[發明專利]一種玄武巖纖維浸潤劑增強改性方法

有效

• 申請號: 202011256925.4
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112358201B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 宋國強;陳文婷
• 申請（專利權）人: 貴州理工學院
• 主分類號: C03C25/465
• 分類號: C03C25/465;C03C25/47;C03C25/42;C03C25/40;C07F7/08;C09C1/30;C09C3/12
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 茍銘

本發明公開了一種玄武巖纖維浸潤劑增強改性的方法，在傳統玄武巖纖維浸潤劑體系中引入一類具備雙邊無機偶聯能力的雙硅烷，并引入經雙硅烷表面改性的氣相SiO₂納米粒子，以?Si?O?Si?化學共價鍵的方式在無機玄武巖纖維原絲之間以及無機納米粒子與無機纖維原絲之間建立牢固的粘結體系；以玄武巖纖維浸潤劑為改性對象，以增強玄武巖纖維原絲力學性能為目的，將雙硅烷水解液或氣相SiO₂分散的雙硅烷水解液作為增強型組分直接引入至傳統浸潤劑體系中。該方法中雙硅烷可自主合成，實現雙硅烷分子鏈中官能團種類、官能團數目及分子量大小等的調控；通過調變氣相SiO₂納米粒子的比表面積，滿足不同浸潤劑體系的使用需求，達到玄武巖纖維浸潤劑增強改性的效果。

技術領域

本發明涉及玄武巖纖維浸潤劑技術領域，特別涉及一種玄武巖纖維浸潤劑增強改性方法。

背景技術

玄武巖纖維是由天然的玄武巖礦石在熔融狀態下經不同孔徑鉑銠合金漏板拉制而成的一種直徑約7-13μm的無機材料，在生產過程中產生的廢棄物少、對環境污染小，且產品廢棄后可直接在環境中降解，無任何危害，是一種名副其實的綠色環保材料，是我國重點發展的四大纖維之一，也被認為是21世紀最具發展潛力的新型材料之一。與玻璃纖維和碳纖維相比，玄武巖纖維有著優異的阻燃性、優良的隔音性、良好的透波性、低吸濕性及絕佳的溫度耐受性(-260～700℃)等優點。隨著E-玻璃纖維被世衛組織列為2B類致癌物，碳纖維價格又長期居高不下，玄武巖纖維必將獲得前所未有的機遇和市場前景。

由于纖維組成與玻纖類似，玄武巖纖維在拉絲成型后為避免嚴重磨損而造成飛絲、斷絲，與玻纖一樣，必須通過涂油器在表面均勻涂覆一定量多相結構的有機乳液，即浸潤劑，一般由以下幾類功能性組分構成：成膜劑、硅烷偶聯劑、抗靜電劑、pH調節劑及水/溶劑等。浸潤劑在提升纖維增強型復合材料界面粘結性的同時還可以增強纖維的力學性能。

由于浸潤劑是整個產業中的“黑匣子”技術，是決定纖維性能的關鍵因素，而國外企業對于增強型浸潤劑仍處于技術封鎖狀態。當前我國的玄武巖纖維浸潤劑依然主要沿用玻璃纖維上漿劑技術，同質化比較嚴重；按照玻纖上漿劑配方處理玄武巖纖維無法從根本上大幅提升纖維的力學性能。因此，針對浸潤劑進行組分改性，對增強玄武巖纖維力學性能具有重要意義。

硅烷偶聯劑是浸潤劑中最為關鍵的組分之一，是連接無機相與有機相的“橋梁”，也是目前玄武巖纖維浸潤劑改性中研究較多的組分之一。硅烷偶聯劑通過分子鏈一端的烷氧-硅基團水解后形成的硅羥基，與玄武巖纖維表面的硅羥基發生脫水縮合反應，形成-Si-O-Si-共價鍵，分子鏈另一端的親油基團則與樹脂分子結合，從而實現樹脂對纖維增強體的浸潤。然而，這類兩性硅烷中可水解的烷氧基團數目少，而且烷氧-硅結構僅分布在分子鏈一側，纖維經傳統浸潤劑涂覆后，盡管可以提升與樹脂的復合效果，但對于未經有機樹脂復合的無捻粗紗、短切紗等制品，這類兩性硅烷無法從根本上在纖維與纖維之間以共價鍵的形式建立直接、穩定的聯系，無法有效增強無機纖維原絲間的集束性。

同時，由于玄武巖纖維在拉絲過程中表面不可避免會存在部分缺陷位，通過引入納米粒子進行填充是有效的解決途徑之一，然而由于浸潤劑液膜的存在及傳統兩性硅烷對納米粒子表面的疏水性修飾，不利于無機纖維與納米粒子的表面偶聯，纖維與粒子之間的界面結合作用弱，導致納米粒子在后期加工過程中容易脫落，從而嚴重影響玄武巖纖維的力學性能。

本發明立足于傳統浸潤劑體系無法從根本上解決玄武巖纖維原絲集束性較差及無機納米粒子易脫落的問題，利用兩性有機硅烷進行分子結構設計，合成雙硅烷，并作為增強型組分用于浸潤劑改性過程；該發明具有操作簡便、改性成本低、對原有浸潤體系影響小、環境友好等特點，玄武巖纖維力學性能提升效果明顯，為玄武巖纖維浸潤劑增強改性提供了新思路和新方法。

發明內容