本发明属于机械用塑料制品材料领域，具体涉及一种改性玄武岩纤维-晶须增强的硅烷交联耐磨母粒的制备方法。
背景技术：
线型低密度聚乙烯分子主要呈线型结构，且大分子直链上带一定数量的短支链，分子间堆顿十分紧密。因此，线型低密度聚乙烯具有优良的柔初性以及加工流动性。但其烙点较低，分子链容易产生滑移，在经受反复摩擦的情况下，产生的摩擦热易使复合材料发生塑性变形，严重影响了其使用性能，降低了其使用寿命。聚乙烯作为热塑性塑料的代表，其应用价值一直被人们所关注，而寻求一种既能尽量节省成本又能提高其性能、还能减少环境污染的复合型聚乙烯是国内外学者研究的重点。聚乙烯具有耐低温、常温下不溶于一般溶剂、吸水性小、电绝缘性优良、化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀等优点，但是在韧性、二次加工性及抗冲击性等方面还存在一些不足。纤维增强树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、耐疲劳等各种优良性能，被广泛的应用于航空航天、汽车、机械等重要领域。但复合材料在加工、储存和使用过程中，会受到环境因素的影响，这些环境因素会使复合材料性能下降从而发生老化，限制了复合材料在应用过程中性能的发挥。水滑石作为一种新型的层状材料，层板的构成及层间阴离子均具有可变性，可以被用作阻隔、吸附材料等。水滑石由于粒径较小在基体中能以纳米尺度分散从而形成纳米复合材料，通常具有比一般复合材料更好的性能，因而引起了广大学者们的研究兴趣。近年来，高分子材料由于其优越的综合性能和相对较简便的加工成型工艺，得到了迅速发展，而作为五大合成树脂之一的聚乙烯也存在广泛的应用。但是聚乙烯也存在着耐热性能差，性脆且耐冲击性差等缺点，通过添加无机物填充剂对其进行改性是提升性能的一种重要途径。将磷酸制备过程中得到的α-半水磷石膏晶须填充于聚乙烯中，既可以保留聚乙烯材料的主要特性，又能通过晶须的增强、增韧等优势改善材料的性能，同时可以降低材料的成本。技术实现要素：本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种改性玄武岩纤维-晶须增强的硅烷交联耐磨母粒的制备方法，依照该方法制作的机械用塑料制品材料具有优异的耐摩擦磨损性能和韧性，稳定性好，使用寿命长。本发明是通过以下技术方案实现的：一种改性玄武岩纤维-晶须增强的硅烷交联耐磨母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）玄武岩纤维的表面改性处理：将10-15份玄武岩纤维超声清洗20-25min后，再放入丙酮溶液中密封浸泡1-2d，然后在75-85℃鼓风干燥箱中保温40-45min烘干，放入浓硝酸中，在60-63℃水浴中保温1-2h后，水洗至ph为中性，放入75-85℃鼓风干燥箱中保温40-45min烘干，再放入稀土表面改性溶液中浸泡1-2h后，在75-85℃鼓风干燥箱中保温1-2h烘干，得到表面处理的玄武岩纤维；（2）填料水滑石的有机改性：将乙醇水溶液在70-73℃水浴中剧烈搅拌，加入4-8份镁铝水滑石，恒温水浴磁力搅拌1-2h分散均匀，加入12-24份单十二烷基磷酸酯钾盐溶液，用盐酸调节ph为4，继续恒温水浴搅拌反应5-6h后，真空抽滤、用乙醇水溶液洗涤3-5次，在70-73℃真空干燥箱中干燥完全，得到有机改性水滑石；（3）α-半水磷石膏晶须的表面改性处理：将0.2-0.3份表面改性剂硬脂酸溶解于20-30份无水乙醇中，加入4-6份α-半水磷石膏晶须，加热至60-63℃机械搅拌改性55-60min，过滤、洗涤、干燥得改性后的α-半水磷石膏晶须；（4）硅烷交联耐磨母粒的制备工艺：将接枝母粒与催化母粒及(1)、(2)、(3)中所得物料混合均匀，在70-73℃水浴中交联反应8-9h，制得所述硅烷交联耐磨母粒。进一步的，步骤（1）中稀土表面改性溶液由87-94%乙醇、3-4%柠檬酸、2.5-3.5%尿素、0.7-1%硝酸、0.5%稀土化合物cecl3·6h2o组成。进一步的，步骤（2）中乙醇水溶液的乙醇/水体积比为1:1、按固液比1:50-100加入，单十二烷基磷酸酯钾盐溶液的固含量为35-45%。进一步的，步骤（4）中树脂的填充改性：将90-110份线型低密度聚乙烯树脂在80-83℃烘箱中干燥1-2h，与9-11份淀粉、5.4-6.6份增溶剂、18-22份纳米碳酸钙，在145-155℃下熔融共混改性1-2h后，冷却至室温，得到填充改性的树脂；接枝母粒的制备：将0.18-0.22份引发剂过氧化二异丙苯充分溶解于2.7-3.3份乙烯基三乙氧基硅烷中，与10/11份填充改性树脂混合均匀，加入0.045-0.055份抗氧剂1010，充分混合后在165-180℃双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，干燥得接枝母粒；催化母粒的制备：将催化剂二丁基二月桂酸锡、0.0045-0.0055份抗氧剂1010与1/11份填充改性树脂充分混合均匀，置于165-180℃双螺杆挤出机中造粒，干燥，制得催化母粒。本发明相比现有技术具有以下优点：（1）采用稀土溶液浸泡法对玄武岩纤维进行表面改性处理，将改性后的玄武岩纤维作为增强体；酸化处理后的玄武岩纤维表面羧基含量的提高为纤维表面稀土改性处理提供活性区域，纤维表面有新的活性基团形成，表面活性含氧基团数量增加；稀土改性溶液处理后的玄武岩纤维表面粗糙度提高，使得界面处的机械啮合力也得到提高，为界面处的破坏提供了更大的摩擦力，同样起到了提高界面结合强度的作用。（2）以水滑石作为填料，采取十二烷基磷酸酯钾盐作为有机阴离子改性剂，利用水滑石层间阴离子可替换的特征，通过层间阴离子互换的方法对镁铝水滑石进行有机改性，得到有机改性水滑石；加强水滑石与聚烯烃基体之间的粘结性。（3）采用改性剂硬脂酸对ɑ-半水磷石膏晶须表面进行改性处理，改性后的晶须可均匀分布在基体中，对聚乙烯材料结晶有一定诱导作用，结晶度有所提高；聚乙烯复合材料力学性能最佳，结晶度最高。（4）用淀粉、纳米碳酸钙填充改性聚乙烯树脂，起到了增强增韧的作用，改性的聚乙烯流动性与拉伸性能增强；采用二步法首先将硅烷接枝到线型低密度聚乙烯大分子主链上，制备硅烷接枝线型低密度聚乙烯母粒，再在一定条件下水解交联形成交联三维结构，制备硅烷交联线型低密度聚乙烯耐磨母粒；由于分子链的交联结构，使得其力学性能、耐摩擦磨损性能显著增强。具体实施方式实施例1一种改性玄武岩纤维-晶须增强的硅烷交联耐磨母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）玄武岩纤维的表面改性处理：将10份玄武岩纤维超声清洗20min后，再放入丙酮溶液中密封浸泡1d，然后在75-85℃鼓风干燥箱中保温40min烘干，放入浓硝酸中，在60-63℃水浴中保温1h后，水洗至ph为中性，放入75-85℃鼓风干燥箱中保温40min烘干，再放入稀土表面改性溶液中浸泡1h后，在75-85℃鼓风干燥箱中保温1h烘干，得到表面处理的玄武岩纤维；（2）填料水滑石的有机改性：将乙醇水溶液在70-73℃水浴中剧烈搅拌，加入4份镁铝水滑石，恒温水浴磁力搅拌1h分散均匀，加入12份单十二烷基磷酸酯钾盐溶液，用盐酸调节ph为4，继续恒温水浴搅拌反应5h后，真空抽滤、用乙醇水溶液洗涤3次，在70-73℃真空干燥箱中干燥完全，得到有机改性水滑石；（3）α-半水磷石膏晶须的表面改性处理：将0.2份表面改性剂硬脂酸溶解于20份无水乙醇中，加入4份α-半水磷石膏晶须，加热至60-63℃机械搅拌改性55min，过滤、洗涤、干燥得改性后的α-半水磷石膏晶须；（4）硅烷交联耐磨母粒的制备工艺：将接枝母粒与催化母粒及(1)、(2)、(3)中所得物料混合均匀，在70-73℃水浴中交联反应8h，制得所述硅烷交联耐磨母粒。进一步的，步骤（1）中稀土表面改性溶液由87%乙醇、3%柠檬酸、2.5%尿素、0.7%硝酸、0.5%稀土化合物cecl3·6h2o组成。进一步的，步骤（2）中乙醇水溶液的乙醇/水体积比为1:1、按固液比1:50加入，单十二烷基磷酸酯钾盐溶液的固含量为35%。进一步的，步骤（4）中树脂的填充改性：将90份线型低密度聚乙烯树脂在80-83℃烘箱中干燥1h，与9份淀粉、5.4份增溶剂、18份纳米碳酸钙，在145-155℃下熔融共混改性1h后，冷却至室温，得到填充改性的树脂；接枝母粒的制备：将0.18份引发剂过氧化二异丙苯充分溶解于2.7份乙烯基三乙氧基硅烷中，与10/11份填充改性树脂混合均匀，加入0.045份抗氧剂1010，充分混合后在165-180℃双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，干燥得接枝母粒；催化母粒的制备：将催化剂二丁基二月桂酸锡、0.0045份抗氧剂1010与1/11份填充改性树脂充分混合均匀，置于165-180℃双螺杆挤出机中造粒，干燥，制得催化母粒。实施例2一种改性玄武岩纤维-晶须增强的硅烷交联耐磨母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）玄武岩纤维的表面改性处理：将15份玄武岩纤维超声清洗25min后，再放入丙酮溶液中密封浸泡2d，然后在75-85℃鼓风干燥箱中保温45min烘干，放入浓硝酸中，在60-63℃水浴中保温2h后，水洗至ph为中性，放入75-85℃鼓风干燥箱中保温45min烘干，再放入稀土表面改性溶液中浸泡2h后，在75-85℃鼓风干燥箱中保温2h烘干，得到表面处理的玄武岩纤维；（3）填料水滑石的有机改性：将乙醇水溶液在70-73℃水浴中剧烈搅拌，加入8份镁铝水滑石，恒温水浴磁力搅拌2h分散均匀，加入24份单十二烷基磷酸酯钾盐溶液，用盐酸调节ph为4，继续恒温水浴搅拌反应6h后，真空抽滤、用乙醇水溶液洗涤5次，在70-73℃真空干燥箱中干燥完全，得到有机改性水滑石；（3）α-半水磷石膏晶须的表面改性处理：将0.3份表面改性剂硬脂酸溶解于30份无水乙醇中，加入6份α-半水磷石膏晶须，加热至60-63℃机械搅拌改性60min，过滤、洗涤、干燥得改性后的α-半水磷石膏晶须；（4）硅烷交联耐磨母粒的制备工艺：将接枝母粒与催化母粒及(1)、(2)、(3)中所得物料混合均匀，在70-73℃水浴中交联反应9h，制得所述硅烷交联耐磨母粒。进一步的，步骤（1）中稀土表面改性溶液由94%乙醇、4%柠檬酸、3.5%尿素、1%硝酸、0.5%稀土化合物cecl3·6h2o组成。进一步的，步骤（2）中乙醇水溶液的乙醇/水体积比为1:1、按固液比1:100加入，单十二烷基磷酸酯钾盐溶液的固含量为45%。进一步的，步骤（4）中树脂的填充改性：将110份线型低密度聚乙烯树脂在80-83℃烘箱中干燥2h，与11份淀粉、6.6份增溶剂、22份纳米碳酸钙，在145-155℃下熔融共混改性2h后，冷却至室温，得到填充改性的树脂；接枝母粒的制备：将0.22份引发剂过氧化二异丙苯充分溶解于3.3份乙烯基三乙氧基硅烷中，与10/11份填充改性树脂混合均匀，加入0.055份抗氧剂1010，充分混合后在165-180℃双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，干燥得接枝母粒；催化母粒的制备：将催化剂二丁基二月桂酸锡、0.0055份抗氧剂1010与1/11份填充改性树脂充分混合均匀，置于165-180℃双螺杆挤出机中造粒，干燥，制得催化母粒。对比实施例1本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（4）中未添加表面改性处理的玄武岩纤维，除此外的方法步骤均相同。对比实施例2本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（4）中未添加表面改性处理的ɑ-半水磷石膏晶须，除此外的方法步骤均相同。对照组为纯线性低密度聚乙烯为了对比本发明制得的功能母粒的性能，对上述实施例1、实施例2、对比实施例1、对比实施例2制备的耐磨母粒，以及对照组的纯线性低密度聚乙烯，进行力学性能测测试方法依照标准进行：项目拉伸强度（mpa）弯曲强度（mpa）磨损量（g/kg）实施例126460.5实施例229480.4对比实施例118340.5对比实施例219331.5对照组132125.3由上表可以看出，在对比实施例1中未添加表面改性处理的玄武岩纤维，所制备的耐磨母粒的力学性能变差；在对比实施例2中未添加表面改性处理的ɑ-半水磷石膏晶须，导致耐磨母粒的力学性能和耐摩擦磨损性能变差；按照本发明方法制作的耐磨母粒，具有良好的韧性、力学性能和耐摩擦磨损性能，是一种性能优异的机械用塑料制品材料，稳定性好，使用寿命长。当前第1页12