專利名稱：一種雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材及其制備方法。
背景技術(shù)：
連續(xù)性纖維增強熱塑性樹脂是由纖維和樹脂兩部分組成，絕大多數(shù)的熱塑性樹脂拉伸強度低，但是具有很高的韌性和可塑性；而纖維有很高的拉伸強度，但是容易受到破壞且不容易成形加工。纖維與樹脂的復(fù)合對二者的缺陷進行互補，使得連續(xù)性纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料的綜合性能大大提高。與傳統(tǒng)的鋼材和鋁材相比，其密度約為鋼材的1/5，約為鋁材的1/2 ;比強度與比模量也遠高于剛和鋁的合金，因此在剛度和強度相同的條件下具有質(zhì)量輕的特點，在節(jié)省能源、提高構(gòu)件的使用性能方面是其它材料無法比擬的。熱塑性樹脂可反復(fù)加熱軟化、冷卻固化，常溫下為高分子量固體，是線型或帶少量支鏈的聚合物，分子間無交聯(lián)，僅借助范德瓦耳斯力或氫鍵互相吸引。在成型加工過程中，樹脂經(jīng)加壓加熱即軟化和流動，不發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，可以在模具內(nèi)賦形，經(jīng)冷卻定型，制得所需形狀的制品。在反復(fù)受熱過程中，分子結(jié)構(gòu)基本上不發(fā)生變化，當(dāng)溫度過高、時間過長時，則會發(fā)生降解或分解，這些都是與熱固性樹脂相區(qū)別的特征。玄武巖纖維是以天然的火山噴出巖作為原料，將其破碎后加入熔窯中，在1450 1500°C熔融后，通過鉬銠合金拉絲漏板制成的連續(xù)纖維。具有比普通玻纖更高的彈性模量、拉伸強度、耐酸堿腐蝕性、耐高溫、抗氧化、抗輻射、絕熱隔音、抗壓縮性強和剪切強度高，適用于各種條件下使用，并且具有良好的性價比，是一種純天然的無機非金屬材料。玄武巖是碳纖維的低價替代品，具有一系列優(yōu)異性能，尤為重要的是，由于它取自天然礦石而無任何添加劑，是目前為止唯一的無環(huán)境污染的不致癌的綠色健康玻璃質(zhì)纖維產(chǎn)品。美國作為世界保護環(huán)境的倡導(dǎo)者，將全力發(fā)展無污染的綠色工業(yè)材料，所以玄武巖纖維在復(fù)合材料的增強材料領(lǐng)域的應(yīng)用，已引起廣泛的重視并將快速發(fā)展。高技術(shù)纖維是國防軍工建設(shè)和支撐高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料，它直接關(guān)系到國防科技工業(yè)的建設(shè)和國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的升級。玄武巖纖維是繼碳纖維、芳綸、超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維之后的第四大高技術(shù)纖維(連續(xù)玄武巖纖維在軍工及民用領(lǐng)域的應(yīng)用[J].高科技纖維與應(yīng)用，2005，30(6)8-12)。以玄武巖纖維為增強體可制成各種性能優(yōu)異的復(fù)合材料，在航空航天、火箭、導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機、核潛艇等軍艦、坦克等武器裝備的國防軍工領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。它可以促進軍隊武器裝備的升級換代，增強軍隊的戰(zhàn)斗力；可在某些領(lǐng)域替代碳纖維，節(jié)約相關(guān)武器裝備的制造成本。在中國專利公開號CN 101235152A于2008年8月6日發(fā)明專利中公開對連續(xù)玄武巖纖維增強部分熱固性樹脂的制備方法及連續(xù)玄武延續(xù)為增強環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和間苯二酚樹脂的物理性能。并且與T-300碳纖維、芳綸纖維1414和E-玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂做對比，連續(xù)玄武巖纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料拉伸強度要遠高于E-玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，低于芳綸、碳纖維增強環(huán)氧樹脂的拉伸強度，彎曲強度與E-玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂相當(dāng)，高于芳綸增強環(huán)氧樹脂，低于碳纖維增強環(huán)氧樹脂。從價格上來講，玄武巖纖維的價格遠遠低于碳纖維和芳綸纖維，略高于E-玻璃纖維?，F(xiàn)有技術(shù)中都是利用玄武巖纖維與熱固性樹脂復(fù)合，雖然此種復(fù)合材料具有高強度、高抗沖擊效果，但缺點是熱固性樹脂使用一次后就不能再次加工成型，此種產(chǎn)品廢棄后不能夠?qū)崿F(xiàn)高價值的回收利用的，造成很大浪費，對環(huán)境造成污染。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的是提供一種綜合性能優(yōu)越、性價比高的雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材。本發(fā)明的另一個目的是提供一種上述雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供了一種雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材，該復(fù)合板材由包含以下重量份的組分制成熱塑性樹脂為40 60份、連續(xù)玄武巖纖維為40 60份以及鈦酸酯偶聯(lián)劑為O. 2 O. 5份。所述的熱塑性樹脂的熔融指數(shù)>50g/10min，選自聚烯烴樹脂、熱塑性聚酯、聚酰胺類、聚碳酸酯、其他通用樹脂或高性能工程塑料中的一種或一種以上的物質(zhì)，其中聚烯烴樹脂進一步選自聚丙烯或聚乙烯；熱塑性樹脂進一步選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯；聚酰胺類進一步選自尼龍6、尼龍66、尼龍12、尼龍1212或尼龍61 2 ;聚碳酸酯進一步選自脂肪族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯或者脂肪族-芳香族聚碳酸酯；其他通用樹脂進一步選自聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚苯乙烯或高沖聚苯乙烯；高性能工程塑料進一步選自聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚苯醚或聚醚酰亞胺。所述的連續(xù)玄武巖纖維選自600tex無捻粗紗、800tex無捻粗紗、1200tex無捻粗紗或2400tex無捻粗紗中的一種或一種以上的物質(zhì)。所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑選自三異硬脂酸鈦酸異丙酯、二(亞磷酸二辛酯基)鈦酸異丙酯、二(二辛基焦磷酰氧基)氧代酯酸鈦、異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基三(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯或雙(二辛基氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯和三乙醇胺的螯合物中的一種或一種以上的物質(zhì)。所述的連續(xù)玄武巖纖維的制備方法是以天然玄武巖礦石為原料，將礦石破碎后加入熔窯中，經(jīng)過高溫熔融、澄清均化、拉制成纖維。連續(xù)玄武巖纖維與其它的連續(xù)纖維相比，具有良好的物理化學(xué)性能，如表I所示，連續(xù)玄武巖纖維的拉伸強度與E玻璃纖維相當(dāng)，彈性模量高于E玻璃纖維，使用溫度高于E玻璃纖維、S玻璃纖維和碳纖維。表I
權(quán)利要求
1.一種雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材，其特征在于該復(fù)合板材由包含以下重量份的組分制成熱塑性樹脂為40 60份、連續(xù)玄武巖纖維為40 60份以及鈦酸酯偶聯(lián)劑為O. 2 O. 5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材，其特征在于所述的熱塑性樹脂的熔融指數(shù)> 50g/10min，選自聚烯烴樹脂、熱塑性聚酯、聚酰胺類、聚碳酸酯、其他通用樹脂或高性能工程塑料中的一種或一種以上的物質(zhì)，其中聚烯烴樹脂進一步選自聚丙烯或聚乙烯；熱塑性樹脂進一步選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯；聚酰胺類進一步選自尼龍6、尼龍66、尼龍12、尼龍1212或尼龍612 ;聚碳酸酯進一步選自脂肪族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯或者脂肪族-芳香族聚碳酸酯；其他通用樹脂進一步選自聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚苯乙烯或高沖聚苯乙烯；高性能工程塑料進一步選自聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚苯醚或聚醚酰亞胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材，其特征在于所述的連續(xù)玄武巖纖維選自600tex無捻粗紗、800tex無捻粗紗、1200tex無捻粗紗或2400tex無捻粗紗中的一種或一種以上的物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材，其特征在于所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑選自三異硬脂酸鈦酸異丙酯、二(亞磷酸二辛酯基)鈦酸異丙酯、二(二辛基焦磷酰氧基)氧代酯酸鈦、異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基三(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯或雙(二辛基氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯和三乙醇胺的螯合物中的一種或一種以上的物質(zhì)。
5.權(quán)利要求1至4任一所述的雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟， 將重量份為40 60份的熱塑性樹脂與重量份為O. 2 O. 5份的鈦酸酯偶聯(lián)劑的混合物，在高速混合機中充分混合均勻后，熔融與重量份為40 60份的連續(xù)玄武巖纖維復(fù)合，壓平后制成單向預(yù)浸帶； 連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂單向預(yù)浸帶根據(jù)需要，裁剪成相應(yīng)寬度和長度后，橫縱交錯鋪設(shè)預(yù)浸帶至需要厚度，將其放到模具上，送入熱壓機中，加熱至熱塑性樹脂的加工溫度，熱壓溫度為170 225°C ;壓力在I 2MPa，保溫30 40min保溫結(jié)束，移入至冷壓機中進行冷壓，壓力在2 4MPa，保壓30 70min，出模，制得雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材的制備方法，其特征在于所述的單向預(yù)浸帶規(guī)格厚度為O. 2 O. 35mm,寬度為10 650mm，長度> lm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材的制備方法，其特征在于所述的雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材厚度為Imm 100mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材的制備方法，其特征在于所述的連續(xù)玄武巖纖維的制備方法是以天然玄武巖礦石為原料，將礦石破碎后加入熔窯中，經(jīng)過高溫熔融、澄清均化、拉制成纖維。
全文摘要
本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材及其制備方法。本發(fā)明的復(fù)合板材由包含以下重量份的組分制成熱塑性樹脂為40～60份、連續(xù)玄武巖纖維為40～60份以及鈦酸酯偶聯(lián)劑為0.2～0.5份。本發(fā)明還公開了一種雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材的制備方法。本發(fā)明的雙向連續(xù)玄武巖纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合板材具有較好的阻燃性、耐高溫性以及綜合性能，而且價格低。
文檔編號C08K7/10GK103059406SQ201110319559
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者邢明祥 申請人:遼寧遼杰科技有限公司