改性玄武岩纤维及其制备方法和玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料技术

本发明专利技术涉及增强材料技术领域，具体而言，涉及改性玄武岩纤维及其制备方法和玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料。改性玄武岩纤维包括玄武岩纤维和无机纳米粒子，所述无机纳米粒子负载于所述玄武岩纤维，其中，所述玄武岩纤维上键合两端为环氧基的基团链。本发明专利技术的改性玄武岩纤维采用化学接枝改性与物理纳米粒子的机械啮合同时作用，二者构成有机

【技术实现步骤摘要】
改性玄武岩纤维及其制备方法和玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料


[0001]本专利技术涉及增强材料
，具体而言，涉及改性玄武岩纤维及其制备方法和玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料。

技术介绍

[0002]在材料快速发展的过程中，对轻量化、耐腐蚀、多功能和低成本的迫切要求使得传统的金属材料逐渐被纤维增强聚合物复合材料所取代。纤维增强环氧复合材料(FRECs)作为一种典型的热固性复合材料，具有高比强度、高比模量、易加工、良好的热稳定性和耐化学性，在建筑材料、汽车制造、轨道交通、航空航天以及管道运输等领域具有很大的应用潜力。
[0003]然而，由于树脂基体与纤维界面粘结性差，导致FRECs的力学性能理论值与实际值之间存在明显差距，这限制了相应复合材料的真正应用范围。特别是，玄武岩纤维是以SiO2为主要成分的无机纤维，纤维表面呈光滑且惰性的状态，表面难以和树脂之间形成机械啮合或化学键连接，因此，其与有机树脂之间的浸润性和连接性较差，导致制备的复合材料在界面处存在粘结强度不足的问题。为了提高FRECs的力学性能，拓宽其应用领域，科学界和工业制造商研究了越来越多的策略和方法来增强纤维与树脂基体之间的界面相互作用。目前报导的方法大多为以下几种：(1)采用浸入剂，继而在玄武岩纤维表面形成一层浸润层，而后再与树脂基体作用，但是，此方法中浸入剂和纤维之间的粘附性有限，在较强的应力作用下，浸润剂和纤维之间的界面会发生脱落，依然导致增强纤维和树脂基体之间的力学性能降低。(2)在玄武岩纤维表面进行单方面的化学接枝加强玄武岩纤维与环氧树脂的结合力；然而，单方面的化学接枝通过分子间作用力以及不均匀接枝难以达到更高的力学性能。(3)加入无机纳米粒子增大玄武岩纤维与环氧树脂的粗糙度，但是无机纳米粒子的加入，难以保证界面性能的稳定，过多的无机纳米粒子反而会形成缺陷。
[0004]因此，需要对能够有效改善树脂和增强纤维界面性能的方法以及材料。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供改性玄武岩纤维及其制备方法和玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料。本专利技术实施例提供的改性玄武岩纤维能够提升复合材料的界面性能，继而提升复合材料的力学性能。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种改性玄武岩纤维，其包括玄武岩纤维和无机纳米粒子，所述无机纳米粒子负载于所述玄武岩纤维，其中，所述玄武岩纤维上键合两端为环氧基的基团链。
[0009]在可选的实施方式中，所述无机纳米粒子包括纳米粒子SiO2、纳米TiO2、纳米ZnO、
碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯和石墨纳米片中的至少一种。
[0010]在可选的实施方式中，所述无机纳米粒子通过化学键合和物理沉积的方式负载于所述玄武岩纤维。
[0011]在可选的实施方式中，两端为环氧基的所述基团链通过端基为氨基的硅氧硅链键合至所述玄武岩纤维上。
[0012]在可选的实施方式中，形成两端为环氧基的所述基团链的原料选自缩水甘油醚类化合物；
[0013]优选为乙二醇二缩水甘油醚、二缩水甘油醚、二丙二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、1，2
‑
环己二醇二缩水甘油醚、1，4
‑
丁二醇二缩水甘油醚、1，6
‑
己二醇二缩水甘油醚中的至少一种；
[0014]形成端基为氨基的硅氧硅链的原料选自硅氧烷类化合物；
[0015]优选为γ
‑
脲基丙基三乙氧基硅烷、β
‑
氨乙基
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷中的至少一种。
[0016]第二方面，本专利技术提供一种前述实施方式所述的改性玄武岩纤维的制备方法，包括：将两端为环氧基的基团链键合至玄武岩纤维，而后负载无机纳米粒子。
[0017]在可选的实施方式中，包括：对玄武岩纤维进行前处理使得所述玄武岩纤维表面形成硅羟基；
[0018]而后，将前处理后的所述玄武岩纤维与形成端基为氨基的硅氧硅链的改性剂混合反应，使得端基为氨基的硅氧硅链接枝到所述玄武岩纤维上；
[0019]接着，将含有端基为氨基的硅氧硅链的所述玄武岩纤维与缩水甘油醚类化合物混合反应，使得两端为环氧基的基团链通过硅氧硅链键合至所述玄武岩纤维上；
[0020]再与无机纳米粒子混合。
[0021]在可选的实施方式中，前处理包括：将所述玄武岩纤维与有机溶剂
‑
水混合溶液混合，而后进行烘干；
[0022]优选地，所述有机溶剂
‑
水混合溶液中有机溶剂和水的质量比为3:8
‑
3:13；
[0023]优选地，所述有机溶剂选自醇类溶剂或酮类溶剂；
[0024]优选地，与所述改性剂混合反应的条件包括：温度为90
‑
130℃，时间为4
‑
6小时；
[0025]优选地，所述改性剂选自硅氧烷类化合物，优选为γ
‑
脲基丙基三乙氧基硅烷、β
‑
氨乙基
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷中的至少一种；
[0026]优选地，前处理后的所述玄武岩纤维与所述改性剂的质量比为4:1.5
‑
12:1.5；
[0027]优选地，与所述缩水甘油醚类化合物混合反应的条件包括：温度为60
‑
90℃，温度为2
‑
6小时；
[0028]优选地，与缩水甘油醚类化合物混合反应后，与所述无机纳米粒子混合之前，对键合有两端为环氧基的基团链的所述玄武岩纤维进行洗涤和烘干；
[0029]优选地，与无机纳米粒子混合的步骤包括：键合有两端为环氧基的基团链的所述玄武岩纤维、所述无机纳米粒子和有机溶剂混合超声；
[0030]优选地，缩水甘油醚类化合物与无机纳米粒子的质量比为100：1
‑
100：30。
[0031]第三方面，本专利技术提供一种玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料，其通过前述实施
方式所述的改性玄武岩纤维制备得到。
[0032]第四方面，本专利技术提供一种前述实施方式所述的玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法，包括：将前述实施方式所述的改性玄武岩纤维与环氧树脂混合进行热压成型；
[0033]优选地，包括：将所述改性玄武岩纤维与所述环氧树脂铺层而后热压成型；
[0034]优选地，热压成型的条件包括：温度为80
‑
200℃，压力为1
‑
10MPa，时间为2
‑
5小时；
[0035]优选地，所述改性玄武岩纤维与所述环氧树脂的质量比为7:3
‑
8:2。
[0036]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术实施例通过两端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性玄武岩纤维，其特征在于，其包括玄武岩纤维和无机纳米粒子，所述无机纳米粒子负载于所述玄武岩纤维，其中，所述玄武岩纤维上键合两端为环氧基的基团链。2.根据权利要求1所述的改性玄武岩纤维，其特征在于，所述无机纳米粒子包括纳米粒子SiO2、纳米TiO2、纳米ZnO、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯和石墨纳米片中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的改性玄武岩纤维，其特征在于，所述无机纳米粒子通过化学键合和物理沉积的方式负载于所述玄武岩纤维。4.根据权利要求1或2所述的改性玄武岩纤维，其特征在于，两端为环氧基的所述基团链通过端基为氨基的硅氧硅链键合至所述玄武岩纤维上。5.根据权利要求4所述的改性玄武岩纤维，其特征在于，形成两端为环氧基的所述基团链的原料选自缩水甘油醚类化合物；优选为乙二醇二缩水甘油醚、二缩水甘油醚、二丙二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、1，2
‑
环己二醇二缩水甘油醚、1，4
‑
丁二醇二缩水甘油醚、1，6
‑
己二醇二缩水甘油醚中的至少一种；形成端基为氨基的硅氧硅链的原料选自硅氧烷类化合物；优选为γ
‑
脲基丙基三乙氧基硅烷、β
‑
氨乙基
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷中的至少一种。6.一种权利要求1所述的改性玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，包括：将两端为环氧基的基团链键合至玄武岩纤维，而后负载无机纳米粒子。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括：对玄武岩纤维进行前处理使得所述玄武岩纤维表面形成硅羟基；而后，将前处理后的所述玄武岩纤维与形成端基为氨基的硅氧硅链的改性剂混合反应，使得端基为氨基的硅氧硅链接枝到所述玄武岩纤维上；接着，将含有端基为氨基的硅氧硅链的所述玄武岩纤维与缩水甘油醚类化合物混合反应，使得两端为环氧基的基团链通过硅氧硅链键合至所述玄武岩纤维上；再与无机纳米粒子混合。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，前处理包括：将所述玄武岩纤维与有机溶剂

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏清，张圣昌，严镇瀚，许启彬，陈练辉，游彦，姜猛进，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：