本發(fā)明涉及聚甲醛復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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)的新型無機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，是未來我國重點(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。聚甲醛又名縮醛樹脂、聚氧亞甲基。全名聚甲醛樹脂，簡(jiǎn)稱聚甲醛，英文縮寫為pom，熱塑性結(jié)晶聚合物，是五大通用工程塑料之一，綜合性能優(yōu)良，具有高的力學(xué)性能，如強(qiáng)度、模量、耐磨性、韌性、耐疲勞性和抗蠕變性，還具有優(yōu)良的電絕緣性、耐溶劑性和可加工性；但由于聚甲醛中結(jié)晶度高（結(jié)晶度＞70%），導(dǎo)致聚甲醛材料存在韌性差（斷裂伸長(zhǎng)率＜15%）、成型收縮率（2.0-3.5%）大的缺陷，因此，在使用時(shí)多不使用純的聚甲醛材料，聚甲醛材料需要進(jìn)行力學(xué)性能、阻燃、耐腐蝕等增強(qiáng)復(fù)合改性處理后才能進(jìn)行應(yīng)用?，F(xiàn)今對(duì)聚甲醛材料的纖維增強(qiáng)改性主要采用玻璃纖維材料進(jìn)行改性處理，改性效果顯著，但玻璃纖維生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染大，嚴(yán)重限制了復(fù)合聚甲醛材料的應(yīng)用，開發(fā)一種成本低廉、綠色環(huán)保、性能優(yōu)異的新型纖維材料替代玻璃纖維對(duì)聚甲醛材料進(jìn)行改性處理的問題急需得到解決。因而，可以預(yù)見，將無毒、無污染、來源廣泛、性能優(yōu)異、穩(wěn)定好的玄武巖纖維用于聚甲醛材料的增強(qiáng)必將是今后提高聚甲醛材料性能的新趨勢(shì)。但由于現(xiàn)有玄武巖纖維自身結(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難以與聚甲醛材料化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合形成統(tǒng)一的、穩(wěn)定的整體，即玄武巖纖維在聚甲醛材料中是獨(dú)立存在，對(duì)聚甲醛材料的改性增強(qiáng)作用相對(duì)較弱，增強(qiáng)效果不甚理想，玄武巖纖維添加量少。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)聚甲醛復(fù)合材料性能差的缺陷，提供一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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甲醛材料的相容性，使玄武巖纖維能與聚甲醛材料進(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甲醛材料復(fù)合得到性能更優(yōu)異的玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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)聚甲醛復(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甲醛材料進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，步驟1中所述的改性劑包括次磷酸鹽和酸；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)，從而能與聚甲醛進(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重量份的次磷酸鹽、10-25重量份的酸、60-100重量份的水，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重量份的次磷酸鹽、20重量份的酸、80重量份的水。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，其中所述的次磷酸鹽為二甲基次磷酸鹽、乙基甲基次磷酸鹽、甲基正丙基次磷酸鹽、甲烷二甲基次磷酸鹽、苯-1，4-二甲基次磷酸鹽、甲基苯基次磷酸鹽或二苯基次磷酸鹽的一種或多種；所述的酸為亞硫酸、草酸、甲酸、乙酸、乙二酸中的一種或多種。一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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甲醛材料的相容性；再將經(jīng)過預(yù)處理的玄武巖纖維與聚甲醛材料進(jìn)行復(fù)合，從而使玄武巖纖維能與聚甲醛材料在復(fù)合過程中進(jìn)行化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合，使玄武巖纖維與聚甲醛材料形成統(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)聚甲醛復(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)聚甲醛復(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)聚甲醛復(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)聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中預(yù)處理的溫度為50-80℃，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55-65℃。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中預(yù)處理的時(shí)間為1-5h，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)聚甲醛的增強(qiáng)改性；優(yōu)選的，所述的預(yù)處理時(shí)間為2-3h。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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甲醛材料進(jìn)行化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合，使玄武巖纖維與聚甲醛材料形成統(tǒng)一的整體的方法。上述一種玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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甲醛材料的1-40%，改性玄武巖纖維的用量可根據(jù)玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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)聚甲醛復(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、甲醛吸收劑、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)聚甲醛復(fù)合材料，所述玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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)聚甲醛復(fù)合材料由于玄武巖纖維與聚甲醛材料的相容性好，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甲醛材料進(jìn)行機(jī)械鉚合，制備得到的玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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甲醛材料在復(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)聚甲醛復(fù)合材料的物化性能更好。3、本發(fā)明玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料，由于玄武巖纖維與聚甲醛材料的相容性好，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重量份的二甲基次磷酸鈉、20重量份的草酸、80重量份的水組成的改性劑中，在55℃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3重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚甲醛進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料。實(shí)施例2（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由5重量份的苯-1，4-二甲基次磷酸鉀、25重量份的乙酸、100重量份的水組成的改性劑中，在65℃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3重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚甲醛進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料。實(shí)施例3（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由15重量份的乙基甲基次磷酸鈉、10重量份的亞硫酸、100重量份的水組成的改性劑中，在80℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理1h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將3重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚甲醛進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料。實(shí)施例4（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由10重量份的甲基苯基次磷酸鈉、15重量份的乙二酸、60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5h得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將3重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚甲醛進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料。對(duì)比例1復(fù)合：將3重量份的玄武巖纖維與10重量份的聚甲醛進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料。對(duì)比例2（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由10重量份的二甲基次磷酸鈉、80重量份的水組成的改性劑中，在55℃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3重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚甲醛進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料。對(duì)比例3（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用由20重量份的草酸、80重量份的水組成的改性劑中，在55℃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3重量份的改性玄武巖纖維與10重量份的聚甲醛進(jìn)行復(fù)合處理，得到玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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)聚甲醛復(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：（斷裂伸長(zhǎng)率15%，缺口沖擊強(qiáng)度7.6kj/m2，成型收縮率2.0-3.5%）編號(hào)改性后聚甲醛塑料缺口沖擊強(qiáng)度（kj/m2）改性后聚甲醛塑料斷裂伸長(zhǎng)率（%）改性后聚甲醛塑料成型收縮率（%）實(shí)施例115.3350.5-0.9實(shí)施例215.0380.5-0.9實(shí)施例314.9370.5-0.9實(shí)施例415.13605-0.9對(duì)比例19.4230.9-1.6對(duì)比例29.6220.9-1.5對(duì)比例38.5190.8-1.5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)聚甲醛復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、熱變形溫度具有顯著提升；而對(duì)比例1制備方法中直接將玄武巖纖維與聚甲醛材料進(jìn)行復(fù)合，得到了玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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，與聚甲醛材料相容性差，與聚甲醛材料的化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合作用差，玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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酸，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，與聚甲醛材料的化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合作用差，玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(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二甲基次磷酸鈉，不能在纖維表面進(jìn)行接枝與聚甲醛鍵接的活性基團(tuán)，玄武巖纖維表面活性點(diǎn)位少和活性基團(tuán)少，與聚甲醛材料的化學(xué)鍵合作用差，玄武巖纖維增強(qiáng)聚甲醛復(fù)合材料性能顯著降低。當(dāng)前第1頁12