一種纖維增強復合材料的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種纖維增強復合材料的制備方法，屬于復合材料技術領域，解決采用玄武巖纖維制備纖維增強復合材料時粘合力差，抗拉力不好等技術問題。本發明專利技術提供的纖維增強復合材料的制備方法，采用醋酸預處理、鈦酸酯偶聯劑以及納米Al

A preparation method of fiber reinforced composites

【技術實現步驟摘要】
一種纖維增強復合材料的制備方法
本專利技術涉及復合材料的
，尤其涉及一種纖維增強復合材料的制備方法。
技術介紹
纖維增強復合材料(FiberReinforcedPolymer，或FiberReinforcedPlastic，簡稱FRP)是由增強纖維材料，如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等，與基體材料經過纏繞，模壓或拉擠等成型工藝而形成的復合材料。根據增強材料的不同，常見的纖維增強復合材料分為玻璃纖維增強復合材料(GFRP)，碳纖維增強復合材料(CFRP)以及芳綸纖維增強復合材料(AFRP)。隨著科技不斷進步，環境問題越來越得到人們的重視，秉承著可持續的綠色展理念，可持續和無污染的綠色環境材料逐漸受到人們的重視。與以往使用過的一些材料不同的是，綠色環境材料在保留良好的性能的同時，還不會破壞現有的生態環境。在使用環境材料的整個過程中，不會對環境造成破壞性的影響。因此環境材料的發現和使用逐漸變成了材料學科中最新的研究方向。在環境材料中可持續的纖維增強高分子復合材料特別是天然纖維備受關注。其中玄武巖是一種十分優秀的天然原料，它普遍存在于地球的各個角落，因此價格低廉，有利于玄武巖纖維(Basaltfiber，簡稱BF)廣泛地生產和應用。玄武巖石料由二氧化硅等幾種氧化物共同組成的十分特別的結構，使其生產的玄武巖纖維具有優良的性能。作為一種綠色的環保材料玄武巖纖維不僅有著良好的力學性能，耐高溫以及優異的穩定性，耐化學性，易于加工，無毒，環保和廉價。然而由于玄武巖纖維表面十分光滑，同時其表面呈現出化學惰性，與基體間的粘合力較差。
技術實現思路
本專利技術針對上述技術問題，提供一種纖維增強復合材料的制備方法。為了實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種纖維增強復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)對玄武巖纖維進行清洗去除其表面雜質，然后經過抽濾后烘干；(2)取烘干后的玄武巖纖維，加入1mol/L乙酸，400～600轉/min攪拌60～90min，使玄武巖纖維分散，然后經過抽濾后烘干；(3)取酸處理后的玄武巖纖維，加入乙酸乙酯和偶聯劑，800～1200轉/min攪拌120～180min，然后經過抽濾后烘干；(4)取納米Al2O3粒子分散于去離子水中，在30～50Hz下超聲30～50min，待粒子充分分散后，將pH值調至5.5～5.8，接著加入硅烷偶聯劑于室溫下1500～2000轉/min攪拌120～150min進行改性，然后對粒子進行離心操作，接著用丙酮洗凈2～3次，烘干備用；(5)取步驟(3)的玄武巖纖維，加入乙酸乙酯和偶聯劑，靜置5～10分鐘，加入20％～30％體積分數的改性后的納米Al2O3，1500～2000轉/min攪拌120～150min，將改性的玄武巖纖維從溶液中倒出，抽濾洗凈后烘干；(6)取改性的玄武巖纖維在700～800MPa、750～800℃下壓制成預制體；(7)將預制體和鋁合金在真空中預熱和熔煉，當溫度到達800℃維持120min～150min，之后充入惰性氣體冷卻固化，得到纖維增強復合材料。優選地，步驟(1)中的清洗方法為：將玄武巖纖維放于丙酮溶液中，采用磁力攪拌30～50min洗去表面雜質。優選地，步驟(1)～(3)中的烘干方法均為：在溫度50～55℃下烘干24～36h。優選地，步驟(4)和(5)中的烘干方法均為：在溫度60～65℃下烘干24～36h。優選地，步驟(5)中偶聯劑為鈦酸酯偶聯劑，其體積分數為乙酸乙酯的4～6％。優選地，步驟(7)所述惰性氣體為氬氣，其氣壓為850～950KPa。優選地，步驟(4)所述硅烷偶聯劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷，其體積分數為去離子水的4～6％。與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：玄武巖纖維作為一種新型的綠色環保材料不僅有著良好的力學性能，耐高溫，優異的穩定性，良好的耐化學性，易于加工，無毒，環保和廉價，而且具備了良好的低滾動阻力。由于玄武巖纖維表面親水疏油的特點，與基體的結合力弱，易團聚，為了在降低損耗因子的同時提高復合材料的力學性能，本專利技術提供的纖維增強復合材料的制備方法，首先對玄武巖纖維進行改性，可以改善基體中的填料分散，防止聚集，并采用超聲波增強其與基體的界面粘合性。鈦酸酯偶聯劑能對無機材料行表面改性，提高填料的分散性及填充量。此外通過引入外來填料如納米顆粒可以進一步改善纖維填料和纖維表面的物理和物理化學性質，通過添加納米顆粒，使復合材料的性能得到了提高。本專利技術采用醋酸預處理、鈦酸酯偶聯劑以及納米Al2O3和鈦酸酯偶聯劑共同改性處理玄武巖纖維，最后得到的纖維增強復合材料，切斷樣品規格為300.0mm×300.0mm，采用現有技術檢測，抗拉強度都在3500Mpa以上，是鋼的7～9倍，抗拉彈性模量為23000～43000Mpa，亦高于鋼，比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上。具體實施方式為了使本領域的技術人員更好地理解本專利技術的技術方案，下面將結合實施例對本專利技術作進一步的詳細介紹。其中為特殊提及的材料均為市售產品。實施例1纖維增強復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將玄武巖纖維放于丙酮溶液中，采用磁力攪拌30min洗去表面雜質，然后經過抽濾后在溫度50℃下烘干36h；(2)取烘干后的玄武巖纖維，加入1mol/L乙酸，400轉/min攪拌90min，使玄武巖纖維分散，然后經過抽濾后在溫度55℃下烘干24h；(3)取酸處理后的玄武巖纖維，加入乙酸乙酯和偶聯劑，800轉/min攪拌180min，然后經過抽濾后在溫度50℃下烘干36h；(4)取納米Al2O3粒子分散于去離子水中，在30Hz下超聲50min，待粒子充分分散后，將pH值調至5.5，接著加入4％3-氨丙基三乙氧基硅烷于室溫下1500轉/min攪拌150min進行改性，然后對粒子進行離心操作，接著用丙酮洗凈2次，在溫度60℃下烘干36h，備用；(5)取步驟(3)的玄武巖纖維，加入乙酸乙酯和4％鈦酸酯偶聯劑，靜置5分鐘，加入20％體積分數的改性后的納米Al2O3，1500轉/min攪拌150min，將改性的玄武巖纖維從溶液中倒出，抽濾洗凈后在溫度60℃下烘干36h；(6)取改性的玄武巖纖維在700MPa、750℃下壓制成預制體；(7)將預制體和鋁合金在真空中預熱和熔煉，當溫度到達800℃維持120minmin，之后充入850KPa氬氣冷卻固化，得到纖維增強復合材料。實施例2纖維增強復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將玄武巖纖維放于丙酮溶液中，采用磁力攪拌40min洗去表面雜質，然后經過抽濾后在溫度55℃下烘干30h；(2)取烘干后的玄武巖纖維，加入1mol/L乙酸，500轉/min攪拌75min，使玄武巖纖維分散，然后經過抽濾后在溫度50℃下烘干36h；(3)取酸處理后的玄武巖纖維，加入乙酸乙酯和偶本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種纖維增強復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：/n(1)對玄武巖纖維進行清洗去除其表面雜質，然后經過抽濾后烘干；/n(2)取烘干后的玄武巖纖維，加入1mol/L乙酸，400～600轉/min攪拌60～90min，使玄武巖纖維分散，然后經過抽濾后烘干；/n(3)取酸處理后的玄武巖纖維，加入乙酸乙酯和偶聯劑，800～1200轉/min攪拌120～180min，然后經過抽濾后烘干；/n(4)取納米Al

【技術特征摘要】
1.一種纖維增強復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)對玄武巖纖維進行清洗去除其表面雜質，然后經過抽濾后烘干；
(2)取烘干后的玄武巖纖維，加入1mol/L乙酸，400～600轉/min攪拌60～90min，使玄武巖纖維分散，然后經過抽濾后烘干；
(3)取酸處理后的玄武巖纖維，加入乙酸乙酯和偶聯劑，800～1200轉/min攪拌120～180min，然后經過抽濾后烘干；
(4)取納米Al2O3粒子分散于去離子水中，在30～50Hz下超聲30～50min，待粒子充分分散后，將pH值調至5.5～5.8，接著加入硅烷偶聯劑于室溫下1500～2000轉/min攪拌120～150min進行改性，然后對粒子進行離心操作，接著用丙酮洗凈2～3次，烘干備用；
(5)取步驟(3)的玄武巖纖維，加入乙酸乙酯和偶聯劑，靜置5～10分鐘，加入20％～30％體積分數的改性后的納米Al2O3，1500～2000轉/min攪拌120～150min，將改性的玄武巖纖維從溶液中倒出，抽濾洗凈后烘干；
(6)取改性的玄武巖纖維在700～800MPa、750～800℃下壓制成預制體；
(7)將預制體和鋁合金在真空中預熱和熔煉，當溫度到...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王輝，王杰，王永霞，
申請(專利權)人：長春安旨科技有限公司，
類型：發明
國別省市：吉林;22