本發(fā)明涉及氟塑料復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：氟塑料是部分或全部氫被氟取代的鏈烷烴聚合物，有聚四氟乙烯，聚全氟乙丙烯，可溶性聚四氟乙烯，聚三氟氯乙烯，聚偏氯乙烯，聚氟乙烯等，氟塑料具有優(yōu)異的綜合性能，但氟塑料同樣需要進(jìn)行增強(qiáng)復(fù)合改性處理，擴(kuò)大其使用范圍?，F(xiàn)今對氟塑料材料的纖維增強(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)重限制了改性氟塑料材料的應(yīng)用。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的綠色、環(huán)保材料。因此，采用無毒、無污染、來源廣泛、性能優(yōu)異、穩(wěn)定好的玄武巖纖維材料來替代玻璃纖維和碳纖維對氟塑料材料進(jìn)行增強(qiáng)，從而得到的氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料是氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料發(fā)展的新方向。但由于玄武巖纖維為無機(jī)材料，而氟塑料為高分子有機(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、表面活性位點少，造成玄武巖纖維在改性過程中更難以與氟塑料材料進(jìn)行化學(xué)鍵合和機(jī)械鉚合，即玄武巖纖維在氟塑料材料中是獨立存在，對氟塑料材料增強(qiáng)效果不佳，氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料的性能較差。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料性能差的缺陷，提供一種氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法；本發(fā)明選擇含有磷酸鋇的玄武巖纖維作為增強(qiáng)材料，在偶聯(lián)劑和活化劑的作用下與氟塑料進(jìn)行偶聯(lián)、鍵接、復(fù)合，從而得到玄武巖纖維與氟塑料材料相容性更好的氟塑料材料復(fù)合，玄武巖纖維對氟塑料增強(qiáng)作用更好，使該復(fù)合材料性能更優(yōu)異，有利于氟塑料復(fù)合材料在各個領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料，包括以下重量份原材料制備而成：0.1-15.0份的玄武巖纖維、85.0-99.5份的氟塑料、1-3份的偶聯(lián)劑、10-25份的活化劑。上述一種氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料，其中所述的包括玄武巖短纖維、玄武巖長纖維、玄武巖纖維棉中的一種。其中，所述的玄武巖纖維中含有磷酸鋇；磷酸鋇中含有磷酸根，磷酸根與有機(jī)基團(tuán)的鍵接能力強(qiáng)，能降低玄武巖纖維與有機(jī)材料的極性，增加與有機(jī)材料的相容性；優(yōu)選的，所述的玄武巖纖維含有質(zhì)量百分比0.1-2.0%的磷酸鋇；最優(yōu)選的，所述的玄武巖纖維含有質(zhì)量百分比0.3-0.8%的磷酸鋇。其中，所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。其中，所述的活化劑為氫氟酸、氟鋁酸鈉和四丁基氟化銨的混合溶液；所述的活化劑中氫氟酸、氟鋁酸鈉和四丁基氟化銨的物質(zhì)的量之比為3︰2︰1；所述的氫氟酸的物質(zhì)的量濃度為0.1-0.5mol/L。所述的氟塑料包括聚四氟乙烯塑料，聚全氟乙丙烯塑料，聚三氟氯乙烯塑料，聚偏氯乙烯塑料，聚氟乙烯塑料中的一種或多種。其中，所述氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料，還包括助劑；所述助劑包括分散劑、抗菌劑、抗靜電劑、阻燃劑、抗老化劑、抗紫外線劑中的一種或多種；所述助劑的種類可根據(jù)氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料在不同應(yīng)用領(lǐng)域中要求進(jìn)行針對性調(diào)整添加。優(yōu)選的，所述氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料，包括以下重量份原材料制備而成：5-10.0份的玄武巖纖維90.0-95.0份的氟塑料、2-3份的偶聯(lián)劑、15-20份的活化劑。一種氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料，本發(fā)明復(fù)合材料選用含有與有機(jī)基體更容易鍵接的磷酸鋇的玄武巖纖維作為增強(qiáng)材料，并在偶聯(lián)劑和活化劑的作用下，使氟塑料材料與玄武巖纖維之間能形成雙鍵接結(jié)構(gòu)，鍵接力強(qiáng)，不易產(chǎn)生相分離，從而使玄武巖纖維與氟塑料材料的相容性更好，玄武纖維對氟塑料的增強(qiáng)作用顯著增加，所得到的復(fù)合材料的性能也顯著提高。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：（1）預(yù)處理：將玄武巖纖維用活化劑進(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、偶聯(lián)劑與氟塑料材料進(jìn)行復(fù)合處理，得到氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料。上述一種氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中預(yù)處理的溫度為40-60℃，溫度越高，反應(yīng)速度越快，但控制越困難，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45-55℃。上述一種氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，其中步驟1中預(yù)處理的時間為20-40min，處理時間越長，對玄武巖纖維表面處理效果越好，但過長的處理時間造成處理過渡，玄武巖纖維性能顯著下降，不利于對氟塑料的增強(qiáng)改性；優(yōu)選的，所述的預(yù)處理時間為30-35min。上述一種氟塑料增強(qiáng)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)處理玄武巖纖維與氟塑料材料進(jìn)行化學(xué)鍵合，使玄武巖纖維與氟塑料材料形成統(tǒng)一的整體的方法。一種氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明制備方法先利用磷酸鋇在一定條件下能與有機(jī)基團(tuán)鍵接的原理，通過偶聯(lián)劑和活化劑的預(yù)處理，使玄武巖纖維表面活性增加，增加與氟塑料的相容性，再通過復(fù)合處理，使玄武巖纖維與氟塑料進(jìn)行復(fù)合增強(qiáng)得到性能更加優(yōu)異的氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料，本發(fā)明方法簡單、方便，適合氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料的工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明增強(qiáng)復(fù)合材料選用含有與有機(jī)基體更容易鍵接的磷酸鋇的玄武巖纖維作為增強(qiáng)材料，與氟塑料的相容性好，鍵接力強(qiáng)，不易發(fā)生相分離，玄武纖維對氟塑料的增強(qiáng)作用顯著增加，復(fù)合材料的性能顯著提高。2、本發(fā)明增強(qiáng)復(fù)合材料針對性選擇偶聯(lián)劑和活化劑，使玄武巖纖維與氟塑料形成雙鍵接結(jié)構(gòu)，玄武巖纖維與氟塑料之間的相互結(jié)合力更強(qiáng)，復(fù)合材料的性能更好。3、本發(fā)明制備方法，通過對玄武巖纖維的預(yù)處理，使玄武巖纖維表面活性增加，與氟塑料的相容性增加，對氟塑料復(fù)合材料的增強(qiáng)作用增加。具體實施方式下面結(jié)合試驗例及具體實施方式對本發(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施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實施例1（1）預(yù)處理：將5重量份的含有0.3%磷酸鋇的玄武巖纖維用15重量份的氫氟酸、氟鋁酸鈉和四丁基氟化銨的混合溶液在45℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理30min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將改性玄武巖纖維、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑與95重量份的聚四氟乙烯塑料材料進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚四氟乙烯塑料增強(qiáng)復(fù)合材料。實施例2（1）預(yù)處理：將10重量份的含有0.8%磷酸鋇的玄武巖纖維用20重量份的氫氟酸、氟鋁酸鈉和四丁基氟化銨的混合溶液在55℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理35min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將改性玄武巖纖維、3重量份的硅烷偶聯(lián)劑與90重量份的聚四氟乙烯塑料材料進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚四氟乙烯塑料增強(qiáng)復(fù)合材料。實施例3（1）預(yù)處理：將0.1重量份的含有2%磷酸鋇的玄武巖纖維用10重量份的氫氟酸、氟鋁酸鈉和四丁基氟化銨的混合溶液在60℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理20min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將改性玄武巖纖維、2重量份的偶聯(lián)劑與99.5重量份的聚四氟乙烯塑料材料進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚四氟乙烯塑料增強(qiáng)復(fù)合材料。實施例4（1）預(yù)處理：將15.0重量份的含有0.1%磷酸鋇的玄武巖纖維用25重量份的氫氟酸、氟鋁酸鈉和四丁基氟化銨的混合溶液在40℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理40min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將改性玄武巖纖維、3重量份的偶聯(lián)劑與85.0重量份的聚四氟乙烯塑料材料進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚四氟乙烯塑料增強(qiáng)復(fù)合材料。對比例1（1）預(yù)處理：將5重量份的玄武巖纖維用15重量份的氫氟酸、氟鋁酸鈉和四丁基氟化銨的混合溶液在45℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理30min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將改性玄武巖纖維、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑與95重量份的聚四氟乙烯塑料材料進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚四氟乙烯塑料增強(qiáng)復(fù)合材料。對比例2將5重量份的含有0.3%磷酸鋇的玄武巖纖維、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑與95重量份的聚四氟乙烯塑料材料進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚四氟乙烯塑料增強(qiáng)復(fù)合材料。對比例3（1）預(yù)處理：將20重量份的含有0.3%磷酸鋇的玄武巖纖維用15重量份的氫氟酸、氟鋁酸鈉和四丁基氟化銨的混合溶液在45℃的溫度下進(jìn)行預(yù)處理30min得改性玄武巖纖維；（2）復(fù)合：將改性玄武巖纖維、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑與95重量份的聚四氟乙烯塑料材料進(jìn)行復(fù)合處理，得到聚四氟乙烯塑料增強(qiáng)復(fù)合材料。將上述實施例1-4和對比例1-3中所制備得到的聚四氟乙烯塑料增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行性能測試實驗記錄實驗結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)如下：（聚四氟乙烯塑料：拉伸強(qiáng)度28MPa，缺口沖擊強(qiáng)度2.1kJ/m2，斷裂伸長率240%）編號氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度（kJ/m2）氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度（MPa）氟塑料增強(qiáng)復(fù)合材料斷裂伸長率（%）實施例15.962176實施例26.063174實施例35.561162實施例45.759183對比例14.243146對比例24.144135對比例37.27682對上述實驗數(shù)據(jù)分析可知，實施例1-4中采用本發(fā)明技術(shù)方案制備得到的聚四氟乙烯塑料增強(qiáng)復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度具有顯著提升，斷裂伸長率大；而對比例1制備方法中采用的玄武巖纖維不含有磷酸鋇，預(yù)處理后纖維表面活性點位少和活性基團(tuán)少，與聚四氟乙烯塑料材料相容性差，與聚四氟乙烯塑料材料的化學(xué)鍵合能力差，聚四氟乙烯塑料增強(qiáng)復(fù)合材料性能顯著降低；對比例2制備方法中未使用活化劑進(jìn)行預(yù)處理，不能對玄武巖纖維表面的磷酸鋇進(jìn)行活化，與聚四氟乙烯塑料材料的化學(xué)鍵合能力變差，聚四氟乙烯塑料增強(qiáng)復(fù)合材料性能顯著降低；對比例3制備方法中使用過量的玄武巖纖維，雖然缺口沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度更好，但斷裂伸長率顯著降低，可應(yīng)用于對復(fù)合材料具有特殊要求的情況下。當(dāng)前第1頁1 2 3