[发明专利]用于增强橡胶强度的浸润改性玄武岩纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于增强橡胶强度的浸润改性玄武岩纤维的制备方法。所述方法先将马来酸酐与过氧化二异丙苯溶于丙酮中，再加入聚丙烯使其充分混和，得到的混合物经双螺杆挤出后，产物通过熔融法乳化制成乳液，与聚氨酯乳液按比例混合，制成玄武岩纤维用浸润剂，最后将玄武岩纤维浸泡在浸润剂中，得到用于增强橡胶强度的浸润改性玄武岩纤维。本发明的浸润剂在玄武岩纤维表面形成一层薄膜，既能保护玄武岩纤维，增强玄武岩纤维的机械性能，又增强了玄武岩纤维与橡胶的相容性，制得的改性玄武岩纤维增强橡胶复合材料的拉伸伸长率最高可达280％。

技术领域

本发明属于玄武岩纤维制备技术领域，涉及一种用于增强橡胶强度的浸润改性玄武岩纤维的制备方法。

背景技术

玄武岩纤维(BF)是将天然的火山喷出岩破碎后加入熔窑中熔融后拉丝漏板制成的连续纤维，广泛应用于各种军工和民用领域。玄武岩纤维是一种柔性的一维材料，同时在经过处理后又具有极强的机械强度。将玄武岩纤维与橡胶复合可以增强柔性橡胶材料。然而，玄武岩纤维本身和橡胶并不能很好地相容，导致玄武岩纤维和橡胶不能很好地复合，因此玄武岩纤维需要通过处理改性来使得其获得更强机械性能的同时，提高其与橡胶的相容能力。

目前，适用于复合材料的改性玄武岩纤维已有不少报道。中国专利申请CN113429640A公开了一种含改性玄武岩纤维的橡胶复合材料及其制备方法，采用酸刻蚀助协同硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行改性，并在橡胶复合材料中添加该改性玄武岩纤维，提高了橡胶复合材料的整体力学性能。中国专利申请CN113321460A公开了一种玄武岩纤维橡胶混凝土力学性能实验方法，研究了玄武岩纤维对橡胶混凝土力学性能的增强效果，提高橡胶混凝土的应用价值，促进废橡胶的回收利用。中国专利申请CN110804209A公开了一种橡胶专用改性玄武岩纤维及其制备方法，利用枸橼酸、醋酸、磷酸组成的有机无机混合酸对玄武岩纤维进行酸处理，可充分激活玄武岩纤维表面活性，接着利用微波和60Co-γ射线辐照处理，进一步激发了玄武岩表面活性，使其吸附性增强，活性位点增多，利于后续纳米氧化锌的附着，利用三聚氰胺对纳米氧化锌进行改性处理，不仅可以增强纳米氧化锌与橡胶基底的相容性，并且促进了纳米氧化锌在玄武岩纤维表面的附着改性，能够与橡胶分子发生物理交联，改善体系结构，使得改性后的橡胶结构更加稳固。上述方法普遍通过对玄武岩表面进行物理或者化学的蚀刻来使其获得与橡胶的亲和性，工艺复杂，需要使用较多的具有腐蚀性和毒性的试剂，甚至会使用到放射性同位素，降低其应用价值；或者对橡胶本身进行处理，例如在与玄武岩纤维复合同时促进橡胶交联，然而该方法会降低橡胶的柔韧性，使其容易开裂。

此外，采用浸润剂浸润是另一种玄武岩纤维的改性方法。现有的玄武岩纤维工业很多直接采用玻璃纤维用浸润剂，而玻璃纤维普遍采用硅烷偶联剂作为浸润剂，与树脂粘结性能差，导致复合材料产品质量普遍不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于增强橡胶强度的浸润改性玄武岩纤维的制备方法。该方法将玄武岩纤维在由马来酸酐(MAH)与过氧化二异丙苯(DCP)共熔接枝的相容剂(马来酸酐接枝的聚丙烯)与成膜剂聚氨酯(PU)混合组成的浸润剂中进行浸润处理。

实现本发明目的的技术方案如下：

用于增强橡胶强度的浸润改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)将2～8质量份马来酸酐与0.15～0.6质量份过氧化二异丙苯混合后，用20质量份丙酮完全溶解得到前驱溶液A；

(2)将前驱溶液A加入到100质量份聚丙烯中，用高速混合机加热搅拌，使其充分混和，得到混合物B；

(3)调整挤出机参数：双螺杆挤出机的工作温度设定为Ⅰ区:155℃，Ⅱ区:165℃，Ⅲ区:185℃，Ⅳ区:190℃，Ⅴ区:195℃，Ⅵ区:190℃，Ⅶ区:180℃，过渡段Ⅰ区:175℃，机头:170℃，挤出机喂料转速为10r/min，双螺杆转速为30r/min；将混合物B挤出，得到挤出产物C；