本发明属于新型无机材料领域，属于耐高温玄武岩纤维领域，具体涉及一种通过表面修饰提升玄武岩纤维耐高温性能的方法。
背景技术
玄武岩纤维，是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，强度与高强度s玻璃纤维相当。纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色,有些似金色。玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、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，通过漏板快速拉制而成的。玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。此外，玄武岩纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少，对环境污染小，且产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维（碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯、玄武岩纤维）之一，实现了工业化生产。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。
玄武岩纤维可以适用的范围十分广泛，虽然也具有耐高温性能，但是，在900℃以上就会出现软化，无法正常使用，常规的使用温度往往在700℃以下，在工业耐火布方面往往无法达到需要的性能。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种通过表面修饰提升玄武岩纤维耐高温性能的方法，通过对玄武岩纤维进行处理，显著提升了耐高温效果。
本发明通过以下技术方案实现：
一种通过表面修饰提升玄武岩纤维耐高温性能的方法，包括以下步骤：
（1）、制备预处理含锆基体；
a、按重量计取碳酸锆8份、亚麻酸2份、醋酸20份、水50份搅拌混合，再加入0.1份聚乙烯醇在50-55℃下搅拌15-20min，再加入2份聚乙二醇和1份钨酸钠，搅拌2h，使其分散均匀；
b、将步骤a得到的混合液减压蒸馏，除去溶剂至适合纺丝的浓度，得到预处理含锆基体；进一步地，在0.05mpa压力下进行蒸馏；
（2）、对玄武岩纤维进行表面处理；
a、取玄武岩纤维，使用2mol/l的氢氧化钠溶液浸泡处理，然后水洗至中性，在45-50℃下烘干；
b、将步骤a处理好的玄武岩纤维使用质量分数2%的硅烷偶联剂kh560丙酮溶液进行浸泡2h，浸泡过程中使用超声波震荡处理，然后过滤去除滤液，在25℃下烘干，得到表面处理的玄武岩纤维；
（3）、使用二氧化锆对玄武岩纤维进行改性；
将步骤（2）得到的处理后的玄武岩纤维在45℃下预热，然后将步骤（1）制备的预处理含锆基体加热至36℃，牵引玄武岩纤维通过含锆基体，使含锆基体粘附在玄武岩纤维表面，然后将含锆基体粘附在玄武岩纤维置于马弗炉中，在1020-1050℃下焙烧1.5h，得到二氧化锆改性玄武岩复合纤维。
优选地，在制备预处理含锆基体中的步骤b中，除去溶剂后25℃下相对于水的密度为1.78-2.1。
优选地，在步骤（3）中，玄武岩纤维牵引的速度为0.2-0.3m/min。
进一步地，在步骤（3）中，在马弗炉中焙烧温度为1032℃。
进一步地，在焙烧升温过程中，以2℃/min的速度加热至560℃，然后保温20min，然后以5℃/min的速度升温至820℃，保温30min，再以5℃/min的速度升温至目标焙烧温度。利用此温度进行烧结，能保持玄武岩纤维的性能稳定，避免直接高温出现玄武岩纤维的显著下降。
所述玄武岩纤维是连续玄武岩纤维，单丝直径为5-7微米，优选地，直径为7微米。
本发明为了提升玄武岩纤维的耐高温性能，使用二氧化锆对玄武岩纤维进行补强，传统的方式是直接在玄武岩纤维制备原料中直接添加二氧化锆，但是二氧化锆的分散效果无法控制，而且拉丝的温度难以解决，本申请中使用玄武岩纤维作为内芯，以二氧化锆纤维敷设在玄武岩纤维表面，形成保护层，能显著提升纤维的耐高温性能。本申请中使用含锆基体涂覆在玄武岩纤维表面，由于玄武岩纤维经过表面处理后，具有显著的络合作用，能够将含锆基体材料紧密地与玄武岩纤维结合，然后进行烧结，能提升氧化锆与玄武岩纤维的结合强度，提升使用的性能。
本申请中在制备二氧化锆的原料中加入了少量的钨酸钠，在制备含锆基体时，使锆与钨能够分散均匀，形成w-o-zr键连接的结构，在烧结过程中，氧化锆与氧化物逐渐形成，在玄武岩纤维表面形成氧化锆、氧化物相交错的晶核，然后晶核不断增大、交联，相对于单一的氧化锆，在玄武岩纤维表面连接的强度更大，分散的效果也更好，也能够进一步提升材料的强度及耐高温性能。在分散时，使用醋酸、聚乙烯醇、聚乙二醇等共同作为分散助剂使用，由于成分极性等的差异，能提升锆、钨的分散效果，使包覆在玄武岩纤维表面的成品含锆化合物的均匀性更好，而且可以减少其他杂质成分的加入，避免对结晶产生负面影响，也降低了原料的成本，对玄武岩纤维的耐高温性能也有明显的提升。
本发明的有益效果：本发明提供的新型环保耐火玄武岩纤维编织布利用氧化锆表面修饰的玄武岩纤维制备，材料兼具玄武岩纤维的耐腐蚀性、绝缘性等性能，而且具有氧化锆纤维的超高耐高温性能，经过钨改性氧化锆的表面修饰，最高使用温度能达到2025℃，长期使用温度也能达到1500℃左右，相对于常规的玄武岩纤维600℃的使用温度有极大的提升，材料的耐酸碱腐蚀性也有极大的提升，本申请处理工艺简单，产生的污染物较少，环保性高。
具体实施方式
实施例1
一种通过表面修饰提升玄武岩纤维耐高温性能的方法，包括以下步骤：
（1）、制备预处理含锆基体；
a、按重量计取碳酸锆8份、亚麻酸2份、醋酸20份、水50份搅拌混合，再加入0.1份聚乙烯醇在50-55℃下搅拌15-20min，再加入2份聚乙二醇和1份钨酸钠，搅拌2h，使其分散均匀；
b、将步骤a得到的混合液在0.05mpa压力下蒸馏，除去溶剂至适合纺丝的浓度，得到预处理含锆基体；
（2）、对玄武岩纤维进行表面处理；
a、取玄武岩纤维，使用2mol/l的氢氧化钠溶液浸泡处理，然后水洗至中性，在48℃下烘干；
b、将步骤a处理好的玄武岩纤维使用质量分数2%的硅烷偶联剂kh560丙酮溶液进行浸泡2h，浸泡过程中使用超声波震荡处理，然后过滤去除滤液，在25℃下烘干，得到表面处理的玄武岩纤维；
（3）、使用二氧化锆对玄武岩纤维进行改性；
将步骤（2）得到的处理后的玄武岩纤维在45℃下预热，然后将步骤（1）制备的预处理含锆基体加热至36℃，牵引玄武岩纤维通过含锆基体，使含锆基体粘附在玄武岩纤维表面，然后将含锆基体粘附在玄武岩纤维置于马弗炉中，在1032℃下焙烧1.5h，得到二氧化锆改性玄武岩复合纤维。
优选地，在制备预处理含锆基体中的步骤b中，除去溶剂后25℃下相对于水的密度为2。
优选地，在步骤（3）中，玄武岩纤维牵引的速度为0.28m/min。
进一步地，在焙烧升温过程中，以2℃/min的速度加热至560℃，然后保温20min，然后以5℃/min的速度升温至820℃，保温30min，再以5℃/min的速度升温至目标焙烧温度。
实施例2
一种通过表面修饰提升玄武岩纤维耐高温性能的方法，包括以下步骤：（1）、制备预处理含锆基体；
a、按重量计取碳酸锆8份、亚麻酸2份、醋酸20份、水50份搅拌混合，再加入0.1份聚乙烯醇在50-55℃下搅拌15-20min，再加入2份聚乙二醇和1份钨酸钠，搅拌2h，使其分散均匀；
b、将步骤a得到的混合液在0.05mpa压力下蒸馏，除去溶剂至适合纺丝的浓度，得到预处理含锆基体；
（2）、对玄武岩纤维进行表面处理；
a、取玄武岩纤维，使用2mol/l的氢氧化钠溶液浸泡处理，然后水洗至中性，在45-50℃下烘干；
b、将步骤a处理好的玄武岩纤维使用质量分数2%的硅烷偶联剂kh560丙酮溶液进行浸泡2h，浸泡过程中使用超声波震荡处理，然后过滤去除滤液，在25℃下烘干，得到表面处理的玄武岩纤维；
（3）、使用二氧化锆对玄武岩纤维进行改性；
将步骤（2）得到的处理后的玄武岩纤维在45℃下预热，然后将步骤（1）制备的预处理含锆基体加热至36℃，牵引玄武岩纤维通过含锆基体，使含锆基体粘附在玄武岩纤维表面，然后将含锆基体粘附在玄武岩纤维置于马弗炉中，在1032℃下焙烧1.5h，得到二氧化锆改性玄武岩复合纤维。
优选地，在制备预处理含锆基体中的步骤b中，除去溶剂后25℃下相对于水的密度为2。
优选地，在步骤（3）中，玄武岩纤维牵引的速度为0.28m/min。
对比例1
与实施例1相比，制备预处理含锆基体不加入钨酸钠。
对比例2
与实施例1相比，在制备二氧化锆改性玄武岩复合纤维时，不使用实施例1的方式，而是在玄武岩纤维制备时在原料中直接加入与实施例1相等比例的二氧化锆。
对比例3
不对玄武岩纤维进行处理。
为了验证各组中玄武岩纤维性能，对各组中的玄武岩纤维的力学性能、耐高温性能进行了测试，结果如表1：
表1：
其中，长期最高使用温度指纤维能在该温度下稳定使用2000h。
由表1可知，在对玄武岩纤维使用不同的方法处理时，得到的玄武岩的性能存在极大区别，使用本申请实施例的方式制备的玄武岩纤维的强度有所上升，其使用温度可以达到2000℃以上，相对于常规的玄武岩纤维有显著的提升，使得本申请处理后的玄武岩纤维编织成的纤维布能够可以用在防火材料、耐高温材料领域，提升编织布的使用范围；同时，结合对比例1与对比例2可知，在对玄武岩纤维处理方式进行改变时，其处理的效果显著下降。在处理时，采用分段加热保温的方式处理得到的玄武岩纤维具有更好的性能，这样有利于保持内核玄武岩纤维的性能，也能提升烧结的效果。
为了在对玄武岩纤维表面处理时，在含镐基体制备时，对碳酸锆和钨酸钠的加入量进行调整，验证不同比例的碳酸锆和钨酸钠加入对处理后的玄武岩纤维性能的影响如表2所示：
表2：
由表2可知，在处理过程中，碳酸锆与钨酸钠不同的比例会对材料的耐热性产生极大的影响，在碳酸锆与钨酸钠加入比例为8:1时，其材料的耐热性能达到最佳，在其他比例下，虽然也具有很好的耐热效果，但是，相对于本申请的条件下，耐热温度有明显的下降，可能由于在本申请的比例下，zr与w能够更好的分散，提升烧结后的刚性及交联的效果，提升材料的耐热性。