【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纤维表面改性化学领域，尤其涉及一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法。
技术介绍
1、玄武岩纤维(bf)作为一种新型的高性能纤维，因其优异的力学性能、耐高温性、耐酸碱性和良好的抗腐蚀性能，在很多工程领域逐渐替代了玻璃纤维和碳纤维，成为未来复合材料的重要选择。然而，玄武岩纤维在与树脂基体结合时，由于其表面能较低、亲水性差，导致其与树脂基体的界面结合强度较低，从而影响了复合材料的整体力学性能和耐久性。因此，如何通过表面改性提高玄武岩纤维与树脂基体的界面结合力以及耐腐蚀性能，成为了当前研究的一个重要方向。
2、玄武岩纤维表面光滑且呈现出化学惰性，导致其与基体材料之间的结合较差，不利于基体中的应力传递到纤维，从而限制了玄武岩纤维有效的增强。目前，常用的纤维表面改性方法包括物理法(如等离子处理、喷涂法)和化学法(如表面溶剂处理、化学浸渍法等)。这些方法虽然能够一定程度上提高纤维的表面性能，但仍然存在一些局限性，例如处理过程复杂、效果不稳定或对环境的适应性差。因此，开发一种高效、简便、环保且能够显著提高玄武岩纤维复合材料界面结合与耐腐蚀性能的改性方法具有重要的理论和实际意义。
3、因此，本专利技术提出了一种基于多巴胺和zif-8复合改性玄武岩纤维的方法，通过将玄武岩纤维(bf)表面依次进行脱浆、聚多巴胺自聚合、浸渍锌盐和2-甲基咪唑溶液生成zif-8材料，最后与环氧树脂热压成型，显著增强了玄武岩纤维与树脂基体的界面结合强度，并在腐蚀环境下表现出更优异的耐腐蚀性能。这种改性方法不仅简便高效，而且
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于有效解决玄武岩纤维表面化学惰性及其与树脂基体之间界面相互作用较弱的缺陷，提高玄武岩纤维表面与树脂基体的结合强度并增强玄武岩纤维复合材料的耐腐蚀性能，提供了一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法。
2、本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，包括以下步骤：
3、s1、玄武岩纤维放入有机溶剂中高温回流后，再清洗、烘干后制得脱浆玄武岩纤维，随后在多巴胺盐酸盐溶液中添加三羟甲基氨基甲烷缓冲液并调节ph至8.5，超声分散后将脱浆玄武岩纤维浸入其中反应后洗涤，干燥，制得聚多巴胺涂层的玄武岩纤维；
4、s2、将s1制得的聚多巴胺涂层的玄武岩纤维浸入锌盐溶液中低温反应后洗涤、烘干后制得锌盐浸泡的玄武岩纤维；
5、s3、将s2制得的锌盐浸泡的玄武岩纤维再浸入2-甲基咪唑溶液，恒温反应后洗涤、干燥，制得zif-8修饰的玄武岩纤维；
6、s4、将环氧树脂与固化剂混合搅拌后加入催化剂，真空除泡后备用；
7、s5、将s4制得的树脂与固化剂的混合物通过静电涂敷到s3制得的zif-8修饰的玄武岩纤维表面，然后将静电涂敷后的玄武岩纤维在模具上铺层，再通过分段热压法制得玄武岩纤维复合材料。
8、进一步的技术方案是，所述步骤s1中有机溶剂为丙酮和醋酸乙酯，体积比为3：1；脱浆玄武岩纤维与多巴胺溶液质量比为1：50，反应温度为40°c，搅拌速度为500rpm，反应时间为8小时，聚多巴胺覆盖率达到80%以上。
9、进一步的技术方案是，所述步骤s2中的锌盐溶液溶质是六水硝酸锌，溶剂是甲醇，浓度为0.15-0.3mol/l，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为1小时，搅拌温度为40°c，浸泡反应时间为6-9小时，浸泡反应温度为5°c-10°c，晶须长度为100-300nm，直径20-50nm，且晶须表面粗糙度ra为50-80nm。
10、进一步的技术方案是，所述步骤s3中2-甲基咪唑溶液的溶质是2-甲基咪唑，溶剂是甲醇溶液，浓度为0.2-0.4mol/l，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为1小时，浸泡反应时间为6-9小时，反应温度为50°c。
11、其中更进一步的是，所述步骤s3中，所述zif-8的晶体粒径为50-200nm；锌离子(zn²⁺)与2-甲基咪唑的摩尔比为1：1.5-1：2.5；所述zif-8修饰层厚度为2-5μm，zif-8修饰的玄武岩纤维表面粗糙度为0.3-0.5μm，ph值为5.5-6.0，zif-8覆盖率达到90%。
12、进一步的技术方案是，所述步骤s4中的环氧树脂为e51环氧树脂，催化剂为氧化钙(cao)，固化剂为甲基四氢苯酐，环氧树脂与固化剂的质量比为10：8，氧化钙(cao)的质量与环氧树脂与固化剂的总质量比为0.1-0.5%；
13、其中更进一步的是，所述步骤s4中搅拌速度为300rpm，搅拌温度为35°c，搅拌时间为30分钟；真空除泡分为两步，第一步真空度为10mpa，时间为10-15分钟，第二步真空度为5mpa，时间为5-10分钟。
14、进一步的技术方案是，所述步骤s5中静电涂敷技术的涂料粘度应控制在150-250mpa·s(在25°c下测量)，喷枪的静电电压为20-30kv，涂敷厚度控制在50-70μm，喷枪与玄武岩纤维表面的距离应为15-25cm，喷涂气压为置为0.2-0.5mpa，涂敷温度应为25-35°c，静电涂敷的湿度为40-60%。
15、其中更进一步的是，所述步骤s5中玄武岩纤维在模具上铺层按照每层之间交错角度为15°/60°和60°/90°交替的方式铺设。
16、其中更进一步的是，所述步骤s5中的分段热压法分为三个阶段，第一个阶段为预固化阶段，压力位0.5mpa，温度为80°c，时间为30分钟；第二个阶段为升温升压阶段，第一次升压至2mpa，升温至120°c，第二次升压至5mpa，升温至150°c，两次升压均保持1小时；第三个阶段降温恒压阶段，压力为5mpa，温度为室温时结束，复合材料界面孔隙率≤0.5%，且孔隙尺寸≤5μm。
17、本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种由上述方法制备而成的增强玄武岩纤维复合材料界面与耐蚀性的玄武岩纤维复合材料。
18、本专利技术具有以下有益效果：
19、(1)本专利技术通过多巴胺自聚合与金属有机框架(zif-8)修饰相结合的创新性手段，利用聚多巴胺的强粘附作用和聚多巴胺与锌离子(zn²⁺)的螯合作用相协同使zif-8原位生长在玄武岩纤维表面，形成化学键合与纳米级机械互锁的双重界面增强结构。这种改性方式显著提高了玄武岩纤维与环氧树脂之间的界面结合力，改善了复合材料的力学性能，尤其是在腐蚀性环境中的力学稳定性。
20、(2)传统的纤维增强复合材料常常由于缺乏足够的耐腐蚀性而在恶劣环境中迅速失效。而本专利技术利用zif-8的抗腐蚀特性，利用聚多巴胺与锌离子(zn²⁺)的化学键合和聚多巴胺与zif-8的机械互锁成功地将其引入到玄武岩纤维的表面，在提高材料界面结合力的同时，增强了复合材料的抗腐蚀性能。尤其在海水等腐蚀性环境下，复合材料的耐久性大大提高，延长了使用寿命。...
【技术保护点】
1.一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤S1中有机溶剂为丙酮和醋酸乙酯，体积比为3：1；脱浆玄武岩纤维与多巴胺溶液质量比为1：50，反应温度为40°C，搅拌速度为500rpm，反应时间为8小时，聚多巴胺覆盖率达到80%以上。
3.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤S2中的锌盐溶液溶质是六水硝酸锌，溶剂是甲醇，浓度为0.15-0.3mol/L，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为1小时，搅拌温度为40°C，浸泡反应时间为6-9小时，浸泡反应温度为5°C-10°C，晶须长度为100-300nm，直径20-50nm，且晶须表面粗糙度Ra为50-80nm。
4.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤S3中2-甲基咪唑溶液的溶质是2-甲基咪唑，溶剂是甲醇溶液，浓度为0.2-0.4mol/L，搅拌速度为300rpm，搅
5.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述ZIF-8的晶体粒径为50-200nm；锌离子(Zn²⁺)与2-甲基咪唑的摩尔比为1：1.5-1：2.5；所述ZIF-8修饰层厚度为2-5μm，ZIF-8修饰的玄武岩纤维表面粗糙度为0.3-0.5μm，pH值为5.5-6.0，ZIF-8覆盖率达到90%。
6.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤S4中的环氧树脂为E51环氧树脂，催化剂为氧化钙(CaO)，固化剂为甲基四氢苯酐，环氧树脂与固化剂的质量比为10：8，氧化钙(CaO)的质量与环氧树脂与固化剂的总质量比为0.1-0.5%。
7.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤S4中搅拌速度为300rpm，搅拌温度为35°C，搅拌时间为30分钟；真空除泡分为两步，第一步真空度为10MPa，时间为10-15分钟，第二步真空度为5MPa，时间为5-10分钟。
8.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤S5中静电涂敷技术的涂料粘度应控制在150-250mPa·s(在25°C下测量)，喷枪的静电电压为20-30kV，涂敷厚度控制在50-70μm，喷枪与玄武岩纤维表面的距离应为15-25cm，喷涂气压为置为0.2-0.5MPa，涂敷温度应为25-35°C，静电涂敷的湿度为40-60%。
9.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤S5中玄武岩纤维在模具上铺层按照每层之间交错角度为15°/60°和60°/90°交替的方式铺设。
10.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤S5中的分段热压法分为三个阶段，第一个阶段为预固化阶段，压力位0.5MPa，温度为80°C，时间为30分钟；第二个阶段为升温升压阶段，第一次升压至2MPa，升温至120°C，第二次升压至5MPa，升温至150°C，两次升压均保持1小时；第三个阶段降温恒压阶段，压力为5MPa，温度为室温时结束，复合材料界面孔隙率≤0.5%，且孔隙尺寸≤5μm。
...【技术特征摘要】
1.一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤s1中有机溶剂为丙酮和醋酸乙酯，体积比为3：1；脱浆玄武岩纤维与多巴胺溶液质量比为1：50，反应温度为40°c，搅拌速度为500rpm，反应时间为8小时，聚多巴胺覆盖率达到80%以上。
3.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤s2中的锌盐溶液溶质是六水硝酸锌，溶剂是甲醇，浓度为0.15-0.3mol/l，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为1小时，搅拌温度为40°c，浸泡反应时间为6-9小时，浸泡反应温度为5°c-10°c，晶须长度为100-300nm，直径20-50nm，且晶须表面粗糙度ra为50-80nm。
4.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤s3中2-甲基咪唑溶液的溶质是2-甲基咪唑，溶剂是甲醇溶液，浓度为0.2-0.4mol/l，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为1小时，浸泡反应时间为6-9小时，反应温度为50°c。
5.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述zif-8的晶体粒径为50-200nm；锌离子(zn²⁺)与2-甲基咪唑的摩尔比为1：1.5-1：2.5；所述zif-8修饰层厚度为2-5μm，zif-8修饰的玄武岩纤维表面粗糙度为0.3-0.5μm，ph值为5.5-6.0，zif-8覆盖率达到90%。
6.根据权利要求1所述的一种增强玄武岩纤维复合材料界面结合与耐蚀性的方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：向东，周应权，武元鹏，马竟雄，王平，周利华，李辉，赵春霞，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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