[发明专利]一种含改性玄武岩纤维和聚合物的复合材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201210539838.9 申请日: 2012-12-13
公开(公告)号: CN103044877A 公开(公告)日: 2013-04-17
发明(设计)人: 肖菁 申请(专利权)人: 肖菁
主分类号: C08L69/00 分类号: C08L69/00;C08L23/06;C08L23/12;C08L29/04;C08L27/06;C08L25/06;C08L33/12;C08L59/00;C08L81/06;C08L81/02;C08L61/16;C08K9/00;C08K7/10
代理公司: 长沙正奇专利事务所有限责任公司 43113 代理人: 马强
地址: 410007 湖南省长沙市*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 改性 玄武岩 纤维 聚合物 复合材料 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于复合材料制备领域,涉及以改性玄武岩纤维和聚合物为原料通过沉淀法制备的复合材料和方法。

背景技术

地球的岩石可分为三类:沉积岩、变质岩和火成岩。沉积岩是地球表面经过风化作用,由风和水搬运形成的。变质岩是地球内在高温高压条件下,发生物理、化学变化,重新结晶组成的矿物。火成岩是岩浆在地下或喷出地壳冷凝后形成的岩石,又称岩浆岩。火成岩按二氧化硅含量的多少可分为酸性岩、中性岩和基性岩三种。二氧化硅含量超过65%的火成岩为酸性岩,如花岗岩和流纹岩;二氧化硅含量低于52%的火成岩为基性岩,如玄武岩和辉长岩;二氧化硅含量介于两者之间的火成岩为中性岩,如闪长岩和安山岩。火成岩按矿物颗粒的大小可分为细粒火成岩和粗粒火成岩两种,由于玄武岩是喷出的细粒岩,密度大,结晶属于高温形成。玄武岩成分中二氧化硅的含量在44-52%之间居多,三氧化二铝含量在12-18%之间,氧化铁和三氧化二铁含量在9-14%之间。玄武岩属于难熔矿物原料,熔化温度在1500℃以上。其中含有的氧化钾,氧化镁和二氧化钛等成分,对提高纤维防水、耐腐蚀性能起了重要作用。火山衍生物结构的玄武岩比沉积岩中页岩、砂岩和变质岩中的石英岩的杨氏模量都要高,这使玄武岩纤维具有耐高温、抗拉强度好、弹性模量高等性能。在玄武岩中含硅较高的和熔融体(特别是在成型温度范围内)没有晶核存在的玄武岩最适合拉制纤维。

玄武岩纤维是以天然的基性玄武岩矿石为原料,将其破碎后加入熔窑中,在1450~1500 ℃熔融后制成的纤维,是继碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维之后的第四大高技术纤维。

玄武岩纤维与其它高科技纤维相比,具有隔热、防潮、防水、防火、耐酸碱、保冷、吸声、良好的抗拉强度、耐腐蚀、且长期使用不退变、劣化等很多独特的优异性能,是碳纤维等的低价替代品。并且,原料价格低廉,无须其他材料(一般玻璃纤维需要较高的配料比例),低廉的生产费用。尤为主要的是,由于它取自天然矿石,而无任何添加剂,是目前为止唯一的无环境污染的不致癌的绿色玻璃质纤维产品。

正由于玄武岩纤维及其复合材料具有其它材料不可替代的作用,我国中长期发展规划将先进复合材料列为重要发展方向,并已明确将连续玄武岩纤维一并列为要重点发展的四大高新技术纤维之一。

中国拥有极其丰富品质良好的玄武岩矿石储量,遍布祖国的大江南北。按照地理位置,可以分为2 大区域:一是沿我国东部大陆边缘,形成数以百计的火山群和火山锥,成为环太平洋火山链的一部分,另一是位于青藏高原及周边地区的火山群。对玄武岩的实际调查表明,在四川、云南、湖南、黑龙江、辽宁、河北、山西、江苏、安徽、浙江、贵州、新疆、海南岛和台湾等省,都有适合生产玄武岩连续纤维的玄武岩矿床。

玄武岩纤维应用领域及发展前景:由于玄武岩纤维如力学性能佳,耐高温性能好,可在-269~700 ℃范围内连续工作;耐酸耐碱,抗紫外线性能强,吸湿性低,有更好的耐环境性能。此外,还有绝缘性能好、高温过滤性佳、抗辐射、良好的透波性能、无“三废”排放、不污染环境无毒、无爆炸危险、抗腐蚀能力强等特点。以玄武岩纤维为增强体可制成各种性能优异的复合材料,被誉为21世纪的新材料。

玄武岩纤维材料在工业上有着重要的使用价值,广泛应用于纺织、消防、环保、航空航天、汽车船舶制造、工程塑料、还可广泛用于节能、绝热、土木建筑工程及军工等领域,是21 世纪支撑高科技产品、尤其是国防军工建设的一种主要材料。

聚合物材料虽然只有几十年的发展历史,但是其发展速度之快,应用之广,远远超过人类历史上任何一种其它材料。聚合物具有可塑性、高弹性、成膜性等很多优良而独特的性能,可以制成各种塑料、合金橡胶、合成纤维、涂料和粘合剂等。但是聚合物还存在不耐高温、强度不够高、容易燃烧、容易老化、容易产生积累静电等缺点,如何克服这些缺点进一步完善聚合物的性能是当前材料领域的一个热点问题。

由于聚合物材料优良的力学性能,用聚合物代替金属材料的应用日益增多,但聚合物制品的电绝缘性使其在使用过程中容易产生和积累静电。这会带来不利的后果甚至严重的损失,因此研制能消除静电的有效高强度的新型材料极为重要。

在含改性玄武岩纤维聚合物复合材料的制备中人们面临的问题之一就是改性玄武岩纤维的均匀分散较困难,这是因为改性玄武岩纤维的直径较细是微米级的,具有同其它微米粉体类似的表面效应、小尺寸效应,因而有较大的比表面积和较高的表面能,容易发生团聚等问题。

发明内容

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