一种玄武岩纤维表面处理装置及方法与流程

1.本发明涉及玄武岩纤维表面处理技术领域，尤其涉及一种玄武岩纤维表面处理装置及方法。


背景技术：

2.玄武岩纤维是采用天然玄武岩矿石经熔融拉丝制取的一种新型高性能纤维，由于玄武岩矿石的独特形成过程，所以玄武岩矿石具有极高的化学稳定性与热稳定性，所以玄武岩纤维也传承了玄武岩矿石的结构与性能特点，具有优异的耐高温、耐腐蚀性能，有良好的力学性能，化学性质稳定、透波性好、绿色环保、绝缘隔热及结构性能与结构质量比值优良等特点，被誉为“二十一世纪的新材料”。
3.然而,玄武岩纤维由玄武岩石料在高温熔融状态下由漏板快速拉制而成，玄武岩纤维表面光滑且化学性质呈惰性，与树脂基体的浸润性吸附性差、机械锚定效应差，这就导致玄武岩与基体树脂之间的界面结合性能很不理想，玄武岩纤维复合材料制品的层间剪切强度较低，在外界载荷作用下极易发生界面脱粘破坏，所以要想增强玄武岩纤维与树脂之间的联系，获得界面性能优良的玄武岩纤维复合材料，必须对玄武岩纤维进行界面改性。通常情况下厂家购买的玄武岩纤维都已作过纺织型上浆剂处理，在做试验研究时需去除纤维表面的上浆剂再进行酸碱刻蚀及偶联剂处理。
4.同时，传统的玄武岩纤维处理方法通常采用酸碱刻蚀，使得玄武岩纤维表面粗糙度增加，提升纤维树脂间的机械锚定效应，再采用偶联剂对纤维表面进行处理，实现较好的化学键合作用。传统的纤维处理办法具有一定的弊端，具体表现为：(1)纤维必须浸泡再溶液中进行处理，必要时需采用超声振荡或磁力搅拌的方式实现更好的处理效果，但此法将导致纤维丝散开并打结，造成纤维杂糅成团，极大降低了处理效率。(2)传统的纤维处理办法步骤繁琐需要耗费大量的人工，且无法做到对处理过程的一致性，引起后期试验结果的人工误差。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种玄武岩纤维表面处理装置，该装置通过程序控制来实现实验的各个进程，在设备内并不是将纤维直接放在酸/碱中，而是通过设备顶端发射的酸/碱雾使纤维暴露在酸/碱环境中，并将纤维通过工装拉伸、平行排布，从而解决纤维打结的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.本发明一种玄武岩纤维表面处理装置，包括烘箱、处理液雾化机构、控制信号发生器和玄武岩纤维固定组件，所述处理液雾化机构安装在所述烘箱的顶部，所述玄武岩纤维固定组件安装在所述烘箱的一个侧板上，所述控制信号发生器安装在所述烘箱的另一个侧板的边缘，所述玄武岩纤维固定组件的工作端与所述处理液雾化机构的雾化喷出端相对应，所述处理液雾化机构、所述玄武岩纤维固定组件与所述控制信号发生器电连接。
8.进一步的，所述处理液雾化机构包括多个处理液雾化喷头和一个储液罐，所述储液罐安装在所述烘箱的顶板上部，所述处理液雾化喷头安装在所述烘箱的顶板下部，且所述处理液雾化喷头的顶部贯穿所述烘箱的顶板后与所述储液罐连通。
9.再进一步的，所述处理液雾化喷头具体设置有三个，分别为有机溶液雾化喷头、偶联剂溶液雾化喷头、偶联剂雾化喷头；所述储液罐的内腔分为三个存储腔，三个所述存储腔内分别存放着有机溶剂、酸液或碱液、偶联剂水解溶液，且三个所述存储腔分别与所述机溶液雾化喷头、偶联剂溶液雾化喷头、偶联剂雾化喷头一一对应。
10.再进一步的，所述处理液雾化喷头具体设置为喇叭口状。
11.再进一步的，所述玄武岩纤维固定组件包括并排设置的第一纤维固定杆和第二纤维固定杆，所述第一纤维固定杆通过距离调节机构可调节的连接在所述烘箱上，所述第一纤维固定杆通过螺纹定位连接在所述烘箱上。
12.再进一步的，所述距离调节机构包括微型电机和连接块，所述微型电机的工作杆端部与所述连接块螺纹连接，所述第一纤维固定杆的安装端连接在所述连接块上，所述烘箱的侧板上设置有阶梯孔，所述连接块可滑动的设置在所述阶梯孔内，所述第一纤维固定杆的工作端贯穿所述阶梯孔后伸入到所述烘箱内部；所述微型电机通过螺钉安装在所述烘箱的侧板上，所述微型电机与所述控制信号发生器电连接。
13.再进一步的，所述烘箱内设备材质为防酸雾腐蚀材质。
14.一种基于如上所述的玄武岩纤维表面处理装置的操作方法，包含以下步骤：
15.步骤一：玄武岩纤维的固定，将玄武岩纤维缠绕固定在所述第一纤维固定杆和第二纤维固定杆上；
16.步骤二：玄武岩纤维的清洗，所述控制信号发生器按照设定时间发出清洗指令信号，控制所述有机溶液雾化喷头开启喷洒有机溶液，根据指令信号完成对烘箱内玄武岩纤维表面的清理。
17.步骤三：玄武岩纤维的刻蚀，所述控制信号发生器按照设定时间发出刻蚀指令信号，控制所述刻蚀溶液喷头开启喷洒酸性溶液或碱性溶液，根据指令信号完成对烘箱内玄武岩纤维表面的刻蚀作业。
18.步骤四：玄武岩纤维表面的偶联剂处理，刻蚀所述控制信号发生器按照设定时间发出处理指令信号，控制所述偶联剂溶液喷头开启喷洒偶联剂，根据指令信号完成对烘箱内玄武岩纤维表面的偶联剂处理。
19.步骤五：玄武岩纤维的烘干，所述控制信号发生器按照设定时间发出烘干指令信号，控制所述烘箱开启，根据指令信号完成对烘箱内玄武岩纤维表面的烘干。
20.进一步的，所述步骤一中，所述控制信号发生器发出指令给所述微型电机，所述微型电机的工作杆旋转带动所述连接块沿所述阶梯孔水平移动，带动所述第一纤维固定杆远离所述第二纤维固定杆，使得所述玄武岩纤维保持拉直紧绷状态。
21.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
22.本发明玄武岩纤维表面处理装置及方法，该处理装置包括烘箱、处理液雾化机构、控制信号发生器和可调节的玄武岩纤维固定组件，具体的，处理液雾化机构包括三个处理液雾化喷头和一个包含多个存储腔的储液罐，玄武岩纤维固定组件包括并排设置的第一纤维固定杆、第二纤维固定杆和调节机构，调节机构包括微型电机和连接块，处理液雾化喷
头、微型电机与控制信号发生器电连接；利用该处理装置快速的对玄武岩纤维进行清洗、刻蚀、偶联剂处理和烘干作业。
23.首先，本装置中，采可调节的玄武岩纤维固定组件固定玄武岩纤维，纤维之间并不相互接触，即使暴露在酸/碱性环境中，也不会发生纤维之间粘结、结块现象，这样生产出来的玄武岩纤维是完全符合实验要求的，也是后续实验所需要的。
24.其次，实验全程使用程序控制，减少了实验误差，提高了实验的准确率，在实验过程中，不会发生人身、设备的损害，降低了意外发生的可能性，提高了安全性，节省了实验调配、控制的时间，提高了实验的效率。
25.综上所述，本发明布局紧凑，自动化调节，方便快捷，根据设定的程序实现自动化控制，克服了传统玄武岩纤维利用酸/碱刻蚀法、偶联剂处理法进行界面改性的许多障碍，为以后进行实验提供了新的思路和方向，极大地简便了实验步骤，节省处理时间，提高处理效率和结果成功率。
附图说明
26.下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
27.图1为本发明玄武岩纤维表面处理装置示意图；(局部透视)
28.图2为本发明玄武岩纤维固定组件连接示意图；
29.附图标记说明：1、烘箱；101、阶梯孔；2、控制信号发生器；3、处理液雾化喷头；4、距离调节机构；5、第一纤维固定杆；6、第二纤维固定杆；7、储液罐；
30.401、微型电机；402、连接块。
具体实施方式
31.如图1
‑
2所示，一种玄武岩纤维表面处理装置，包括烘箱1、处理液雾化机构、控制信号发生器2和玄武岩纤维固定组件，所述处理液雾化机构安装在所述烘箱1的顶部，所述玄武岩纤维固定组件安装在所述烘箱1的一个侧板上，所述控制信号发生器2安装在所述烘箱1的另一个侧板的边缘，所述玄武岩纤维固定组件的工作端与所述处理液雾化机构的雾化喷出端相对应，所述处理液雾化机构、所述玄武岩纤维固定组件与所述控制信号发生器2电连接。具体的，所述烘箱1内设备材质为防酸雾腐蚀材质，所述防酸雾腐蚀材质具体可选用聚氯乙烯、聚四氟乙烯等。具体的，所述烘箱1采用现有设备，具体的可采用热风循环烘箱，该烘箱的侧壁上设置有可开启的侧门，方便实验时玄武岩纤维的放置和处理完成后的取出；通过对现有烘箱的改进，将处理液雾化机构、控制信号发生器2和玄武岩纤维固定组件组装到烘箱的设定位置。
32.所述处理液雾化机构包括多个处理液雾化喷头3和一个储液罐7，所述储液罐7安装在所述烘箱1的顶板上部，所述处理液雾化喷头3安装在所述烘箱1的顶板下部，且所述处理液雾化喷头3的顶部贯穿所述烘箱1的顶板后与所述储液罐7连通。所述处理液雾化喷头3具体设置有三个，分别为有机溶液雾化喷头、偶联剂溶液雾化喷头、偶联剂雾化喷头；所述储液罐的内腔分为三个存储腔，三个所述存储腔内分别存放着有机溶剂、酸液或碱液、偶联剂水解溶液，且三个所述存储腔分别与所述机溶液雾化喷头、偶联剂溶液雾化喷头、偶联剂雾化喷头一一对应。所述处理液雾化喷头3具体设置为喇叭口状。具体的，所述处理液雾化
喷头采用喷洒直径0.5m、喷洒流量0～5l/h的喷头，该喷头选用全自动高压雾化喷头。
33.所述玄武岩纤维固定组件包括并排设置的第一纤维固定杆5和第二纤维固定杆6，所述第一纤维固定杆5通过距离调节机构4可调节的连接在所述烘箱1上，所述第一纤维固定杆5通过螺纹定位连接在所述烘箱1上。
34.具体的，所述距离调节机构4包括微型电机401和连接块402，所述微型电机401的工作杆端部与所述连接块402螺纹连接，所述第一纤维固定杆5的安装端连接在所述连接块402上，所述烘箱1的侧板上设置有阶梯孔101，所述连接块402可滑动的设置在所述阶梯孔101内，所述第一纤维固定杆5的工作端贯穿所述阶梯孔101后伸入到所述烘箱1的内部；所述微型电机401通过螺钉安装在所述烘箱1的侧板上，所述微型电机401与所述控制信号发生器2电连接。此外，距离调节机构4不局限于本实施例中微型电机驱动一种方式，也可以采用手动或其他伸缩机构驱动连接块的水平移动，实现第一纤维固定杆5和第二纤维固定杆6间距的调节作业。
35.具体的，所述控制信号发生器2上设置有液晶显示屏和多个控制按钮，实现可视化操作，简化操作流程。
36.一种如上所述的玄武岩纤维表面处理装置的操作方法，包含以下步骤：
37.步骤一：玄武岩纤维的固定，将玄武岩纤维缠绕固定在所述第一纤维固定杆5和第二纤维固定杆6上；
38.步骤二：玄武岩纤维的清洗，所述控制信号发生器2按照设定时间发出清洗指令信号，控制所述有机溶液雾化喷头开启喷洒有机溶液，有机溶液可以是无水乙醇或甲苯溶液，持续时间为10min，根据指令信号完成对烘箱内玄武岩纤维表面的清理。
39.步骤三：玄武岩纤维的刻蚀，所述控制信号发生器按照设定时间发出刻蚀指令信号，控制所述刻蚀溶液喷头开启喷洒1mol/l浓度的盐酸溶液或氢氧化钠溶液，持续时间为30min,根据指令信号完成对烘箱内玄武岩纤维表面的刻蚀作业。
40.步骤四：玄武岩纤维表面的偶联剂处理，刻蚀所述控制信号发生器按照设定时间发出处理指令信号，控制所述偶联剂溶液喷头开启喷洒偶联剂，偶联剂选用γ
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氨丙基三乙氧基硅烷，水解溶液为1％质量分数的偶联剂乙醇溶液，持续时间为30min，根据指令信号完成对烘箱内玄武岩纤维表面的偶联剂处理。
41.步骤五：玄武岩纤维的烘干，所述控制信号发生器按照设定时间发出烘干指令信号，控制所述烘箱开启，温度设定在100℃，持续时间为2h，根据指令信号完成对烘箱内玄武岩纤维表面的烘干。
42.以上为其中某一个实施例的参数，具体的时间与温度可以随不同工艺流程进行调节。
43.具体的，所述步骤一中，所述控制信号发生器2发出指令给所述微型电机401，所述微型电机401的工作杆旋转带动所述连接块402沿所述阶梯孔101水平移动，带动所述第一纤维固定杆5远离所述第二纤维固定杆6，使得所述玄武岩纤维保持拉直紧绷状态，有效避免玄武岩纤维处理过程中打结问题的发生。
44.本发明的处理方法是先对纤维表面进行清细，然后酸/碱刻蚀后即增加表面粗糙度，提升纤维表面铆定效果，又增加了表面羟基等活性基团的数量，然后喷洒偶联剂后烘干，使得偶联剂与纤维表面形成化学键，以此提升处理的效果。因为按照上述方法纤维处理
时大多都在溶液中，纤维容易打散打结，所以采用雾化喷头的方式直接雾化处理液避免出现此类问题。
45.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。