本发明涉及聚甲基丙烯酸甲酯复合材料领域，具体涉及一种聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料及其制备方法。
背景技术：
：聚甲基丙烯酸甲酯英文简写为PMMA，是无毒环保的材料，可用于生产餐具，卫生洁具等，具有良好的化学稳定性、和耐候性；但聚甲基丙烯酸甲酯材料存在韧性差、抗冲击强度低的缺陷，因此，在使用时都不使用纯的聚甲基丙烯酸甲酯材料，聚甲基丙烯酸甲酯材料需要进行增韧、增加抗冲击强度等增强复合改性处理后才能进行应用。现今对聚甲基丙烯酸甲酯材料的纤维增强改性主要采用玻璃纤维材料和碳纤维材料进行改性处理，改性效果显著，但玻璃纤维和碳纤维生产成本高、环境污染大，严重限制了复合聚甲基丙烯酸甲酯材料的应用。玄武岩纤维是一种新出现的新型无机环保绿色高性能纤维材料，是未来我国重点发展的四大高性能纤维之一，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、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，通过纺丝工艺制备而成的。玄武岩连续纤维不仅稳定性好，而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能，而且，玄武岩纤维的生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。因此，采用无毒、无污染、来源广泛、性能优异、稳定好的玄武岩纤维材料来替代玻璃纤维和碳纤维对聚甲基丙烯酸甲酯材料进行增强，从而得到的聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料是聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料发展的新方向。但由于玄武岩纤维为无机材料，而聚甲基丙烯酸甲酯为高分子有机材料，两者相容性极差，且玄武岩纤维自身结构和性能稳定，纤维表面光滑、表面活性位点少，造成玄武岩纤维在改性过程中更难以与聚甲基丙烯酸甲酯材料进行化学键合和机械铆合，即玄武岩纤维在聚甲基丙烯酸甲酯材料中是独立存在，对聚甲基丙烯酸甲酯材料增强效果不佳，聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料的性能较差。技术实现要素：本发明的目的在于克服聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料性能差的缺陷，提供一种聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料及其制备方法；本发明方法通过对含有磷酸钡的玄武岩纤维进行改性处理，最后在偶联剂的作用下与聚甲基丙烯酸甲酯进行偶联、复合，从而得到玄武岩纤维与聚甲基丙烯酸甲酯材料相容性更好的聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，玄武岩纤维对聚甲基丙烯酸甲酯增强作用更好，使该复合材料性能更优异，有利于聚甲基丙烯酸甲酯复合材料在各个领域的推广应用。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）改性处理：将玄武岩纤维用改性剂A进行浸泡处理，取出后置入改性剂B中，加热反应完全后，取出干燥得改性玄武岩纤维；（2）复合：将改性玄武岩纤维与聚甲基丙烯酸甲酯材料、偶联剂进行复合处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料。上述一种聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料的制备方法，其中步骤1中所述的包括玄武岩短纤维、玄武岩长纤维、连续玄武岩纤维、玄武岩纤维棉中的一种或多种。所述的玄武岩纤维中含有磷酸钡；磷酸钡中含有磷酸根，磷酸根与有机基团的键接能力强，能降低玄武岩纤维与有机材料的极性，增加与有机材料的相容性；优选的，所述的玄武岩纤维含有质量百分比0.1-2.0%的磷酸钡；最优选的，所述的玄武岩纤维含有质量百分比0.3-0.8%的磷酸钡。所述的改性剂A为甲基丙烯酸、甲醇和无机酸的混合溶液；所述改性剂A中甲基丙烯酸与甲醇的物质的量比值为1︰1；所述无机酸为硫酸、甲磺酸、苯磺酸中的一种或多种；所述的改性剂A的pH值为1-2，溶液酸性越高，对玄武岩纤维的改性效果越好。所述的改性剂B为过氧化苯甲酰水溶液。所述的玄武岩纤维在改性剂A中浸泡的时间为1-3h，在浸泡过程中，溶液中的甲基丙烯酸和甲醇在玄武岩纤维的表面吸附作用下均匀的附着在玄武岩纤维表面，浸泡时间过短，吸附单体量不足，浸泡时间过长，生产周期太长，效果也无明显提升。所述加热反应的温度为80-100℃，反应时间为30-60min，温度过高，反应时间过长，缩聚反应过度，聚合物分子量过大，不利于对玄武岩纤维的改性处理；最优选的，所述加热反应的温度为90℃，反应时间为50min，反应效果好，能源消耗低，时间短。上述一种聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料的制备方法，其中步骤2中所述的偶联剂为硅烷偶联剂。所述改性玄武岩纤维的用量可根据聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料在不同应用领域中要求进行调整，优选的，所述改性玄武岩纤维用量是聚甲基丙烯酸甲酯树脂材料的1-20%。所述聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料的制备方法步骤2中，还可以添加助剂；所述助剂包括分散剂、抗菌剂、抗静电剂、阻燃剂、抗老化剂、抗紫外线剂中的一种或多种；所述助剂的种类可根据聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料在不同应用领域中要求进行针对性调整添加。所述的复合处理是指通过工艺手段将预处理玄武岩纤维与聚甲基丙烯酸甲酯材料进行化学键合，使玄武岩纤维与聚甲基丙烯酸甲酯材料形成统一的整体的方法。一种聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料的制备方法，本发明制备方法先利用玄武岩纤维的表面吸附能力将甲基丙烯酸和甲醇单体材料吸附在玄武岩纤维表面，再通过缩聚反应将吸附的单体进行聚合成一定分子量的聚合物，并使其与玄武岩纤维表面的磷酸钡键接，从而稳定的包覆在玄武岩纤维表面，显著增加玄武岩纤维与聚甲基丙烯酸甲酯的相容性；最后通过复合处理，使玄武岩纤维与聚甲基丙烯酸甲酯进行复合增强得到性能更加优异的聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料，本发明方法简单、方便，适合聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料的工业化、规模化生产。为了实现上述发明目的，进一步的，本发明提供了一种聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料；所述聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料是通过上述制备方法制备得到的，上述制备方法得到的复合材料中聚甲基丙烯酸甲酯与玄武岩纤维之间键接力强，不易产生相分离，相容性好，玄武纤维对聚甲基丙烯酸甲酯的增强作用显著增加，复合材料的性能也显著提高。与现有技术相比，本发明的有益效果：1、本发明制备方法通过对玄武岩纤维的改性处理，能显著增加玄武岩纤维与聚甲基丙烯酸甲酯的相容性，使玄武岩纤维与聚甲基丙烯酸甲酯进行复合增强得到性能更加优异的聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料。2、本发明制备方法制备得到的复合材料性能优异，方法简单、方便，适合聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料的工业化、规模化生产。3、本发明复合材料中聚甲基丙烯酸甲酯与玄武岩纤维之间键接力强，不易产生相分离，相容性好，玄武纤维对聚甲基丙烯酸甲酯的增强作用显著增加，复合材料的性能也显著提高。具体实施方式下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。实施例1（1）改性处理：将含有质量百分比0.8%磷酸钡的玄武岩纤维用pH值为1的甲基丙烯酸、甲醇和硫酸的混合溶液进行浸泡处理2h，取出后置入过氧化苯甲酰水溶液中，加热到90℃后反应50min后，取出干燥得改性玄武岩纤维；（2）复合：将10重量份的改性玄武岩纤维与90重量份的聚甲基丙烯酸甲酯材料、2重量份的硅烷偶联剂进行复合处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料。实施例2（1）改性处理：将含有质量百分比2.0%磷酸钡的玄武岩纤维用pH值为1的甲基丙烯酸、甲醇和甲磺酸的混合溶液进行浸泡处理1h，取出后置入过氧化苯甲酰水溶液中，加热到80℃后反应60min后，取出干燥得改性玄武岩纤维；（2）复合：将10重量份的改性玄武岩纤维与90重量份的聚甲基丙烯酸甲酯材料、2重量份的硅烷偶联剂进行复合处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料。实施例3（1）改性处理：将含有质量百分比0.1%磷酸钡的玄武岩纤维用pH值为2的甲基丙烯酸、甲醇和苯磺酸的混合溶液进行浸泡处理3h，取出后置入过氧化苯甲酰水溶液中，加热到80℃后反应60min后，取出干燥得改性玄武岩纤维；（2）复合：将10重量份的改性玄武岩纤维与90重量份的聚甲基丙烯酸甲酯材料、2重量份的硅烷偶联剂进行复合处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料。实施例4（1）改性处理：将含有质量百分比0.3%磷酸钡的玄武岩纤维用pH值为1的甲基丙烯酸、甲醇和甲磺酸的混合溶液进行浸泡处理2h，取出后置入过氧化苯甲酰水溶液中，加热到100℃后反应30min后，取出干燥得改性玄武岩纤维；（2）复合：将10重量份的改性玄武岩纤维与90重量份的聚甲基丙烯酸甲酯材料、2重量份的硅烷偶联剂进行复合处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料。对比例1（1）改性处理：将常规玄武岩纤维用pH值为1的甲基丙烯酸、甲醇和硫酸的混合溶液进行浸泡处理2h，取出后置入过氧化苯甲酰水溶液中，加热到90℃后反应50min后，取出干燥得改性玄武岩纤维；（2）复合：将10重量份的改性玄武岩纤维与90重量份的聚甲基丙烯酸甲酯材料、2重量份的硅烷偶联剂进行复合处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料。对比例2将10重量份的含有质量百分比1.0%磷酸钡的玄武岩纤维与90重量份的聚甲基丙烯酸甲酯材料、2重量份的硅烷偶联剂进行复合处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料。对比例3将10重量份的常规玄武岩纤维与90重量份的聚甲基丙烯酸甲酯材料、2重量份的硅烷偶联剂进行复合处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料。将上述实施例1-4和对比例1-3中所制备得到的聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料进行性能测试实验记录实验结果，记录数据如下：（聚甲基丙烯酸甲酯：拉伸强度65MPa，冲击强度12kJ/m，断裂伸长率2%）编号聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料冲击强度（kJ/m）聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料拉伸强度（MPa）聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料断裂伸长率（%）实施例121966.9实施例222976.2实施例320956.6实施例421936.3对比例117814.6对比例218824.8对比例314763.2对上述实验数据分析可知，实施例1-4中采用本发明技术方案制备得到的聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料的缺口冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率具有显著提升；而对比例1制备方法中采用的玄武岩纤维不含有磷酸钡，改性后纤维与聚甲基丙烯酸甲酯材料相容性差，与聚甲基丙烯酸甲酯材料的化学键合能力差，聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料性能显著降低；对比例2制备方法中未进行改性处理，与聚甲基丙烯酸甲酯材料的化学键合能力变差，聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料性能显著降低；对比例3制备方法中直接使用常规玄武岩纤维进行复合，对聚甲基丙烯酸甲酯的增强作用最差。当前第1页1 2 3