面改性：玄武岩织物的表面用偶联剂进行预处理；（3）配制聚乳酸预浸料；（4）制备玄武岩织物与聚乳酸复合材料。本发明专利技术所得复合材料的力学性能更加优异，拉伸强度、弯曲强度和冲击强度得到了大幅度地提高，达到了增强的效果；制备工艺简单、成本低廉、绿色环保，克服了传统聚合物力学性能差、污染环境的缺点，具有广阔的市场应用前景。

A kind of basalt fabric reinforced polylactic acid composite and its preparation method

The present invention discloses a kind of basalt fabric reinforced polylactic acid composite and its preparation method, which belongs to the technical field of polymer preparation. The present invention first surface modification pretreatment of basalt fabric, and then combined with the compression molding process method of polylactic acid resin and the basalt fabric is very good; it includes the following steps: (1) cleaning the basalt fabric surface sizing agent; (2) basalt fabric surface modification: Basalt fabric surface pretreatment with coupling agent; (3) preparation of polylactic acid prepreg; (4) preparation of basalt fabric and polylactic acid composite material. The mechanical properties of composites is more excellent, the tensile strength, flexural strength and impact strength has been greatly improved, to enhance the effect; the preparation process is simple and low cost, green environmental protection, to overcome the traditional polymer poor mechanical properties and environmental pollution shortcomings, has a broad market prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种玄武岩织物增强聚乳酸复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种玄武岩织物增强聚乳酸复合材料及其制备方法，属于高分子聚合物制备

技术介绍
在21世纪，基于日益增长的环境意识，可再生资源和固有的生物降解聚合物被广泛应用。聚乳酸釆用可再生的玉米、木薯等淀粉原料，经发酵制得乳酸，然后再聚合成聚乳酸。聚乳酸具有生物可降解性，降解产物是二氧化碳和水，对环境不会造成污染，是一种绿色环保型材料，性能十分优良，得到广泛关注。但被用来作为工程复合材料时，聚乳酸的柔软性和冲击性能差，常温下是硬而脆的性能，阻碍它作为一种高性能的复合材料。纤维增强树脂基复合材料，是利用纤维与热固性或热塑性聚合物树脂基体复合而成的一种新型材料；是本领域研究的新方向。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种玄武岩织物增强聚乳酸复合材料及其制备方法，提高了聚乳酸复合材料的固结度和强度。本专利技术首先对玄武岩织物表面进行改性预处理，然后采用模压成型工艺法将聚乳酸树脂与玄武岩织物很好的结合；模压成型工艺法得到的复合材料有良好的固结度和强度，降低了其刚度。本专利技术提供了一种玄武岩织物增强聚乳酸复合材料，包括以下原料：聚乳酸：HO[OCCH(CH3)O]825H60g-80g玄武岩织物：30g-40g碱性洗液：40g-250g硅烷水解溶剂：800mL-1000mL聚乳酸的溶剂：200mL~250mL硅烷偶联剂：10-200mL交联剂：20g-25g固化剂：10g-20g。进一步地，所述碱性洗液包括氢氧化钠或氢氧化钾；硅烷水解溶剂包括水、甲醇、乙醇、水和乙醇混合液或异丙醇中的一种；聚乳酸的溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、丙酮或乙酸乙酯中的一种；硅烷偶联剂包括KH550、KH560、KH570中的一种；交联剂包括苯乙烯、过氧化二异丙苯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种；固化剂包括过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰二丁酯糊中的一种。进一步地，所述玄武岩织物的组成为：SiO2：51.6-59.3%，Al2O3：14.3-18.3%，FexOy：9.0-14.0%，CaO：5.9-9.4%，MgO：3.0-6.1%，Na2O和K2O：3.6-5.2%，其余为不可避免的杂质。本专利技术提供了上述玄武岩织物增强聚乳酸复合材料的制备方法，首先对玄武岩织物表面进行改性预处理，然后采用模压成型工艺法将聚乳酸树脂与玄武岩织物很好的结合。具体的制备方法包括以下步骤：（1）清洗玄武岩织物表面浸润剂：将玄武岩织物剪成尺寸为：300mm×400mm，然后浸泡在1000mL浓度为1-6mol/L的碱性洗液中，30-40min后取出；每次用500mL-600mL的蒸馏水清洗，重复操作至少3次后去除多余的氢氧化钠；放入温度为70-90℃，真空度为100-110Pa的真空干燥箱中烘干，时间为2h。（2）玄武岩织物表面改性：取10-200mL硅烷与10mL-200mL蒸馏水充分混合后，加入800mL-1000mL硅烷水解溶剂中，置于磁力搅拌器中，在室温条件下，以800r/min转速，重复搅拌80-90min进行完全混合得到硅烷水解溶液；然后取上述的玄武岩织物试样置于硅烷水解溶液中，要保证其充分浸润，室温下待反应30-40min；处理后将织物取出并在70-80℃的电热鼓风干燥箱中烘干待用。（3）配制聚乳酸预浸料：称量60份-80份聚乳酸粉末，置于温度为40-50℃，真空度为100-110Pa的真空干燥箱中烘干，时间为3h；将干燥的聚乳酸溶解在200mL~250mL聚乳酸的溶剂中；置于磁力搅拌器中，在室温条件下，以500r/min转速搅拌30-40min，直至全部溶解；添加20份-25份的交联剂与10份-20份的固化剂，置于磁力搅拌器中，在室温条件下，以500r/min转速，继续搅拌8-10min；（4）制备玄武岩织物与聚乳酸复合材料：采用模压成型工艺在液压机上制备玄武岩织物与聚乳酸复合材料，将偶联剂硅烷改性处理后的玄武岩织物试样与聚乳酸预浸料先在8-10MPa压强下压制8-10min，使玄武岩织物与聚乳酸树脂浸透均匀；随后将预浸料在压强15-20MPa、温度90-100℃条件下压制5-7min；然后在15-20MPa压强、110-115℃温度下压制2-5min；然后将温度升到120-130℃并压制30-40min；保压冷却至室温后取出，最后在135-140℃条件下进行后固化100-120min；即制备出玄武岩织物增强聚乳酸复合材料。与玻璃纤维及碳纤维相比，玄武岩纤维是新型的环保绿色的高性能纤维，它是来自大自然的岩石，具有良好的机械性能、耐热性、耐腐蚀性等特点。为了减少污染、保护环境，同时为了应对日益逼近的能源危机和资源约束，利用玄武岩织物增强聚乳酸而形成的复合材料具有良好的应用前景。玄武岩织物与聚乳酸复合材料的力学性能相较纯聚乳酸材料而言，弯曲强度由90-100MPa到240-320MPa，拉伸强度由55-60MPa提高到250-290MPa，冲击强度由25J/m2提高到50-60.5J/m2，复合材料的力学性能得到大幅度的提高；玄武岩织物与聚乳酸复合材料的弯曲断口处纤维之间的结合紧密，分层现象较明显，玄武岩纤维与树脂之间的粘结力较高，界面结合性良好。本专利技术的有益效果：（1）复合材料的力学性能更加优异，拉伸强度、弯曲强度和冲击强度得到了大幅度地提高，该复合材料很好地弥补了聚乳酸柔软性和冲击性能差的缺点，达到了工程应用材料的力学性能要求；（2）玄武岩织物无污染，聚乳酸可降解，二者结合的材料也响应了绿色环保的要求；（3）该复合材料的制备工艺简单易行，材料易得，成本较低，适合大规模地生产。附图说明图1为制备玄武岩织物聚乳酸复合材料的步骤流程图；图2为实施例2的玄武岩聚乳酸复合材料断面扫描电镜图片；图3为实施例2中聚乳酸与玄武岩聚乳酸复合材料弯曲强度和拉伸强度对比图。具体实施方式下面通过实施例来进一步说明本专利技术，但不局限于以下实施例。本专利技术实施例中所述百分比均为质量百分比。实施例1：使用的化学物质材料为：聚乳酸、氢氧化钠、二氯甲烷、乙醇、硅烷KH550、蒸馏水、苯乙烯、过氧化苯甲酰、玄武岩织物，其准备用量如下：以克、毫升为计量单位聚乳酸：HO[OCCH(CH3)O]825H60g氢氧化钠：NaOH160g无水乙醇：C2H5OH900mL二氯甲烷：CH2Cl2200mL硅烷：KH550100mL苯乙烯：C8H820g过氧化苯甲酰：C14H10O410g玄武岩织物：含52.64%SiO2、14.68%Al2O3、11.9%Fe2O3、9.35%CaO、6.1%MgO、3.58%Na2O、1.57%K2O35g制备方法如下：（1）精选化学物质材料：对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度、含量控制：聚乳酸：固体粉末，99.9%氢氧化钠：固态固体，99.5%无水乙醇：液态液体，99.9%二氯甲烷：液态液体，99.9%硅烷KH550：液态液体，99.9%苯乙烯：液态液体，99.5%过氧化苯甲酰：液态液体，96%蒸馏水：液态液体，99.9%玄武岩织物：组织结构为平纹，经密为62根/10cm、纬密为60根/10cm、克重为405g/m2，经向拉伸断裂强力为1305.33N，纬向拉伸断裂强力为1250.67N。（2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玄武岩织物增强聚乳酸复合材料，其特征在于：包括以下原料：聚乳酸：HO[OCCH(CH3)O]825H 60g‑80g玄武岩织物：30g‑40g碱性洗液：40g‑250g硅烷水解溶剂：800mL‑1000mL聚乳酸的溶剂：200mL~250mL硅烷偶联剂：10‑200mL交联剂：20g‑25g固化剂：10g‑20g。

【技术特征摘要】
1.一种玄武岩织物增强聚乳酸复合材料，其特征在于：包括以下原料：聚乳酸：HO[OCCH(CH3)O]825H60g-80g玄武岩织物：30g-40g碱性洗液：40g-250g硅烷水解溶剂：800mL-1000mL聚乳酸的溶剂：200mL~250mL硅烷偶联剂：10-200mL交联剂：20g-25g固化剂：10g-20g。2.根据权利要求1所述的玄武岩织物增强聚乳酸复合材料，其特征在于：所述碱性洗液包括氢氧化钠或氢氧化钾；硅烷水解溶剂包括水、甲醇、乙醇、水和乙醇混合液、异丙醇中的一种；聚乳酸的溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、丙酮或乙酸乙酯中的一种；硅烷偶联剂包括KH550、KH560、KH570中的一种；交联剂包括苯乙烯、过氧化二异丙苯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种；固化剂包括过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰二丁酯糊中的一种。3.根据权利要求1所述的玄武岩织物增强聚乳酸复合材料，其特征在于：所述玄武岩织物的组分及质量百分比为：SiO2：51.6-59.3%，Al2O3：14.3-18.3%，FexOy：9.0-14.0%，CaO：5.9-9.4%，MgO：3.0-6.1%，Na2O和K2O：3.6-5.2%，其余为不可避免的杂质。4.一种权利要求1~3任一项所述的玄武岩织物增强聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：首先对玄武岩织物表面进行改性预处理，然后采用模压成型工艺法将聚乳酸树脂与玄武岩织物很好的结合。5.根据权利要求4所述的玄武岩织物增强聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）清洗玄武岩织物表面浸润剂：将玄武岩织物剪成以下尺寸：300mm×400mm，然后浸泡在1000mL浓度为1-6mol/L的碱性洗液中，30-40min后取出；每次用500mL-600mL的蒸馏水清洗，重复操作至少3次后去除多余的氢氧化钠；放入温度为70-90℃、真空度为100-110...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘淑强，吴改红，余娟娟，董艳丽，郭红霞，张晓芳，刘明芳，张瑶，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14