一种磁性矿物纤维材料及其制备方法

本发明涉及磁性材料，具体公开了一种磁性矿物纤维材料及其制备方法。

背景技术：

1、玄武岩纤维是一种环保型无机纤维材料，是我国重点发展的纤维之一。玄武岩纤维性能接近碳纤维，价格却比碳纤维低几倍甚至几十倍，在土木工程中可以部分替代价格昂贵的碳纤维用于结构加固补强，降低我国结构加固工程对碳纤维的依赖性；它还可以与各种树脂复合形成复合材料，用于风机叶片、车船体结构、耐蚀耐压管道及储罐，以及印刷电路板基材等，均具有优异的力学性能和抗腐蚀性能。

2、磁性物质由于其对磁场在力学、电学上的高响应性，在生物医疗、可穿戴、柔性致动及环境修复等方面被广泛应用，近年来逐渐成为研究热点，尤其是如何将各种磁材料(包括硬磁材料与软磁材料)以分布、浓度、结构高度可控的方式集成到纤维中，是将磁功能引入软体机器人、智能材料、生物医疗等应用的关键。

3、现有技术中报道了磁性玄武岩纤维的制备方法，通过将油酸改性的非晶fe-zr-b磁性纳米颗粒分散在玄武岩纤维浸润剂中，得到磁性浸润剂，并将该磁性浸润剂浸润包覆玄武岩纤维，获得磁性玄武岩纤维，但其所用磁性纳米颗粒为非晶体，操作复杂，对于纳米颗粒的粒径存在不可控性，成本较高，且所得磁性材料的磁性难以保持长期稳定，因此，提供一种操作简便，性能优异可控的磁性纤维材料对于磁性功能材料的研发有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中所制备的磁性纤维材料的制备存在操作复杂，对于纳米颗粒的粒径存在不可控性，成本较高，且所得磁性材料的磁性难以保持长期稳定等问题，本发明提供了一种磁性矿物纤维材料及其制备方法。本发明通过将磁性晶体进行无机改性，使之能够长时间保持稳定磁性，并将改性后的颗粒物与氨基硅烷偶联剂混合后涂覆于无机矿物纤维上，制得磁性矿物纤维材料，该制备方法操作简便，原料成本低廉，所得磁性矿物纤维材料性能优异，具有可调控磁性且可保持长时间稳定磁性。

2、为达到上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种磁性矿物纤维材料的制备方法，至少包括如下步骤：

4、步骤一、在惰性氛围下，将四氧化三铁煅烧，球磨后，得四氧化三铁磁性晶体；

5、步骤二、将所述四氧化三铁磁性晶体分散于甲醇溶液中，加入ph调节剂和锡酸盐，混合均匀，进行水热反应，过滤，干燥，得锡盐改性四氧化三铁颗粒；

6、步骤三、将所述锡盐改性四氧化三铁颗粒与氨基硅烷偶联剂混合均匀，得磁性浸润剂；

7、步骤四、将所述无机矿物纤维浸渍在所述磁性浸润剂中，干燥，得磁性矿物纤维材料。

8、相比于现有技术，本发明设计制备了一种磁性矿物纤维材料，该磁性矿物纤维材料中通过将锡盐改性四氧化三铁颗粒与氨基硅烷偶联剂混合均匀后涂覆于无机矿物纤维制得，其中，所述四氧化三铁颗粒通过共沉淀法获得，但是普通的共沉淀法无法控制所得磁性晶体的粒径，导致所得磁性晶体粒径不一，无法制得磁性均匀可控的纤维材料，针对于此，发明人创造性的提出，将所得磁性晶体于惰性氛围下煅烧，在高温下不仅可以除去由于共沉淀法得到的裹挟于晶体表面的杂质物质，还可活化磁性晶体中的氧化物，促使其向着粒径均一，晶型稳定的方向再结晶，提高晶体的机械强度，在煅烧之后球磨可使进一步获得粒径均一的晶体颗粒，但该磁性晶体的磁性难以保持长时间的稳定，在使用过程中接触金属容易导致磁性减弱甚至逐渐消失，因此，本发明利用锡酸盐对其进行改性，通过水热反应在其表面包覆一层氢氧化锡颗粒，这样不仅可以使之保持长时间的稳定磁性，而氢氧化锡表面的羟基可以通过氨基硅烷偶联剂与无机矿物纤维结合，形成更为稳定的化学键，保证所得磁性矿物纤维材料的稳定性，本发明所提供的磁性矿物纤维材料制备工艺简单，成本较低，且所得磁性矿物纤维材料磁性可根据磁性晶体颗粒的含量进行调控，为磁性功能材料的应用提供了新思路。

9、优选的，步骤一中，所述煅烧的温度为350℃-450℃，煅烧的时间为2h-3h。

10、在惰性氛围下中高温煅烧不仅可以除去由于共沉淀法得到的裹挟于晶体表面的杂质物质，还可活化磁性晶体中的氧化物，促使其向着粒径均一，晶型稳定的方向再结晶，提高晶体的机械强度。

11、优选的，步骤三中，所述球磨的转速为750r/min-850r/min，球磨的时间为30min-50min。

12、优选的，步骤三中，所得四氧化三铁磁性晶体的粒径为80nm-110nm。

13、优选的，步骤二中，所述四氧化三铁磁性晶体、ph调节剂和锡酸盐的质量比为10-20:0.5-1.5:1。

14、优选的，步骤二中，所述四氧化三铁磁性晶体与甲醇溶液的质量体积比为0.5g-1g:50ml-100ml。

15、优选的，步骤二中，所述水热反应的温度为140℃-220℃，水热反应的时间为24h-48h。

16、优选的，步骤二中，所述甲醇溶液的质量浓度为60％-75％。

17、步骤二中，所述ph调节剂为磷酸氢二钾。

18、步骤二中，所述锡酸盐为锡酸钠、锡酸钾或锡酸镁中的任意一种。

19、优选的，步骤三中，所述氨基硅烷偶联剂为kh-792或kh-560中的任意一种。

20、优选的，步骤三中，所述锡盐改性四氧化三铁颗粒与氨基硅烷偶联剂的质量比为0.5-5:100。

21、优选的，步骤三中，所述混合均匀采用超声分散和机械搅拌共同结合的方式进行混合。

22、进一步优选的，所述超声分散的超声频率为30khz-40khz，超声分散的时间为10min-15min。

23、进一步优选的，所述机械搅拌的转速为1200r/min-1500r/min，机械搅拌的时间为15min-20min。

24、优选的，步骤四中，所述无机矿物纤维为玄武岩纤维。

25、优选的，步骤四中，所述磁性矿物纤维材料中磁性浸润剂的包覆厚度为1μm-3μm。

26、本发明第二方面提供了一种磁性矿物纤维材料，利用所述磁性矿物纤维材料的制备方法制备所得。

27、优选的，所述磁性矿物纤维材料具有可调控磁性。

28、进一步的，所述可调控磁性与磁性晶体颗粒含量呈正相关。

29、本发明通过将含有无机改性颗粒物的氨基硅烷偶联剂包覆于无机矿物纤维上制得磁性矿物纤维材料，有效解决了现有技术中磁性纤维材料的制备存在操作复杂，对于纳米颗粒的粒径存在不可控性，成本较高，且所得磁性材料的磁性难以保持长期稳定等问题，该磁性矿物纤维材料的制备方法操作简便，原料成本低廉，所得磁性矿物纤维材料性能优异，且具有可调控磁性。

技术特征：

1.一种磁性矿物纤维材料的制备方法，其特征在于：至少包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的磁性矿物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述煅烧的温度为350℃-450℃，煅烧的时间为2h-3h；和/或

3.如权利要求1所述的磁性矿物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所得四氧化三铁磁性晶体的粒径为80nm-110nm。

4.如权利要求1所述的磁性矿物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述四氧化三铁磁性晶体、ph调节剂和锡酸盐的质量比为10-20:0.5-1.5:1；和/或

5.如权利要求1所述的磁性矿物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述水热反应的温度为140℃-220℃，水热反应的时间为24h-48h。

6.如权利要求1或4任一项所述的磁性矿物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述甲醇溶液的质量浓度为60％-75％；和/或

7.如权利要求1所述的磁性矿物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述氨基硅烷偶联剂为kh-792或kh-560中的任意一种；和/或

8.如权利要求1所述的磁性矿物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述混合均匀采用超声分散和机械搅拌共同结合的方式进行混合。

9.如权利要求1所述的磁性矿物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述无机矿物纤维为玄武岩纤维；和/或

10.一种磁性矿物纤维材料，其特征在于：利用权利要求1-9任一项所述的磁性矿物纤维材料的制备方法制备所得。

技术总结
本发明属于磁性材料技术领域，具体公开了一种磁性矿物纤维材料及其制备方法。本发明通过将四氧化三铁煅烧，球磨得粒径均一的磁性晶体，将其与与锡酸盐水热反应得锡盐改性四氧化三铁颗粒，利用锡盐改性四氧化三铁颗粒与氨基硅烷偶联剂混合后制得所述磁性矿物纤维材料，有效解决了现有技术中磁性纤维材料的制备存在操作复杂，成本较高，对于所用磁性纳米颗粒的粒径存在不可控性，所得磁性材料的磁性无法长期稳定存在等问题，本发明提供的制备方法操作简便，原料成本低廉，所得磁性矿物纤维材料性能优异，且具有可调控磁性，为磁性功能材料的应用提供了新思路。

技术研发人员：杨春成,李腾,李红超,刘昶江,姜乐涛,袁钊,曾令桃,张翰坤
受保护的技术使用者：河北地质大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14