[发明专利]一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料成型工艺

说明书

技术领域

本发明属于新型复合材料领域，涉及一种复合材料成型工艺，具体涉及一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料成型工艺。

背景技术

玻纤增强热塑性复合材料(GFRTP)是以热塑性树脂为基体，以玻璃纤维为增强骨架的复合材料，近年来迅速崛起，出于环保要求，有逐步替代热固性复合材料的趋势。在GFRTP中，开发最早的是短纤维增强热塑性树脂基复合材料(SFT)，但由于成型时纤维在制品中保留长度很短，仅为0.2～0.4mm，增强效果有限，不适用于对材料性能要求较高的场合；第二代是玻纤毡增强热塑性塑料片材(GMT)，这一技术的成功问世使塑料制品中的玻纤长度得以提高，但由于热塑性树脂本身的粘度较高，限制了增强纤维的加入量；第三代开发了连续复合纤维(Twintex)，Twintex是在拉丝时将玻璃纤维与热塑性树脂纤维复合而成的增强材料，解决了以上的两个问题，但工艺比较复杂，成本较高，其中用玻璃纤维和聚丙烯纤维复合可制成具有优异刚度、重量比和抗冲击性等力学性能的增强材料，并且不排放挥发性有机化合物；长玻纤增强热塑性塑料(LFT)是近年来得到迅速发展的一类高性能复合材料，LFT相较于SFT而言，玻纤长度得以提高，采用特殊的螺杆、切割器、模头及浸润剂配方，可得到10mm以上的料粒或片材，相较于GMT而言，玻纤含量可提高，理论上这种玻璃纤维在制品中的比例可以达到重量比的10％～80％，而实际上常用玻璃纤维的比例通常为20％～40％，相较于Twintex而言，工艺简单，生产一个汽车部件，仅需半分钟左右，但LFT的制备是采用螺杆挤出，剪切力大，玻纤长度很难控制。

玄武岩连续纤维以玄武岩矿石为原料，将矿石破碎后加入熔炉中，在1450℃～1500℃熔融后，将均匀的熔融物通过拉丝漏板先拉成粗纤维，然后粗纤维由拉丝机拉制成各种规格的连续纤维，并根据后续用途采用不同的浸润剂进行浸润处理，加工形成最终产品。

玄武岩纤维具有以下优势：1、优异的力学性能，其抗拉强度为3000～4900Mpa，比大丝束碳纤维、芳纶、PBI纤维、钢纤维、硼纤维、氧化铝纤维都要高，与S玻璃纤维相当。而断裂伸长率则大于碳纤维，成品的耐冲击性能要好于碳纤维；2、突出的化学稳定性，玄武岩纤维耐酸碱和水的腐蚀。玄武岩纤维含有的K2O、MgO和TiO2等成分对提高纤维耐化学腐蚀及防水性能起到重要的作用。玄武岩纤维在饱和Ca(OH)2溶液以及在水泥等碱性介质中耐久性好，能保持高度的稳定性，可代替钢筋用作混凝土建筑结构的增强材料，制作桥梁等大型建筑的结构件；3、突出的物理性能，玄武岩纤维耐温性能好，使用温度范围为：-260～700℃(软化点为960℃)，而玻璃纤维为-60～450℃。玄武岩纤维在400℃下工作时，其断裂强度能够保持85％。而碳纤维氧化性差，300℃即有气体产生；芳纶最高使用温度也只有250℃。玄武岩纤维具有良好介电性能，其体积电阻率比E玻璃纤维高一个数量级。因此玄武岩纤维是碳纤维的低价替代品，是继碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维之后的第四大高技术纤维。

玄武岩矿石是一种天然的环保型的洁净原料，可以说是一种万能的廉价增强材料。随着对玄武岩复合材料的不断研发，将会降低成本，提高和稳定质量，迅速扩大产量，拓展应用领域，将会以更大的广度和深度，日益广泛地应用于各行各业。由于玄武岩产品它具有一些玻璃纤维，芳纶纤维和碳纤维不具备的特性，决定了它在特殊行业领域有不可替代的市场需求。该项目属国家鼓励发展的高科技项目，投资风险小，回报率高，生产无“三废”排放，市场前景十分广阔，投资回报率十分诱人。