本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及其制備方法，特別是涉及一種納米纖維素增強(qiáng)玻璃纖維復(fù)合膜及其制備方法。
技術(shù)背景
玻璃纖維具有絕緣性好、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸音性能強(qiáng)等優(yōu)異性能，近年來被廣泛地應(yīng)用于航空航天、軍事化工等多個(gè)領(lǐng)域。在眾多高分子復(fù)合材料當(dāng)中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因其具有優(yōu)良的綜合性能，譬如：高抗沖擊性、高模量、高機(jī)械性能、高耐磨性能等而被人們廣泛關(guān)注。而玻璃纖維具有良好的耐腐蝕、耐熱性能，良好的機(jī)械強(qiáng)度，再加上低廉的原料價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到復(fù)合材料當(dāng)中起到增強(qiáng)目的。由于復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的材料通過輔助方法糅合到一起所制得，材料之間往往會(huì)因?yàn)椴煌再|(zhì)而存在相界面，最終會(huì)造成因界面層間剪切力發(fā)生變化而導(dǎo)致復(fù)合材料的性能不佳。而納米纖維素晶體(nanocrystallinecellulose，ncc)是天然纖維素復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)支撐體，由于納米纖維素的高楊氏模量、高強(qiáng)度等特性，加之其具有生物材料的輕質(zhì)、可降解、來源廣以及可再生等特性，使其在高性能復(fù)合材料中顯示出巨大的應(yīng)用前景。納米纖維素和玻璃纖維通過偶聯(lián)劑復(fù)合形成納米纖維素/玻璃纖維復(fù)合膜，因此納米纖維素/玻璃纖維復(fù)合膜耐酸堿性、強(qiáng)度高、抗霉菌、阻燃阻熱性能優(yōu)良，有較好的隔音效果，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，有較好的應(yīng)用前景。
公開號(hào)為cn105274706a的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種聚氨酯玻璃纖維復(fù)合纖維布的制備方法，將拉絲形成的玻璃纖維經(jīng)過浸潤(rùn)劑處理后，再經(jīng)過表面處理，然后直接與聚氨酯單體進(jìn)行反應(yīng)，得到聚氨酯/玻璃纖維復(fù)合纖維。所制得的聚氨酯/玻璃纖維復(fù)合纖維可直接經(jīng)過捻線，整經(jīng)，穿經(jīng)等步驟然后織布，最終得到超薄聚氨酯/玻璃纖維復(fù)合纖維布。本發(fā)明的制備方法沒有熱處理步驟，提高了色度等產(chǎn)品一致性。
公開號(hào)為cn104961968a的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種玻璃纖維復(fù)合材料制備工藝，涉及玻璃纖維的制備技術(shù)領(lǐng)域，包括玻璃纖維的制備、聚合物纖維的制備、硅烷偶聯(lián)劑處理工藝、成品四個(gè)加工步驟，本發(fā)明的一種玻璃纖維復(fù)合材料所用材料的費(fèi)用低，使用壽命長(zhǎng)，方便自動(dòng)化生產(chǎn)，制備出的玻璃纖維復(fù)合材料耐酸堿性、剛性好、抗老化、抗氧化。經(jīng)過處理的玻璃纖維與未處理的玻璃纖維相比，其表面結(jié)構(gòu)均發(fā)生了變化。經(jīng)偶聯(lián)劑處理之后的聚合物纖維表面不再光滑，活性基團(tuán)增加，整體形貌有溝壑以及粘附表面的附著物，增大了與玻璃纖維的相容性，同時(shí)這增加了玻璃纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能。
上述發(fā)明中玻璃纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能并不是很突出，在需要高強(qiáng)度場(chǎng)合不可以大量使用，因此我們要發(fā)明一種綜合力學(xué)性能較好的玻璃纖維復(fù)合材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的旨在利用高強(qiáng)度高模量玻璃纖維和納米纖維素復(fù)合形成玻璃纖維/納米纖維素復(fù)合膜，利用偶聯(lián)劑使納米纖維素和玻璃纖維進(jìn)行很好的混合均勻形成玻璃纖維/納米纖維素復(fù)合膜，有望在納米纖維素優(yōu)異性能的同時(shí)大幅提高其強(qiáng)度和韌性。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是：提供了一種玻璃纖維增強(qiáng)納米纖維素復(fù)合膜，其特征在于由玻璃纖維和納米纖維素復(fù)合形成，把玻璃纖維為增強(qiáng)體，含量為樣品總質(zhì)量的1％～10％，納米纖維素為基體。
所述玻璃纖維增強(qiáng)納米纖維素復(fù)合膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
(1)玻璃纖維的制備
將一定量甲基丙烯酸縮水甘油酯、三元乙丙膠、玻璃纖維礦物粉、雙(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯、樹脂、焦磷酸鈉、季戊四醇酯混合均勻，熔融拉絲，制得玻璃纖維，將一定量的玻璃纖維放入馬弗爐中，去除玻纖表面吸附的水分后，取出密封保存?zhèn)溆茫?/p>
(2)玻璃懸浮液的制備
將步驟(1)制備的玻璃纖維分散于純凈水中，使用磁力攪拌器攪拌一段時(shí)間得到所需的玻璃懸浮液；
(3)納米纖維素懸浮液的制備
取一定量納米纖維素分散加入到硫酸溶液中，在溫度為60℃～80℃的條件下酸解3h～4h，得到納米纖維素懸浮液，在轉(zhuǎn)速為5000r/min～8000r/min的條件下將得到的納米纖維素懸浮液，離心15min～25min，使用磁力攪拌器攪拌一段時(shí)間，得到所需的納米纖維素分散液，再用zkat25以13000rmp聲振5min，5000rmp分離30min得到納米纖維素晶須懸浮液；
(4)納米纖維素/玻璃纖維混合溶液的制備
取25g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的納米纖維素溶液于100ml的燒瓶中，將玻璃纖維懸浮液加入到裝有納米纖維素溶液的燒瓶中，將燒瓶置于超聲波震動(dòng)儀中，超聲波30min，進(jìn)行劇烈機(jī)械攪拌，攪拌混合均勻后得到所需要的納米纖維素/玻璃纖維混合溶液，取上述混合溶液，用naso4溶液浸泡3-5min后取出，用蒸餾水洗滌至中性，取出分散于偶聯(lián)劑溶劑中，調(diào)節(jié)ph至6-6.9；
(5)納米纖維素/玻璃纖維復(fù)合膜的制備
將步驟(4)得到的混合溶液倒在直徑為120×120mm2的聚苯乙烯培養(yǎng)皿中，在室溫條件下使水分蒸發(fā)掉，然后在50％相對(duì)濕度，45℃的恒溫箱中干燥48h，得到所需的納米纖維素/玻璃纖維復(fù)合膜。
所述玻璃纖維增強(qiáng)納米纖維素復(fù)合膜的制備方法，其特征在于步驟(1)中為1.8％～2.0％甲基丙烯酸縮水甘油酯、1.5％～2.0％三元乙丙膠、12％～15％玻璃纖維礦物粉、0.4％～0.6％重量份雙(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯、5％～6％重量份aes樹脂、2.7％～3％重量份焦磷酸鈉、2％～3％重量份季戊四醇酯。
所述玻璃纖維增強(qiáng)納米纖維素復(fù)合膜的制備方法，其特征在于步驟(2)所述玻璃纖維懸浮液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％～35％。
所述玻璃纖維增強(qiáng)納米纖維素復(fù)合膜的制備方法，其特征在于步驟(3)所述納米纖維的直徑為8～10nm，長(zhǎng)度為100～150nm，所述納米纖維的制備原料選自黃麻、日本柳杉、桉木漿、竹漿或秸稈等，所述硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％～60％，所述納米纖維素懸浮液的濃度為10～15％。
所述玻璃纖維增強(qiáng)納米纖維素復(fù)合膜的制備方法，其特征在于步驟(4)所述naso4溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-10％，所述偶聯(lián)劑質(zhì)型號(hào)為kh570。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是：利用玻璃纖維增強(qiáng)納米纖維形成納米纖維素/玻璃纖維復(fù)合膜，玻璃纖維不僅具有更優(yōu)異的力學(xué)性能，更低廉的價(jià)格，且材料來源廣泛，對(duì)環(huán)境無(wú)污染、易于降解。同時(shí)采用納米線為素和玻璃纖維復(fù)合不需要進(jìn)行表面改性，可以最大程度上保持原材料優(yōu)異的性能，同時(shí)降低了制造成本，提高力學(xué)性能。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定。
實(shí)施例1
一種玻璃纖維增強(qiáng)納米纖維素復(fù)合膜，其特征在于由玻璃纖維和納米纖維素復(fù)合形成，把玻璃纖維為增強(qiáng)體，含量為樣品總質(zhì)量的5％，納米纖維素為基體。
一種玻璃纖維增強(qiáng)納米纖維素復(fù)合膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
(1)玻璃纖維的制備
將一定量甲基丙烯酸縮水甘油酯、三元乙丙膠、玻璃纖維礦物粉、雙(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯、樹脂、焦磷酸鈉、季戊四醇酯混合均勻，熔融拉絲，制得玻璃纖維，將一定量的玻璃纖維放入馬弗爐中，去除玻纖表面吸附的水分后，取出密封保存?zhèn)溆茫?/p>
(2)玻璃懸浮液的制備
將步驟(1)制備的玻璃纖維分散于純凈水中，使用磁力攪拌器攪拌一段時(shí)間得到所需的玻璃懸浮液；
(3)納米纖維素懸浮液的制備
取一定量納米纖維素分散加入到硫酸溶液中，在溫度為60℃～80℃的條件下酸解3h～4h，得到納米纖維素懸浮液，在轉(zhuǎn)速為5000r/min～8000r/min的條件下將得到的納米纖維素懸浮液，離心15min～25min，使用磁力攪拌器攪拌一段時(shí)間，得到所需的納米纖維素分散液，再用zkat25以13000rmp聲振5min，5000rmp分離30min得到納米纖維素晶須懸浮液；
(4)納米纖維素/玻璃纖維混合溶液的制備
取25g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的納米纖維素溶液于100ml的燒瓶中，將玻璃纖維懸浮液加入到裝有納米纖維素溶液的燒瓶中，將燒瓶置于超聲波震動(dòng)儀中，超聲波30min，進(jìn)行劇烈機(jī)械攪拌，攪拌混合均勻后得到所需要的納米纖維素/玻璃纖維混合溶液，取上述混合溶液，用naso4溶液浸泡3-5min后取出，用蒸餾水洗滌至中性，取出分散于偶聯(lián)劑溶劑中，調(diào)節(jié)ph至6-6.9；
(5)納米纖維素/玻璃纖維復(fù)合膜的制備
將步驟(4)得到的混合溶液倒在直徑為120×120mm2的聚苯乙烯培養(yǎng)皿中，在室溫條件下使水分蒸發(fā)掉，然后在50％相對(duì)濕度，45℃的恒溫箱中干燥48h，得到所需的納米纖維素/玻璃纖維復(fù)合膜。
實(shí)施例2
一種玻璃纖維增強(qiáng)納米纖維素復(fù)合膜，其特征在于由玻璃纖維和納米纖維素復(fù)合形成，把玻璃纖維為增強(qiáng)體，含量為樣品總質(zhì)量的8％，納米纖維素為基體。
一種玻璃纖維增強(qiáng)納米纖維素復(fù)合膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
(1)玻璃纖維的制備
將一定量甲基丙烯酸縮水甘油酯、三元乙丙膠、玻璃纖維礦物粉、雙(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯、樹脂、焦磷酸鈉、季戊四醇酯混合均勻，熔融拉絲，制得玻璃纖維，將一定量的玻璃纖維放入馬弗爐中，去除玻纖表面吸附的水分后，取出密封保存?zhèn)溆茫?/p>
(2)玻璃懸浮液的制備
將步驟(1)制備的玻璃纖維分散于純凈水中，使用磁力攪拌器攪拌一段時(shí)間得到所需的玻璃懸浮液；
(3)納米纖維素懸浮液的制備
取一定量納米纖維素分散加入到硫酸溶液中，在溫度為60℃～80℃的條件下酸解3h～4h，得到納米纖維素懸浮液，在轉(zhuǎn)速為5000r/min～8000r/min的條件下將得到的納米纖維素懸浮液，離心15min～25min，使用磁力攪拌器攪拌一段時(shí)間，得到所需的納米纖維素分散液，再用zkat25以13000rmp聲振5min，5000rmp分離30min得到納米纖維素晶須懸浮液；
(4)納米纖維素/玻璃纖維混合溶液的制備
取25g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的納米纖維素溶液于100ml的燒瓶中，將玻璃纖維懸浮液加入到裝有納米纖維素溶液的燒瓶中，將燒瓶置于超聲波震動(dòng)儀中，超聲波30min，進(jìn)行劇烈機(jī)械攪拌，攪拌混合均勻后得到所需要的納米纖維素/玻璃纖維混合溶液，取上述混合溶液，用naso4溶液浸泡3-5min后取出，用蒸餾水洗滌至中性，取出分散于偶聯(lián)劑溶劑中，調(diào)節(jié)ph至6-6.9；
(5)納米纖維素/玻璃纖維復(fù)合膜的制備
將步驟(4)得到的混合溶液倒在直徑為120×120mm2的聚苯乙烯培養(yǎng)皿中，在室溫條件下使水分蒸發(fā)掉，然后在50％相對(duì)濕度，45℃的恒溫箱中干燥48h，得到所需的納米纖維素/玻璃纖維復(fù)合膜。
上述僅為本發(fā)明的兩個(gè)具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)的范圍的行為。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何形式的簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。