一种纤维增强复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维增强复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域，解决采用玄武岩纤维制备纤维增强复合材料时粘合力差，抗拉力不好等技术问题。本发明专利技术提供的纤维增强复合材料的制备方法，采用醋酸预处理、钛酸酯偶联剂以及纳米Al

A preparation method of fiber reinforced composites

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强复合材料的制备方法
本专利技术涉及复合材料的
，尤其涉及一种纤维增强复合材料的制备方法。
技术介绍
纤维增强复合材料(FiberReinforcedPolymer，或FiberReinforcedPlastic，简称FRP)是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。根据增强材料的不同，常见的纤维增强复合材料分为玻璃纤维增强复合材料(GFRP)，碳纤维增强复合材料(CFRP)以及芳纶纤维增强复合材料(AFRP)。随着科技不断进步，环境问题越来越得到人们的重视，秉承着可持续的绿色展理念，可持续和无污染的绿色环境材料逐渐受到人们的重视。与以往使用过的一些材料不同的是，绿色环境材料在保留良好的性能的同时，还不会破坏现有的生态环境。在使用环境材料的整个过程中，不会对环境造成破坏性的影响。因此环境材料的发现和使用逐渐变成了材料学科中最新的研究方向。在环境材料中可持续的纤维增强高分子复合材料特别是天然纤维备受关注。其中玄武岩是一种十分优秀的天然原料，它普遍存在于地球的各个角落，因此价格低廉，有利于玄武岩纤维(Basaltfiber，简称BF)广泛地生产和应用。玄武岩石料由二氧化硅等几种氧化物共同组成的十分特别的结构，使其生产的玄武岩纤维具有优良的性能。作为一种绿色的环保材料玄武岩纤维不仅有着良好的力学性能，耐高温以及优异的稳定性，耐化学性，易于加工，无毒，环保和廉价。然而由于玄武岩纤维表面十分光滑，同时其表面呈现出化学惰性，与基体间的粘合力较差。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术问题，提供一种纤维增强复合材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种纤维增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)对玄武岩纤维进行清洗去除其表面杂质，然后经过抽滤后烘干；(2)取烘干后的玄武岩纤维，加入1mol/L乙酸，400～600转/min搅拌60～90min，使玄武岩纤维分散，然后经过抽滤后烘干；(3)取酸处理后的玄武岩纤维，加入乙酸乙酯和偶联剂，800～1200转/min搅拌120～180min，然后经过抽滤后烘干；(4)取纳米Al2O3粒子分散于去离子水中，在30～50Hz下超声30～50min，待粒子充分分散后，将pH值调至5.5～5.8，接着加入硅烷偶联剂于室温下1500～2000转/min搅拌120～150min进行改性，然后对粒子进行离心操作，接着用丙酮洗净2～3次，烘干备用；(5)取步骤(3)的玄武岩纤维，加入乙酸乙酯和偶联剂，静置5～10分钟，加入20％～30％体积分数的改性后的纳米Al2O3，1500～2000转/min搅拌120～150min，将改性的玄武岩纤维从溶液中倒出，抽滤洗净后烘干；(6)取改性的玄武岩纤维在700～800MPa、750～800℃下压制成预制体；(7)将预制体和铝合金在真空中预热和熔炼，当温度到达800℃维持120min～150min，之后充入惰性气体冷却固化，得到纤维增强复合材料。优选地，步骤(1)中的清洗方法为：将玄武岩纤维放于丙酮溶液中，采用磁力搅拌30～50min洗去表面杂质。优选地，步骤(1)～(3)中的烘干方法均为：在温度50～55℃下烘干24～36h。优选地，步骤(4)和(5)中的烘干方法均为：在温度60～65℃下烘干24～36h。优选地，步骤(5)中偶联剂为钛酸酯偶联剂，其体积分数为乙酸乙酯的4～6％。优选地，步骤(7)所述惰性气体为氩气，其气压为850～950KPa。优选地，步骤(4)所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷，其体积分数为去离子水的4～6％。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：玄武岩纤维作为一种新型的绿色环保材料不仅有着良好的力学性能，耐高温，优异的稳定性，良好的耐化学性，易于加工，无毒，环保和廉价，而且具备了良好的低滚动阻力。由于玄武岩纤维表面亲水疏油的特点，与基体的结合力弱，易团聚，为了在降低损耗因子的同时提高复合材料的力学性能，本专利技术提供的纤维增强复合材料的制备方法，首先对玄武岩纤维进行改性，可以改善基体中的填料分散，防止聚集，并采用超声波增强其与基体的界面粘合性。钛酸酯偶联剂能对无机材料行表面改性，提高填料的分散性及填充量。此外通过引入外来填料如纳米颗粒可以进一步改善纤维填料和纤维表面的物理和物理化学性质，通过添加纳米颗粒，使复合材料的性能得到了提高。本专利技术采用醋酸预处理、钛酸酯偶联剂以及纳米Al2O3和钛酸酯偶联剂共同改性处理玄武岩纤维，最后得到的纤维增强复合材料，切断样品规格为300.0mm×300.0mm，采用现有技术检测，抗拉强度都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000～43000Mpa，亦高于钢，比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面将结合实施例对本专利技术作进一步的详细介绍。其中为特殊提及的材料均为市售产品。实施例1纤维增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将玄武岩纤维放于丙酮溶液中，采用磁力搅拌30min洗去表面杂质，然后经过抽滤后在温度50℃下烘干36h；(2)取烘干后的玄武岩纤维，加入1mol/L乙酸，400转/min搅拌90min，使玄武岩纤维分散，然后经过抽滤后在温度55℃下烘干24h；(3)取酸处理后的玄武岩纤维，加入乙酸乙酯和偶联剂，800转/min搅拌180min，然后经过抽滤后在温度50℃下烘干36h；(4)取纳米Al2O3粒子分散于去离子水中，在30Hz下超声50min，待粒子充分分散后，将pH值调至5.5，接着加入4％3-氨丙基三乙氧基硅烷于室温下1500转/min搅拌150min进行改性，然后对粒子进行离心操作，接着用丙酮洗净2次，在温度60℃下烘干36h，备用；(5)取步骤(3)的玄武岩纤维，加入乙酸乙酯和4％钛酸酯偶联剂，静置5分钟，加入20％体积分数的改性后的纳米Al2O3，1500转/min搅拌150min，将改性的玄武岩纤维从溶液中倒出，抽滤洗净后在温度60℃下烘干36h；(6)取改性的玄武岩纤维在700MPa、750℃下压制成预制体；(7)将预制体和铝合金在真空中预热和熔炼，当温度到达800℃维持120minmin，之后充入850KPa氩气冷却固化，得到纤维增强复合材料。实施例2纤维增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将玄武岩纤维放于丙酮溶液中，采用磁力搅拌40min洗去表面杂质，然后经过抽滤后在温度55℃下烘干30h；(2)取烘干后的玄武岩纤维，加入1mol/L乙酸，500转/min搅拌75min，使玄武岩纤维分散，然后经过抽滤后在温度50℃下烘干36h；(3)取酸处理后的玄武岩纤维，加入乙酸乙酯和偶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)对玄武岩纤维进行清洗去除其表面杂质，然后经过抽滤后烘干；/n(2)取烘干后的玄武岩纤维，加入1mol/L乙酸，400～600转/min搅拌60～90min，使玄武岩纤维分散，然后经过抽滤后烘干；/n(3)取酸处理后的玄武岩纤维，加入乙酸乙酯和偶联剂，800～1200转/min搅拌120～180min，然后经过抽滤后烘干；/n(4)取纳米Al

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对玄武岩纤维进行清洗去除其表面杂质，然后经过抽滤后烘干；
(2)取烘干后的玄武岩纤维，加入1mol/L乙酸，400～600转/min搅拌60～90min，使玄武岩纤维分散，然后经过抽滤后烘干；
(3)取酸处理后的玄武岩纤维，加入乙酸乙酯和偶联剂，800～1200转/min搅拌120～180min，然后经过抽滤后烘干；
(4)取纳米Al2O3粒子分散于去离子水中，在30～50Hz下超声30～50min，待粒子充分分散后，将pH值调至5.5～5.8，接着加入硅烷偶联剂于室温下1500～2000转/min搅拌120～150min进行改性，然后对粒子进行离心操作，接着用丙酮洗净2～3次，烘干备用；
(5)取步骤(3)的玄武岩纤维，加入乙酸乙酯和偶联剂，静置5～10分钟，加入20％～30％体积分数的改性后的纳米Al2O3，1500～2000转/min搅拌120～150min，将改性的玄武岩纤维从溶液中倒出，抽滤洗净后烘干；
(6)取改性的玄武岩纤维在700～800MPa、750～800℃下压制成预制体；
(7)将预制体和铝合金在真空中预热和熔炼，当温度到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，王杰，王永霞，
申请(专利权)人：长春安旨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22