本发明涉及复合材料
技术领域：
，特别涉及一种玄武岩纤维复合材料及其制备方法。
背景技术：
纤维增强复合材料由于具有高强度、高模量、低密度等一系列优良特性，而在航空航天、汽车、建筑、防护、运动器材和包装等领域有广泛应用。现有的复合材料领域，作为复合材料增强体的纤维主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等，由于价格原因，大部分纤维主要用于军事领域，只有玻璃纤维广泛应用于民用领域，但在实际应用过程中，玻璃纤维存在生产能耗大、制备工艺对人体有害、环境污染大等缺陷。针对上述问题，现有技术提出采用连续玄武岩纤维作为复合材料增强体使用。玄武岩纤维是以天然火山喷出岩为原料，在1450～1500℃高温下熔融后，通过铂锗合金拉丝漏板拉丝制造而成的连续纤维，具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、抗氧化、抗辐射、电绝缘等诸多优良性能，同时，其还是一种新型环保纤维。例如，公开号为cn101531806b(一种聚对苯二甲酸乙二醇酯/玄武岩纤维复合材料及其制备方法)和cn104059335a(一种连续玄武岩纤维复合材料及其制备方法)均提出了利用玄武岩纤维作为增强体制备复合材料的方法，然而，现有的玄武岩纤维复合材料的力学性能，尤其是高温力学性能欠佳，影响玄武岩纤维复合复合材料的使用和推广。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种玄武岩纤维复合材料及其制备方法，本发明制得的玄武岩纤维复合材料具有优异的常温力学性能和高温力学性能。本发明提供了一种玄武岩纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)用表面处理剂对玄武岩纤维缎纹布进行表面处理，得到预处理纤维布；b)用聚酰亚胺树脂溶液对所述预处理纤维布浸渍处理，得到预浸料；c)对所述预浸料进行真空蒸除溶剂处理，得到复合材料前体；d)将所述复合材料前体固化成型，得到玄武岩纤维复合材料。优选的，所述步骤b)中，聚酰亚胺树脂溶液中聚酰亚胺树脂的牌号选自yh-550-1、yh-550-2、yh-550-3和yh-550-4中的一种或几种。优选的，所述聚酰亚胺树脂溶液中的聚酰亚胺树脂与玄武岩纤维缎纹布的质量比为(0.5～1)∶1。优选的，所述步骤b)中，聚酰亚胺树脂溶液的质量分数为20％～50％。优选的，所述步骤a)中，所述玄武岩纤维缎纹布的体积密度为2.4～2.8g/cm3，面密度为280～350g/m2。优选的，所述步骤a)中，所述聚酰亚胺树脂溶液的溶剂选自二氧六环、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。优选的，所述步骤a)中，所述表面处理剂为丙酮或乙醇；所述表面处理包括浸泡处理；所述浸泡处理的时间为12～36小时。优选的，所述步骤d)中，所述固化成型的条件为：以第一速率升温至220～260℃，保温1～3h；然后以第二速率升温至320～360℃，保温3～5min；再在1～5mpa下升温至370～390℃，保温固化2～5h。优选的，所述步骤c)中，所述真空蒸除溶剂处理的温度为100～200℃。本发明还提供了一种上述技术方案所述的制备方法制得的玄武岩纤维复合材料。本发明提供了一种玄武岩纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)用表面处理剂对玄武岩纤维缎纹布进行表面处理，得到预处理纤维布；b)用聚酰亚胺树脂溶液对所述预处理纤维布浸渍处理，得到预浸料；c)对所述预浸料进行真空蒸除溶剂处理，得到复合材料前体；d)将所述复合材料前体固化成型，得到玄武岩纤维复合材料。按照本发明的制备方法制得的复合材料具有优异的加工性能和力学性能，尤其是高温力学性能显著增强。同时，上述制备过程简单快捷，容易实现大规模生产，且制备成本低廉。具体实施方式本发明提供了一种玄武岩纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)用表面处理剂对玄武岩纤维缎纹布进行表面处理，得到预处理纤维布；b)用聚酰亚胺树脂溶液对所述预处理纤维布浸渍处理，得到预浸料；c)对所述预浸料进行真空蒸除溶剂处理，得到复合材料前体；d)将所述复合材料前体固化成型，得到玄武岩纤维复合材料。按照本发明，先用表面处理剂对玄武岩纤维缎纹布进行表面处理，得到预处理纤维布。本发明中，所述表面处理剂优选为丙酮或乙醇，更优选为丙酮。本发明对所述表面处理剂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本发明采用玄武岩纤维布中的缎纹布作为处理对象，更有利于提升复合材料的力学性能；所述玄武岩纤维缎纹布是由粗纱或纺织加工用的复合加捻粗纱制作而成的一类纤维布。本发明中，所述玄武岩纤维缎纹布的体积密度优选为2.4～2.8g/cm3，更优选为2.653g/cm3。所述玄武岩纤维缎纹布的面密度优选为280～350g/m2，更优选为320g/m2。本发明中，所述表面处理优选包括浸泡处理。所述浸泡处理的时间优选为12～36小时。在进行表面处理时，本发明对表面处理剂与玄武岩纤维缎纹布的用量没有特殊限制，表面处理剂能够没过玄武岩纤维缎纹布，使整个缎纹布浸泡于表面处理剂中即可。本发明中，所述表面处理优选还包括干燥处理，即在浸泡处理后，将浸泡料进行干燥处理。本发明对所述干燥处理的条件没有特殊限制，能够将浸泡料烘干即可；在一些实施例中，所述干燥的温度为100～200℃，时间为1～3h。采用上述表面处理剂对玄武岩纤维缎纹布进行表面处理，能够防止或减少后续高温固化时复合材料中空隙的出现，进而提升复合材料的力学性能。在所述表面处理后，得到预处理纤维布。按照本发明，在得到预处理纤维布后，用聚酰亚胺树脂溶液对所述预处理纤维布浸渍处理，得到预浸料。本发明中，所述聚酰亚胺树脂溶液中的聚酰亚胺树脂的牌号优选为yh-550-1、yh-550-2、yh-550-3和yh-550-4中的一种或几种，更优选为yh-550-2。本发明对所述聚酰亚胺树脂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本发明中，所述聚酰亚胺树脂溶液中的溶剂优选为二氧六环、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的一种或几种，更优选为二氧六环和/或n,n-二甲基乙酰胺。本发明对所述溶剂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本发明中，所述聚酰亚胺树脂溶液优选通过以下方式获得：将聚酰亚胺树脂粉末与溶剂混合，在120～150℃下加热回流配制而成。本发明中，所述聚酰亚胺树脂溶液的质量分数优选为20％～50％，更优选为30％。本发明采用聚酰亚胺树脂溶液对上述预处理纤维布进行浸渍处理时，聚酰亚胺树脂溶液中的聚酰亚胺树脂与玄武岩纤维缎纹布的质量比优选为(0.5～1)∶1，在所述用量比范围内，有利于进一步提升复合材料的力学性能，若用量比低于0.1∶1，则易导致所得复合材料的层间剪切强度较差，若用量比高于1∶1，则易导致所得复合材料的弯曲强度较差。本发明对所述浸渍处理的方式没有特殊限制，如可以将聚酰亚胺树脂溶液涂覆到预处理纤维布上，即得预浸料。按照本发明，在得到预浸料后，对所述预浸料进行真空蒸除溶剂处理，得到复合材料前体。本发明中，在进行上述真空蒸除溶剂处理前，优选先进行裁制处理，将预浸料按照成型模具的尺寸裁剪成一定大小后，再放入真空烘箱中进行真空蒸除溶剂处理。本发明中，所述真空蒸除溶剂处理的温度优选为100～200℃。所述真空蒸除溶剂处理的真空度没有特殊限制，保证在真空条件下即可。在一个实施例中，先在100℃下抽真空处理1～2小时，再在200℃下抽真空处理3～4小时，从而除去大部分溶剂，得到复合材料前体。按照本发明，在得到复合材料前体后，将所述复合材料前体固化成型，得到玄武岩纤维复合材料。本发明中，所述固化成型的条件优选为：以第一速率升温至220～260℃，保温1～3h；然后以第二速率升温至320～360℃，保温3～5min；再在1～5mpa下升温至370～390℃，保温固化2～5h。在固化成型处理过程中，在上述第一次升温保温处理后，能够使材料完全亚酰胺化，再经过上述的二次升温保温、三次加压升温固化，使亚酰胺化材料进一步成型固化，使复合材料的力学性能达到最佳。本发明中，所述第一速率优选为3～5℃/min。所述第二速率优选为3～5℃/min。本发明中，作为优选，所述第一速率与第二速率相同。本发明中，所述固化成型可在平板硫化机上进行，先将复合材料前体平铺放入成型模具中，再置于平板硫化机上，经上述固化成型处理后，优选保压降温至200℃以下再开模取出复合材料。本发明提供了一种玄武岩纤维复合材料的制备方法，先对玄武岩纤维缎纹布进行表面处理，再用聚酰亚胺树脂溶液进行浸渍处理，之后进行蒸除溶剂和固化成型，经过上述步骤制得的复合材料具有优异的加工性能和力学性能，尤其是高温力学性能显著增强。同时，上述制备过程简单快捷，容易实现大规模生产，且制备成本低廉。本发明还提供了一种上述技术方案所述的制备方法制得的玄武岩纤维复合材料。按照上述方法制得的复合材料具有优异的加工性能和力学性能，尤其是高温力学性能显著增强。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。实施例1将体积密度为2.653g/cm3，面密度为320g/m2的玄武岩纤维缎纹布平铺置于盛有丙酮的容器中，丙酮液面没过纤维布表面，浸泡24小时后，取出并在150℃下烘干2h，得到预处理纤维布。称取yh-550-2聚酰亚胺树脂粉末添加到n,n-二甲基乙酰胺溶剂中，150℃下加热回流配制成质量分数为30％的聚酰亚胺树脂溶液。按照聚酰亚胺树脂：玄武岩纤维布的质量比为0.6∶1的比例，称取聚酰亚胺树脂溶液，将树脂溶液均匀涂覆到预处理纤维布上，得到预浸料。将预浸料按照模具裁制成一定大小的铺层料后放入真空烘箱中，现在100℃抽真空处理1小时，再在200℃下抽真空处理4小时，从而除去大部分溶剂，得到复合材料前体。将所得复合材料前体平铺放入成型模具中，置于平板硫化机上，先以4℃/min的速率升温至240℃，保温2h，再以相同速率升温至350℃，保温4min，加2mpa压力并保持此压力继续升温至380℃，固化3h，然后保压降温至150℃后开模取出复合材料。实施例2将体积密度为2.653g/cm3，面密度为320g/m2的玄武岩纤维缎纹布平铺置于盛有丙酮的容器中，丙酮液面没过纤维布表面，浸泡24小时后，取出并在150℃下烘干2h，得到预处理纤维布。称取yh-550-1聚酰亚胺树脂粉末添加到n,n-二甲基乙酰胺溶剂中，150℃下加热回流配制成质量分数为30％的聚酰亚胺树脂溶液。按照聚酰亚胺树脂：玄武岩纤维布的质量比为0.6∶1的比例，称取聚酰亚胺树脂溶液，将树脂溶液均匀涂覆到预处理纤维布上，得到预浸料。将预浸料按照模具裁制成一定大小的铺层料后放入真空烘箱中，现在100℃抽真空处理1小时，再在200℃下抽真空处理4小时，从而除去大部分溶剂，得到复合材料前体。将所得复合材料前体平铺放入成型模具中，置于平板硫化机上，先以4℃/min的速率升温至240℃，保温2h，再以相同速率升温至350℃，保温4min，加2mpa压力并保持此压力继续升温至380℃，固化3h，然后保压降温至150℃后开模取出复合材料。实施例3将体积密度为2.653g/cm3，面密度为320g/m2的玄武岩纤维缎纹布平铺置于盛有丙酮的容器中，丙酮液面没过纤维布表面，浸泡24小时后，取出并在150℃下烘干2h，得到预处理纤维布。称取yh-550-3聚酰亚胺树脂粉末添加到n,n-二甲基乙酰胺溶剂中，150℃下加热回流配制成质量分数为30％的聚酰亚胺树脂溶液。按照聚酰亚胺树脂：玄武岩纤维布的质量比为0.6∶1的比例，称取聚酰亚胺树脂溶液，将树脂溶液均匀涂覆到预处理纤维布上，得到预浸料。将预浸料按照模具裁制成一定大小的铺层料后放入真空烘箱中，现在100℃抽真空处理1小时，再在200℃下抽真空处理4小时，从而除去大部分溶剂，得到复合材料前体。将所得复合材料前体平铺放入成型模具中，置于平板硫化机上，先以4℃/min的速率升温至240℃，保温2h，再以相同速率升温至350℃，保温4min，加2mpa压力并保持此压力继续升温至380℃，固化3h，然后保压降温至150℃后开模取出复合材料。实施例4将体积密度为2.653g/cm3，面密度为320g/m2的玄武岩纤维缎纹布平铺置于盛有丙酮的容器中，丙酮液面没过纤维布表面，浸泡24小时后，取出并在150℃下烘干2h，得到预处理纤维布。称取yh-550-4聚酰亚胺树脂粉末添加到n,n-二甲基乙酰胺溶剂中，150℃下加热回流配制成质量分数为30％的聚酰亚胺树脂溶液。按照聚酰亚胺树脂：玄武岩纤维布的质量比为0.6∶1的比例，称取聚酰亚胺树脂溶液，将树脂溶液均匀涂覆到预处理纤维布上，得到预浸料。将预浸料按照模具裁制成一定大小的铺层料后放入真空烘箱中，现在100℃抽真空处理1小时，再在200℃下抽真空处理4小时，从而除去大部分溶剂，得到复合材料前体。将所得复合材料前体平铺放入成型模具中，置于平板硫化机上，先以4℃/min的速率升温至240℃，保温2h，再以相同速率升温至350℃，保温4min，加2mpa压力并保持此压力继续升温至380℃，固化3h，然后保压降温至150℃后开模取出复合材料。实施例5对实施例1～4所得的复合材料进行室温力学性能和高温力学性能的检测，测试结果参见表1，表1为实施例1～4所得复合材料的力学性能测试结果。表1实施例1～4所得复合材料的力学性能测试结果力学性能实施例1实施例2实施例3实施例4室温(25℃)拉伸强度，mpa426415396408室温(25℃)拉伸模量，gpa25242526室温(25℃)层剪强度，mpa39373235室温(25℃)弯曲强度，mpa538520468485室温(25℃)弯曲模量，gpa25252625高温(300℃)弯曲强度，mpa505492450478高温(300℃)弯曲模量，gpa24232425由以上测试结果可知，按照本发明的制备方法制得的玄武岩纤维复合材料具有优异的常温力学性能和高温力学性能。其中，相比聚酰亚胺树脂为yh-550-1、yh-550-3或yh-550-4(即实施例2～4)，当聚酰亚胺树脂为yh-550-2时(即实施例1)，复合材料的力学性能进一步明显提升。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。当前第1页12