本发明涉及复合材料领域,具体涉及一种聚乙烯醇改性的耐水型石膏-聚酰胺6复合材料,及其制备工艺。
背景技术:
新型超高强水泥基材料复合材料以其优异的抗压、抗弯、抗拉、耐磨、耐腐蚀等超强耐久性性能,是实现建筑业可持续发展的关键技术。针对高强及超高强水泥基材料表现出脆性大、收缩大,早期开裂严重等一系列突出问题。
张宇在其硕士学位论文《超高强水泥基复合材料及其制品研究》中,利用天然河砂、粉煤灰、矿粉、硅灰等矿物掺合料,以及不同掺量钢纤维制备系列超高强水泥基复合材料,单掺粉煤灰或矿粉时可以明显改善其工作性,掺高效减水剂也可改善其工作性。但是存在强度、力学性能不足。
技术实现要素:
本发明主要解决的技术问题是提供一种聚乙烯醇改性的耐水型石膏-聚酰胺6复合材料及其制备工艺,依照该工艺制备的复合材料具有良好的力学性能、热稳定性及耐水性。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现:
一种聚乙烯醇改性的耐水型石膏-聚酰胺6复合材料的制备方法,其特征在于,按以下步骤进行:
a.边搅拌边将1-2重量份聚乙烯醇粉末1:5-10加入蒸馏水中,使其充分浸润、溶胀、分散,然后放入85-95℃的热水浴中加热,用玻璃棒不断搅拌至完全溶解,得聚乙烯醇溶液;
b.边搅拌边将3-4重量份氯化钡1:5-10倒入蒸馏水中,充分搅拌溶解,得氯化钡溶液;将2-3重量份甲基硅醇钠1:5-10溶于蒸馏水中,得甲基硅醇钠溶液;将a中所得聚乙烯醇溶液与氯化钡溶液、甲基硅醇钠溶液混合,搅拌均匀得复合胶液;将其加入10-20重量份石膏粉中,搅拌均匀,得耐水型石膏;
c.向1-2重量份偶联剂kh560中1:40-50加入乙醇,搅拌稀释均匀,将b中所得耐水型石膏投入高速混合机中,升温至80-90℃,采用雾化方法将稀释后的偶联剂喷雾到石膏中,混合20-40min后,置于60-70℃的真空烘箱中干燥2-3h,得偶联改性耐水型石膏;
d.超声分散工艺:向4-6重量份聚乙烯吡咯烷酮中1:5-10加蒸馏水,用磁力搅拌器搅拌至完全溶解,得表面活性剂溶液;加入1-2重量份多壁碳纳米管,继续用磁力搅拌器搅拌10-20min后,置于超声细胞破碎仪中超声30-40min,离心20-30min,得到多壁碳纳米管分散液;
e.将60-80重量份聚酰胺6在90-100℃下烘干6-8h,投入离速混合机中,将0.5-1重量份白油在喷雾条件下喷洒到聚酰胺6表面,高速混合10-20min;投入c、d中所得物料,高速混合20-30min后,加入到双螺杆挤出机中造粒,得到复合材料。
其中,步骤d中所述离心速度为2000-3000rpm。步骤e中所述双螺杆挤出机挤出温度为200-230℃,螺杆转速为180-200r/min。
本发明的反应机理如下:
多壁碳纳米管(mwcnt)具有高长径比,将其添加到石膏中具有纤维增韧和纳米填充的特性,所得复合材料具有高强度、高体积稳定性及高抗渗透性;以非离子型表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(pvp)为改性剂,结合超声分散工艺对mwcnt的分散效果好,显著改善了复合材料的力学性能。
在石膏粉中掺加氯化钡和聚乙烯醇可以减少其孔隙率,掺加甲基硅醇钠可以在石膏粉晶体间生成非晶体物质,起到保护晶体接触点的作用;复配使用可以使晶体结构变得密实,显著降低了石膏制品的吸水率。采用偶联剂kh560对石膏粉进行表面改性,将其与聚酰胺6熔融共混,制得复合材料;石膏粉的加入起到了异相成核的作用,提高了聚酰胺6的结晶温度和结晶度;改性后的石膏能够均匀分散在聚酰胺6中,两者的界面粘结效果较好;提髙了复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度,更有利于提高聚酰胺6的热稳定性。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
实施例
一种聚乙烯醇改性的耐水型石膏-聚酰胺6复合材料的制备方法,其特征在于,按以下步骤进行:
a.边搅拌边将1kg聚乙烯醇粉末1:5加入蒸馏水中,使其充分浸润、溶胀、分散,然后放入85-95℃的热水浴中加热,用玻璃棒不断搅拌至完全溶解,得聚乙烯醇溶液;
b.边搅拌边将3kg氯化钡1:5倒入蒸馏水中,充分搅拌溶解,得氯化钡溶液;将2kg甲基硅醇钠1:5溶于蒸馏水中,得甲基硅醇钠溶液;将a中所得聚乙烯醇溶液与氯化钡溶液、甲基硅醇钠溶液混合,搅拌均匀得复合胶液;将其加入20kg石膏粉中,搅拌均匀,得耐水型石膏;
c.向1kg偶联剂kh560中1:45加入乙醇,搅拌稀释均匀,将b中所得耐水型石膏投入高速混合机中,升温至80-90℃,采用雾化方法将稀释后的偶联剂喷雾到石膏中,混合30min后,置于60-70℃的真空烘箱中干燥3h,得偶联改性耐水型石膏;
d.超声分散工艺:向4kg聚乙烯吡咯烷酮中1:5加蒸馏水,用磁力搅拌器搅拌至完全溶解,得表面活性剂溶液;加入1kg多壁碳纳米管,继续用磁力搅拌器搅拌15min后,置于超声细胞破碎仪中超声35min,离心25min,得到多壁碳纳米管分散液;
e.将80kg聚酰胺6在90-100℃下烘干6h,投入离速混合机中,将0.5kg白油在喷雾条件下喷洒到聚酰胺6表面,高速混合15min;投入c、d中所得物料,高速混合25min后,加入到双螺杆挤出机中造粒,得到复合材料。
其中,步骤d中所述离心速度为2500rpm。步骤e中所述双螺杆挤出机挤出温度为220℃,螺杆转速为200r/min。