本发明涉及一种具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂及其制备方法和用途，属于新材料领域。
背景技术：
玄武岩纤维是以天然玄武岩矿石为原料，将矿石破碎后，加入熔窑中，于温度1450-1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板拉制而成的连续纤维。在玄武岩纤维的生产过程中不需要添加任何助剂，也无污染废弃物产生，并且产品废弃后可直接排放入环境中，被誉为“21世纪新型绿色环保型纤维”。玄武岩纤维具有一系列优异的物理化学性质，主要包括：突出的力学性能、高耐腐蚀性和化学稳定性、高热稳定性和高声热绝缘性等。以连续玄武岩纤维为增强体可制成各种性能优异的复合材料，广泛应用于航空航天、建筑、化工、医学、电子、农业等军工和民用领域。
但是玄武岩矿石属于绝缘材料，相应的纤维电导率低于10-10s/cm，这一性质限制了纤维材料在电子、电气等领域的应用。开发具有导电功能的玄武岩纤维不仅可以开辟材料在传感器、电磁屏蔽等行业的应用，还有望进一步提升玄武岩纤维材料的附加值。如中国发明专利公开号：cn101412592提出了一种采用等离子体辅助技术在玄武岩纤维表面涂覆碳纳米管溶胶的方法，该方法可以提高纤维的电学性能，改善复合材料成型的工艺性和整体综合性能。但是由于受到等离子体处理设备和工艺的限制，难以实现连续化处理。美国专利us9663368b2报道了以气相为介质并结合玄武岩纤维含有金属氧化物(氧化铁、氧化镁、氧化钛等)的特点，利用化学气相沉积法(cvd法)在纤维表面生长碳纳米管材料，实现了导电玄武岩纤维的制备。但是这种方法过程复杂，需要将纤维加热到400℃以上，这会显著降低纤维的力学性，且cvd法一次性处理的纤维数量有限，很难实现工业化应用。
浸润剂是在玄武岩纤维生产中使用的一种重要的辅助材料，纤维质量的好与差在很大程度上取决于浸润剂：它不仅可以提供纤维一定的润滑性和保护性，减少纤维单丝和原丝在加工使用过程中的磨损，使其保留较高的强度，还可以赋予纤维一定的可加工性，如短切性、硬挺性、集束性、纺织性等。在浸润剂中引入导电填料，并结合玄武岩纤维在拉丝过程中的上浆工艺，有望实现导电玄武岩纤维的连续生产。
鉴于此，本发明提供了一种制备具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂及制备方法，以实现玄武岩纤维由绝缘体向导电的转变。
技术实现要素：
本发明目的在于，提供一种具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂及制备方法，该浸润剂由成膜剂，偶联剂，润滑剂，抗静电剂，导电剂，余量为去离子水制成；通过采用功能化策略和分散方式并结合传统玄武岩纤维在拉丝过程中的上浆工艺，将具有导电功能的碳纳米材料、纳米金属、导电聚合物均匀涂覆玄武岩纤维表面，不仅可以对纤维提供润滑性和保护性、有效改善纤维单丝的集束性能，使玄武岩纤维具有优异的力学性能，还能实现纤维由绝缘体向导体的转变。通过调节导电材料在浸润剂中的形貌、浓度以及分散方式等来调控玄武岩纤维的导电性，使其室温下的电导率在10-2-103s/cm范围内可调；实现导电玄武岩纤维的连续制备。从而为玄武岩纤维在传感器、电极材料、电磁屏蔽等导电领域的应用提供了可能。
本发明所述的一种具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂，该浸润剂由质量百分比的成膜剂为环氧树脂单体、聚氨酯乳液或聚酯乳液1.0-6.0％，硅烷偶联剂0.2-0.8％，润滑剂为硬脂酸聚氧乙烯酯或脂肪酰胺醋酸盐0.2-0.8％，抗静电剂为季铵盐0.2-0.8％，导电剂为碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、石墨纳米片、ag、cu、co、ni、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩或聚乙炔0.05-2.0％，余量为去离子水制成。
所述具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂的制备方法，该方法由质量百分比的成膜剂为环氧树脂单体、聚氨酯乳液或聚酯乳液1.0-6.0％，硅烷偶联剂0.2-0.8％，润滑剂为硬脂酸聚氧乙烯酯或脂肪酰胺醋酸盐0.2-0.8％，抗静电剂为季铵盐0.2-0.8％，导电剂为碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、石墨纳米片、ag、cu、co、ni、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩或聚乙炔0.05-2.0％，余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将成膜剂环氧树脂单体在乳化剂聚醚f-68、吐温-80或十二烷基硫酸钠存在的情况下，通过相反转法配制，浓度控制在40％，使用前将成膜剂乳液稀释成浓度为10％的溶液，待用；或将成膜剂聚氨酯乳液或聚酯乳液乳液用去离子水稀释，配制成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将硅烷偶联剂kh-550、kh-570、kh-560或kh-540逐滴滴入经醋酸调节ph值约为3-4的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌2-3h，待用；
c、将润滑剂硬脂酸聚氧乙烯酯或脂肪酰胺醋酸盐，采用温度为50-60℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；再将抗静电剂季铵盐采用温度为75-85℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中缓慢分批次地加入一种或两种导电剂，采用超声波分散仪对其进行分散，待用，其中导电剂包括碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、石墨纳米片、ag、cu、co、ni、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩或聚乙炔；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
所述一种具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂的用途，在玄武岩纤维表面涂覆该浸润剂，实现纤维由绝缘体向导体的转变。
本发明所述的一种具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂及制备方法和用途，与现有技术相比有以下创新性：
1、本发明涉及的浸润剂配制方法简单，容易掌握，重复性好，易实现量产；
2、本发明配制的浸润剂用于玄武岩纤维的涂层使用，不会对纤维本身的性质产生破坏，不仅可以对纤维提供一定的润滑性和保护性、有效改善纤维单丝的集束性能，使其具有优异的力学性能，还可实现玄武岩纤维由绝缘体向导体的转变；
3、采用本发明配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维，其导电性能可调，可以进行批量生产，为导电玄武岩纤维在导电领域的应用提供了基础，从而为提升玄武岩纤维的产品附加值提供了可能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不仅限于所述实施例。
实施例1
按质量百分比：成膜剂2.0％，偶联剂0.6％，润滑剂0.6％，抗静电剂0.4％，导电剂0.5％，其余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将100g成膜剂环氧树脂单体在5g乳化剂十二烷基硫酸钠存在的情况下，加入145ml去离子水，通过相反转法配制成浓度为40％的成膜剂乳液，使用前将250g成膜剂乳液加入750ml去离子水稀释成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将30ml硅烷偶联剂kh-550逐滴滴入900ml经醋酸调节ph值为4.0的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌3h，待用；
c、将30g润滑剂硬脂酸聚氧乙烯酯用500ml温度50℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；将20g抗静电剂季铵盐采用2495ml温度80℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中一次5g，缓慢分5次加入25g导电剂碳纳米管中，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例1配制的浸润剂涂覆在连续玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到10-2s/cm。
实施例2
按质量百分比成膜剂2.0％，偶联剂0.6％，润滑剂0.6％，抗静电剂0.4％，导电剂1.0％，其余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将100g环氧树脂单体在5g乳化剂聚醚f-68存在的情况下，加入145ml去离子水，通过相反转法配制成浓度为40％的成膜剂乳液，使用前将250g成膜剂乳液加入750ml去离子水稀释成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将30ml硅烷偶联剂kh-550逐滴滴入900ml经醋酸调节ph值为4.0的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌3h，待用；
c、将30g润滑剂硬脂酸聚氧乙烯酯用500ml温度55℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；将20g抗静电剂季铵盐采用2470ml温度80℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中一次5g，缓慢分10次加入50g导电剂石墨烯，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例2配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到100s/cm。
实施例3
按质量百分比成膜剂1.0％，偶联剂0.4％，润滑剂0.4％，抗静电剂0.2％，导电剂0.5％，其余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将143ml浓度为35％的聚氨酯乳液用357ml去离子水稀释，配制成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将20ml硅烷偶联剂kh-570逐滴滴入600ml经醋酸调节ph值为3.5的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌3h，待用；
c、将20g润滑剂脂肪酰胺醋酸盐采用500ml温度60℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；将10g抗静电剂季铵盐采用3325ml温度75℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中一次5g，缓慢分5次加入导电剂12.5g碳纳米管和12.5g石墨烯，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例3配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到102s/cm。
实施例4
按质量百分比成膜剂1.0％，偶联剂0.4％，润滑剂0.4％，抗静电剂0.2％，导电剂0.1％，其余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将143ml浓度为35％的聚氨酯乳液用357ml去离子水稀释，配制成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将20ml硅烷偶联剂kh-570逐滴滴入600ml经醋酸调节ph值为3.5的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌3h，待用；
c、将20g润滑剂脂肪酰胺醋酸盐采用500ml温度58℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；将10g抗静电剂季铵盐采用3345ml温度80℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中缓慢加入导电剂2.5g碳纳米纤维和2.5g石墨纳米片，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例4配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到10-1s/cm。
实施例5
按质量百分比成膜剂1.0％，偶联剂0.4％，润滑剂0.4％，抗静电剂0.2％，导电剂0.1％，其余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将167ml浓度为30％的聚酯乳液用333ml去离子水稀释，配制成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将20ml硅烷偶联剂kh-560逐滴滴入600ml经醋酸调节ph值为4.0的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌3h，待用；
c、将20g润滑剂脂肪酰胺醋酸盐采用500ml温度50℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；将10g抗静电剂季铵盐采用3345ml温度85℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中缓慢加入5g导电剂纳米铜，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例5配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到103s/cm。
实施例6
按质量百分比成膜剂1.0％，偶联剂0.4％，润滑剂0.4％，抗静电剂0.2％，导电剂0.05％，其余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将167ml浓度为30％的聚酯乳液用333ml去离子水稀释，配制成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将20ml硅烷偶联剂kh-560逐滴滴入600ml经醋酸调节ph值为3的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌2h，待用；
c、将20g润滑剂脂肪酰胺醋酸盐采用500ml温度50℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；将10g抗静电剂季铵盐采用3347.5ml温度85℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中缓慢加入2.5g导电剂纳米银，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例6配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到102s/cm。
实施例7
按质量百分比为成膜剂2.0％，偶联剂0.5％，润滑剂0.4％，抗静电剂0.6％，导电剂0.5％，余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将100g环氧树脂单体在5g乳化剂吐温-80存在的情况下，加入145ml去离子水，通过相反转法配制成浓度为40％的成膜剂乳液，使用前将250g成膜剂乳液加入750ml去离子水稀释成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将25ml硅烷偶联剂kh-550逐滴滴入750ml经醋酸调节ph值约为3的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌2h，待用；
c、将20g润滑剂硬脂酸聚氧乙烯酯采用500ml温度52℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；再将30g抗静电剂季铵盐采用2650ml温度80℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中一次5g，缓慢分5次加入25g导电剂纳米金属钴，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例7配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到100s/cm。
实施例8
按质量百分比为成膜剂4.0％，偶联剂0.5％，润滑剂0.6％，抗静电剂0.4％，导电剂1.5％，余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将571ml浓度为35％的聚氨酯乳液用1429ml去离子水稀释，配制成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将25ml硅烷偶联剂kh-540逐滴滴入750ml经醋酸调节ph值约为4的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌3h，待用；
c、将30g润滑剂脂肪酰胺醋酸盐采用500ml温度60℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；再将20g抗静电剂季铵盐采用1600ml温度85℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中一次5g，缓慢分15次加入75g导电剂纳米金属镍，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例8配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到10-2s/cm。
实施例9
按质量百分比成膜剂4.0％，偶联剂0.8％，润滑剂0.8％，抗静电剂0.6％，导电剂1.0％，其余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将200g环氧树脂单体在10g乳化剂十二烷基硫酸钠存在的情况下，加入290ml去离子水，通过相反转法配制成浓度为40％的成膜剂乳液，使用前将500g成膜剂乳液加入1500ml去离子水稀释成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将40ml硅烷偶联剂kh-540逐滴滴入1200ml经醋酸调节ph值为3.5的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌3h，待用；
c、将40g润滑剂硬脂酸聚氧乙烯酯采用500ml温度60℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；将30g抗静电剂季铵盐采用1140ml温度82℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中一次5g，缓慢分10次加入50g导电剂聚苯胺，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例9配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到100s/cm。
实施例10
按质量百分比成膜剂4.0％，偶联剂0.8％，润滑剂0.8％，抗静电剂0.6％，导电剂2.0％，其余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将200g环氧树脂单体在10g乳化剂吐温-80存在的情况下，加入290ml去离子水，通过相反转法配制成浓度为40％的成膜剂乳液，使用前将500g成膜剂乳液加入1500ml去离子水稀释成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将40ml硅烷偶联剂kh-540逐滴滴入1200ml经醋酸调节ph值约为3的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌2h，待用；
c、将40g润滑剂硬脂酸聚氧乙烯酯采用100ml温度55℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；再将30g抗静电剂季铵盐采用1490ml温度78℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中一次5g，缓慢分20次加入100g导电剂聚吡咯，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例10配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到102s/cm。
实施例11
按质量百分比为成膜剂1.0％，偶联剂0.8％，润滑剂0.8％，抗静电剂0.8％，导电剂2.0％，余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将143ml浓度为35％的聚氨酯乳液用357ml去离子水稀释，配制成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将40ml硅烷偶联剂kh-550逐滴滴入1200ml经醋酸调节ph值约为3.5的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌3h，待用；
c、将40g润滑剂硬脂酸聚氧乙烯酯采用500ml温度52℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；再将40g抗静电剂季铵盐采用2580ml温度82℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中一次5g，缓慢分20次加入100g导电剂聚噻吩，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例11配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到103s/cm。
实施例12
按质量百分比为成膜剂6.0％，偶联剂0.2％，润滑剂0.2％，抗静电剂0.2％，导电剂2.0％，余量为去离子水，具体操作按下列步骤进行：
a、将1000ml浓度为30％的聚酯乳液用2000ml去离子水稀释，配制成浓度为10％的成膜剂，待用；
b、在剧烈搅拌下，将10ml硅烷偶联剂kh-570逐滴滴入300ml经醋酸调节ph值约为4的去离子水中，滴加完毕后持续搅拌2.5h，待用；
c、将10g润滑剂硬脂酸聚氧乙烯酯采用100ml温度53℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；再将10g抗静电剂季铵盐采用1470ml温度84℃的去离子水进行搅拌溶解，溶解后缓慢冷却至室温待用；
d、将步骤c中配制好的抗静电剂溶液中一次5g，缓慢分20次加入100g导电剂聚乙炔，采用超声波分散仪对其进行分散，待用；
e、将步骤a、步骤b、步骤c和步骤d配制好的各组份依次倒入容器中，在中速搅拌下充分混合1h，即得到具有导电功能的玄武岩纤维浸润剂。
采用实施例12配制的浸润剂涂覆玄武岩纤维后，纤维在室温下的电导率由10-11s/cm提升到10-1s/cm。