本發(fā)明涉及聚碳酸酯復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的新型無(wú)機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，是未來(lái)我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的四大高性能纖維之一，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過紡絲工藝制備而成的。玄武巖連續(xù)纖維不僅穩(wěn)定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優(yōu)異性能，而且，玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物少，對(duì)環(huán)境污染小，產(chǎn)品廢棄后可直接轉(zhuǎn)入生態(tài)環(huán)境中，無(wú)任何危害，因而是一種名副其實(shí)的綠色、環(huán)保材料。玄武巖連續(xù)纖維已在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業(yè)、高溫過濾織物以及防護(hù)領(lǐng)域等多個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。聚碳酸酯是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，聚碳酸酯材料具有較好的綜合性能，聚碳酸酯無(wú)色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃性好，成型尺寸穩(wěn)定性好，在使用溫度內(nèi)具有良好的機(jī)械性能；但由于碳酸酯基具有較強(qiáng)的活性，導(dǎo)致聚碳酸酯材料存在耐高溫性能差，耐磨性差的缺陷，因此，在某些特殊環(huán)境下，聚碳酸酯材料需要進(jìn)行耐高溫、耐磨等增強(qiáng)改性處理后才能進(jìn)行應(yīng)用?，F(xiàn)今對(duì)聚碳酸酯材料的纖維增強(qiáng)改性主要采用玻璃纖維材料和碳纖維材料進(jìn)行改性處理，改性效果顯著，但玻璃纖維和碳纖維生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染大，嚴(yán)重限制了改性聚碳酸酯材料的應(yīng)用，因此，采用無(wú)毒、無(wú)污染、來(lái)源廣泛、性能優(yōu)異、穩(wěn)定好的玄武巖纖維材料來(lái)替代玻璃纖維和碳纖維對(duì)聚碳酸酯材料進(jìn)行增強(qiáng)，從而得到的玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料是聚碳酸酯增強(qiáng)復(fù)合材料發(fā)展的新方向。但由于玄武巖纖維為無(wú)機(jī)材料，而聚碳酸酯為高分子有機(jī)材料，兩者相容性極差，且玄武巖纖維自身結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，纖維表面光滑、表面活性位點(diǎn)少，造成玄武巖纖維在改性過程中更難以與聚碳酸酯材料進(jìn)行化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合，即玄武巖纖維在聚碳酸酯材料中是獨(dú)立存在，對(duì)聚碳酸酯材料增強(qiáng)效果不佳，玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的性能較差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料性能差的缺陷，提供一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料及其制備方法；本發(fā)明先利用改性劑對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行表面改性處理，使纖維表面粗糙度增加并形成大量活性位點(diǎn)和活性基團(tuán)，從而增加玄武巖纖維與聚碳酸酯材料的相容性，使玄武巖纖維能與聚碳酸酯材料進(jìn)行化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合，再將經(jīng)過改性處理的玄武巖纖維與聚碳酸酯材料復(fù)合得到性能更優(yōu)異的玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用改性劑進(jìn)行預(yù)處理得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將改性玄武巖纖維與聚碳酸酯材料進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，步驟1中所述的改性劑包括有機(jī)酸鹽、強(qiáng)堿和羰基二咪唑；所述改性劑能對(duì)玄武巖纖維表面腐蝕、活化，形成粗糙表面，并接枝多種活性基團(tuán)，使纖維表面形成大量活性位點(diǎn)和活性基團(tuán)，從而能與聚碳酸酯進(jìn)行化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合；所述的機(jī)械鉚合是指基體材料通過收縮應(yīng)力包緊粗糙表面的纖維而產(chǎn)生的摩擦結(jié)合。優(yōu)選的，所述的改性劑包括5-15重量份的有機(jī)酸鹽、5-10重量份的強(qiáng)堿、10-15重量份的羰基二咪唑、50-80重量份的溶劑，通過優(yōu)選，改性劑對(duì)玄武巖纖維的改性程度易控制，對(duì)玄武巖纖維改性效果更好；最優(yōu)選的，所述的改性劑包括10重量份的有機(jī)酸鹽、8重量份的強(qiáng)堿、12重量份的羰基二咪唑、60重量份的溶劑。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，其中所述的有機(jī)酸鹽為醋酸鈉、醋酸鉀、甲酸鈉、甲酸鉀中的一種或多種；所述的強(qiáng)堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣中的一種或多種；所述的溶劑為甘油的水溶液；優(yōu)選的，所述溶劑中甘油與水的體積比為1-3︰1；最優(yōu)選的，甘油的水溶液中甘油與水的體積比為2︰1。一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明方法先利用改性劑對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行預(yù)處理，在預(yù)處理過程中，改性劑使纖維表面粗糙度增加并形成大量活性位點(diǎn)和活性基團(tuán)，增加了玄武巖纖維與聚碳酸酯材料的相容性；再將經(jīng)過預(yù)處理的玄武巖纖維與聚碳酸酯材料進(jìn)行復(fù)合，從而使玄武巖纖維能與聚碳酸酯材料在復(fù)合過程中進(jìn)行化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合，使玄武巖纖維與聚碳酸酯材料形成統(tǒng)一的整體，進(jìn)而得到性能更優(yōu)異的玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料；該發(fā)明方法簡(jiǎn)單可靠，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適合玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中所述的玄武巖纖維包括玄武巖短纖維、玄武巖長(zhǎng)纖維、連續(xù)玄武巖纖維中的一種。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中預(yù)處理的溫度為30-50℃，溫度越高，反應(yīng)速度越快，控制越困難，溫度越低，反應(yīng)速度越慢，反應(yīng)效果越差；優(yōu)選的，預(yù)處理溫度為35-45℃。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中預(yù)處理的時(shí)間為2-5h，處理時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)玄武巖纖維表面處理效果越好，但過長(zhǎng)的處理時(shí)間造成處理過渡，玄武巖纖維性能顯著下降，不利于對(duì)聚碳酸酯的增強(qiáng)改性；優(yōu)選的，所述的預(yù)處理時(shí)間為3-4h。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，其中步驟2中的復(fù)合處理是指通過工藝手段將預(yù)處理玄武巖纖維與聚碳酸酯材料進(jìn)行化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合，使玄武巖纖維與聚碳酸酯材料形成統(tǒng)一的整體的方法。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，其中步驟2中改性玄武巖纖維用量是聚碳酸酯材料的0.1-15%，改性玄武巖纖維的用量可根據(jù)玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料在不同應(yīng)用領(lǐng)域中要求進(jìn)行調(diào)整。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，其中步驟2在進(jìn)行復(fù)合處理過程中，還可以添加助劑，所述助劑包括分散劑、偶聯(lián)劑、抗菌劑、抗靜電劑、阻燃劑中的一種或多種。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料，所述玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料是通過上述制備方法制備得到的；該玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料由于玄武巖纖維與聚碳酸酯材料的相容性好，因而其機(jī)械性能和物化性能更優(yōu)異，適用于更多環(huán)境條件，應(yīng)用范圍更廣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明方法利用改性劑對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行改性處理，使纖維表面粗糙度增加，從而是玄武巖纖維能與聚碳酸酯材料進(jìn)行機(jī)械鉚合，制備得到的玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的機(jī)械性能更好。2、本發(fā)明方法利用改性劑對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行預(yù)處理，使玄武巖纖維能與聚碳酸酯材料在復(fù)合過程中進(jìn)行化學(xué)鍵合，制備得到的玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的物化性能更好。3、本發(fā)明玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料，由于玄武巖纖維與聚碳酸酯材料的相容性好，因而其機(jī)械性能和物化性能更優(yōu)異，適用于更多的環(huán)境條件，應(yīng)用范圍更廣。具體實(shí)施方式下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由10重量份的醋酸鈉、8重量份的氫氧化鈉、12重量份的羰基二咪唑、40重量份的甘油和20重量份的水組成的改性劑中，在35℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理3h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將1重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚碳酸酯進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料。實(shí)施例2（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由5重量份的醋酸鉀、10重量份的氫氧化鉀、10重量份的羰基二咪唑、30重量份的甘油和20重量份的水組成的改性劑中，在45℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理4h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將1重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚碳酸酯進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料。實(shí)施例3（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由15重量份的有甲酸鈉、5重量份的氫氧化鈣、10重量份的羰基二咪唑、60重量份的甘油和20重量份的水組成的改性劑中，在50℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理2h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將1重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚碳酸酯進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料。實(shí)施例4（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由10重量份的有甲酸鉀、10重量份的氫氧化鉀、10重量份的羰基二咪唑、30重量份的甘油和30重量份的水組成的改性劑中，在30℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理2h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將1重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚碳酸酯進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料。對(duì)比例1復(fù)合：將2重量份的玄武巖纖維與10重量份的聚碳酸酯進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料。對(duì)比例2（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由10重量份的醋酸鈉、12重量份的羰基二咪唑、40重量份的甘油和20重量份的水組成的改性劑中，在35℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理3h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將1重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚碳酸酯進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料。對(duì)比例3（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由10重量份的醋酸鈉、8重量份的氫氧化鈉、40重量份的甘油和20重量份的水組成的改性劑中，在35℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理3h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將1重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚碳酸酯進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料。將上述實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3中所制備得到的玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)如下：（聚碳酸酯：拉伸強(qiáng)度65MPa，缺口沖擊強(qiáng)度60kJ/m2，斷裂伸長(zhǎng)率80%）編號(hào)玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度（kJ/m2）玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度（MPa）玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料斷裂伸長(zhǎng)率（%）實(shí)施例18678116實(shí)施例28577114實(shí)施例38378112實(shí)施例48576113對(duì)比例1657086對(duì)比例2676883對(duì)比例3717095對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，實(shí)施例1-4中采用本發(fā)明技術(shù)方案制備得到的玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率具有顯著提升；而對(duì)比例1制備方法中直接將玄武巖纖維與聚碳酸酯進(jìn)行復(fù)合，得到了玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料，但由于玄武巖纖維未進(jìn)行改性處理，纖維表面活性點(diǎn)位少和活性基團(tuán)少，與聚碳酸酯材料相容性差，與聚碳酸酯材料的化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合作用差，玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料性能顯著降低；對(duì)比例2制備方法中使用的改性劑未添加強(qiáng)堿，不能對(duì)玄武巖纖維表面進(jìn)行侵蝕，也不能對(duì)纖維表面進(jìn)行活化和接枝，玄武巖纖維表面活性點(diǎn)位少和活性基團(tuán)少，與聚碳酸酯材料的化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合作用差，玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料性能顯著降低；對(duì)比例3制備方法中使用的改性劑未添加羰基二咪唑，不能在纖維表面進(jìn)行接枝與聚碳酸酯鍵接的活性基團(tuán)，玄武巖纖維表面活性點(diǎn)位少和活性基團(tuán)少，與聚碳酸酯材料的化學(xué)鍵合作用差，玄武巖纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料性能顯著降低。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3