[发明专利]一种玄武岩纤维增强聚乙烯树脂复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚乙烯树脂复合材料领域，具体涉及一种玄武岩纤维增强聚乙烯树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

玄武岩纤维是一种新出现的新型无机环保绿色高性能纤维材料，是未来我国重点发展的四大高性能纤维之一，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过纺丝工艺制备而成的。玄武岩连续纤维不仅稳定性好，而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能，而且，玄武岩纤维的生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。玄武岩连续纤维已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。

聚乙烯（简称PE）是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，在工业上，也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-100~-70°C），化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，且吸水性小，电绝缘性优良；但由于聚乙烯树脂材料存在低温韧性差、不耐老化，易燃，不耐磨的缺陷，因此，在使用时多不使用纯的聚乙烯树脂材料，聚乙烯树脂材料需要进行阻燃、耐老化、耐磨、提高力学性能等增强复合改性处理后才能进行应用。现今对聚乙烯树脂材料的纤维增强改性主要采用玻璃纤维材料进行改性处理，改性效果显著，但玻璃纤维生产成本高、环境污染大，严重限制了复合聚乙烯树脂材料的应用，开发一种成本低廉、绿色环保、性能优异的新型纤维材料替代玻璃纤维对聚乙烯树脂材料进行改性处理的问题急需得到解决。因而，可以预见，将无毒、无污染、来源广泛、性能优异、稳定好的玄武岩纤维用于聚乙烯树脂材料的增强必将是今后提高聚乙烯树脂材料性能的新趋势。但由于现有玄武岩纤维自身结构和性能稳定，纤维表面光滑、表面活性位点少，造成玄武岩纤维在改性过程中难以与聚乙烯树脂材料化学键合和机械铆合形成统一的、稳定的整体，即玄武岩纤维在聚乙烯树脂材料中是独立存在，对聚乙烯树脂材料的改性增强作用相对较弱，增强效果不甚理想，玄武岩纤维添加量少。

发明内容

本发明的目的在于克服玄武岩纤维增强聚乙烯树脂复合材料性能差的缺陷，提供一种玄武岩纤维增强聚乙烯树脂复合材料及其制备方法；本发明先利用改性剂对玄武岩纤维进行表面改性处理，使纤维表面粗糙度增加并形成大量活性位点和活性基团，从而增加玄武岩纤维与聚乙烯树脂材料的相容性，使玄武岩纤维能与聚乙烯树脂材料进行化学键合和机械铆合，再将经过改性处理的玄武岩纤维与聚乙烯树脂材料复合得到性能更优异的玄武岩纤维增强聚乙烯树脂复合材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种玄武岩纤维增强聚乙烯树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）预处理：将玄武岩纤维用改性剂进行预处理得改性玄武岩纤维；

（2）复合：将改性玄武岩纤维与聚乙烯树脂材料进行复合处理，得到玄武岩纤维增强聚乙烯树脂复合材料。

上述一种玄武岩纤维增强聚乙烯树脂复合材料的制备方法，步骤1中所述的改性剂包括双氧水、有机酸、有机改性硅酸盐；所述改性剂能对玄武岩纤维表面腐蚀、活化，形成粗糙表面，并接枝多种活性基团，使纤维表面形成大量活性位点和活性基团，从而能与聚乙烯树脂进行化学键合和机械铆合；所述的机械铆合是指基体材料通过收缩应力包紧粗糙表面的纤维而产生的摩擦结合。

优选的，所述的改性剂包括10-15重量份的双氧水、5-10重量份的有机酸、10-15重量份的有机改性硅酸盐、60-100重量份的水，通过优选，改性剂对玄武岩纤维的改性程度易控制，对玄武岩纤维改性效果更好；最优选的，所述的改性剂包括13重量份的双氧水、8重量份的有机酸、12重量份的有机改性硅酸盐、80重量份的水。

上述一种玄武岩纤维增强聚乙烯树脂复合材料的制备方法，其中所述的有机酸为甲酸、乙酸、乙二酸、丁烯二酸、丙烯酸中的一种或多种；所述的有机改性硅酸盐是经过有机改性的含有烷基、酯基、乙烯基、醚基、酮基中的一种或多种有机基团的硅酸化合物。