本发明涉及塑胶原料领域，特别是涉及基于玄武岩纤维增强的PC复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。PC工程塑料由于具有优异的理化性质，而广泛应用于各行各业，其三大应用领域是玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业，其次还有工业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室设备、医疗及保健、薄膜、休闲和防护器材等。
在汽车工业中，聚碳酸酯具有良好的抗冲击、抗热畸变性能，而且耐候性好、硬度高，因此适用于生产轿车和轻型卡车的各种零部件，其主要集中在照明系统、仪表板、加热板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保险杠等。随着汽车工业的发展，对汽车零部件要求越来越高，现有技术的聚碳酸酯已经越来越无法满足汽车工业对零部件强度的要求。
因此，国内外出现了很多纤维增强改性树脂，如通过玻璃纤维或碳纤维来增加聚碳酸酯的强度，但碳纤维虽然强度较高、热稳定性好，但比重大、易锈蚀、易损伤对偶，玻璃纤维虽然强度高、价格便宜，但在高温时易熔化，会导致材料性能的下降。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种弯曲强度高、拉伸强度高、冲击强度好且化学性质稳定、便于回收利用的基于玄武岩纤维增强的PC复合材料。
本发明所采用的技术方案是：基于玄武岩纤维增强的PC复合材料，包括以下重量份数的组分，PC 25-45份；玄武岩纤维10-30份；高岭土4-6份；丙烯酸纤维10-15份；聚丙烯10-20份；增韧剂3-8份；润滑剂1-2份；偶联剂1-2份；相容剂2-6份。
对上述技术方案的进一步改进为，所述玄武岩纤维为长径比为1500的连续纤维。
对上述技术方案的进一步改进为，所述偶联剂为环氧树脂E51和脂环族环氧复配上浆得到的KH-550。
对上述技术方案的进一步改进为，所述润滑剂为天然石蜡。
对上述技术方案的进一步改进为，所述相容剂为苯乙烯与马来酸酐的共聚物。
对上述技术方案的进一步改进为，包括以下重量份数的组分，PC 35份；玄武岩纤维20份；高岭土5份；丙烯酸纤维12份；聚丙烯15份；增韧剂5份；润滑剂1.5份；偶联剂1.5份；相容剂5份。
基于玄武岩纤维增强的PC复合材料的制备方法，包括以下步骤，a.取配方量的PC、玄武岩纤维、高岭土、丙烯酸纤维、聚丙烯、增韧剂、润滑剂、偶联剂、相容剂，混合均匀；b.将步骤a中的各组分导入螺杆挤出机内进行挤出得到料条；c.对料条进行水冷、风干处理；d.取步骤c中冷却干燥的料条进行切粒。
对上述技术方案的进一步改进为，步骤b中，螺杆挤出机挤出温度为190℃-230℃，螺杆转速为160r/m-180r/m。
本发明的有益效果为：
1、一方面，本发明主要采用玄武岩纤维来增强PC强度，PC为热塑性材料，相对于传统的纤维增强热固性材料，热塑性树脂可回收再利用，且工艺要求低，能休整成型后的制品，耐化学性能好；玄武岩纤维是一种高强、高模的无机矿物纤维，而且耐高温，耐腐蚀等性能优秀，是一种绿色无污染的理想材料，并且，玄武岩纤维抗拉强度突出，玄武岩纤维来能显著增大PC的抗拉强度，制备的复合材料弯曲强度高、拉伸强度高、冲击强度好且化学性质稳定、便于回收利用。第二方面，本发明的复合材料中含有高岭土、丙烯酸纤维、聚丙烯，其中，高岭土与丙烯酸纤维进行反应生成核壳结构的复合粒子，然后该复合粒子与部分聚丙烯、聚碳酸酯进行共混形成混合改性母粒，再后再与余量的聚丙烯进行熔融共混，这样能够提高混合改性母粒与聚丙烯的形容性，各相分散均匀；核壳结构粒子对整个大分子起到了润滑的作用，削弱了分子链之间的相互作用力，增加了材料的柔韧性的同时能够提高物料的吸收冲击能量，提高了共混物料抗冲击性；配合聚碳酸酯粉末的添加，互配作用进一步提高了混合料的韧性、强度、刚性和熔体流动速率。第三方面，经测试，本发明的复合材料热稳定性好、耐酸、耐碱，化学性质稳定。
2、玄武岩纤维为长径比为1500的连续纤维，在复合材料中，采用；连续纤维，使得玄武岩纤维最小保留尺度较大，分散均匀，并且在复合材料内部，连续玄武岩纤维可形成纤维互相缠绕的三维网络结构，使得纤维增强效应更加明显，进一步有利于提高复合材料的强度。另外，纤维端部的应力集中点也是裂纹引发点，容易造成应力开裂，从而造成韧性下降。由于连续纤维复合材料样品中的纤维最小保留长度较长，端部数量则会显著减少，从而保持有较好的冲击性能。
3、偶联剂为环氧树脂E51和脂环族环氧复配上浆得到的KH-550，由于玄武岩纤维模量较高，PC树脂把玄武岩纤维粘接起来后作为一个整体来承受载荷，如玄武岩纤维和PC的界面粘接强度不高，则复合材料的强度增强不明显，因此，本发明中加入了偶联剂，通过偶联剂提高玄武岩纤维和PC之间的粘接强度，有利于提高复合材料整体的抗拉强度。本发明中偶联剂选用环氧树脂E51和脂环族环氧复配上浆得到的KH-550，KH-550水解反应后的基团能与玄武岩纤维表面吸水后生产的羟基稳定结合，也能与PC树脂结合，从而有效提高玄武岩纤维和PC的界面结合力，进一步有利于提高复合材料的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度。
4、润滑剂为天然石蜡，润滑剂的加入，对整个复合材料大分子起到润滑作用，减小产品与外界的摩擦系数，天然石蜡与本发明的其他组分相容性好，且润滑性能好，有利于减小摩擦，增加本发明的耐磨性能。
5、相容剂为苯乙烯与马来酸酐的共聚物，相容剂能与PC中的极性基团反应，提高PC和玄武岩纤维的粘接强度，进一步有利于提高复合材料的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度。
6、本发明的PC复合材料还含有增韧剂，增韧剂为高胶粉，高胶粉是苯乙烯、丙烯腈－丁二烯橡胶的核壳型聚合物，胶含量为55-70％，能有效改善PC的冲击强度，进一步有利于提高复合材料的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度。
7、基于玄武岩纤维增强的PC复合材料，包括以下重量份数的组分，PC 35份；玄武岩纤维20份；高岭土5份；丙烯酸纤维12份；聚丙烯15份；增韧剂5份；润滑剂1.5份；偶联剂1.5份；相容剂5份。由于复合材料主要靠玄武岩纤维来承受载荷，若玄武岩含量较低，则纤维间会出现较大的交叠，增强效果差，若玄武岩含量高，会导致各组分混合不均匀，PC无法完全浸泡包裹玄武岩纤维，各组分间相容性较差，只有选用此配方，制备的复合材料，各组分的加入量为最合适的量，玄武岩纤维能在偶联剂、相容剂、增韧剂、润滑剂的作用下，玄武岩纤维能与PC紧密结合，且玄武岩纤维能均匀稳定的分布于PC表面，从而最大限度的提高复合材料的强度。
8、在制备基于玄武岩纤维增强的PC复合材料的过程中，挤出温度过低时，高分子材料表现为刚性的固体形态，不能以熔融状态存在，难于进行挤出成型，若温度过高，超过220℃时，已超过PC树脂的分解温度，PC树脂老化严重，不利于提高复合材料整体的强度。当温度为220℃时，此时PC树脂中分子链的自由运动增强，树脂粘度减小，对玄武岩纤维的包裹作用降低，受到外力场的剪切和拉伸后，玄武岩纤维会产生一定的微小形变，玄武岩纤维平均纤维长度变长，增强效果更好，进一步有利于提高复合材料的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度。螺杆转速为160r/m-180r/m，若转速过大，会导致复合材料所受剪切力大，玄武岩纤维被绞断，平均纤维长度减小，抗拉强度降低，若转速过小，会导致复合材料中的各组分无法均匀混合，致使得到的料条不均匀，当转速为170r/m时，得到的复合材料拉伸强度最高。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施例1：
基于玄武岩纤维增强的PC复合材料，包括以下重量份数的组分，PC 30份；玄武岩纤维30份；高岭土5份；丙烯酸纤维12份；聚丙烯10份；增韧剂5份；润滑剂1.5份；偶联剂1.5份；相容剂5份。
基于玄武岩纤维增强的PC复合材料的制备方法，包括以下步骤，a.取配方量的PC、玄武岩纤维、高岭土、丙烯酸纤维、聚丙烯、增韧剂、润滑剂、偶联剂、相容剂，混合均匀；b.将步骤a中的各组分导入螺杆挤出机内进行挤出得到料条；c.对料条进行水冷、风干处理；d.取步骤c中冷却干燥的料条进行切粒。
步骤b中，螺杆挤出机挤出温度为220℃，螺杆转速为170r/m。
具体实施例2：
基于玄武岩纤维增强的PC复合材料，包括以下重量份数的组分，PC 35份；玄武岩纤维20份；高岭土5份；丙烯酸纤维12份；聚丙烯15份；增韧剂5份；润滑剂1.5份；偶联剂1.5份；相容剂5份。
基于玄武岩纤维增强的PC复合材料的制备方法，包括以下步骤，a.取配方量的PC、玄武岩纤维、高岭土、丙烯酸纤维、聚丙烯、增韧剂、润滑剂、偶联剂、相容剂，混合均匀；b.将步骤a中的各组分导入螺杆挤出机内进行挤出得到料条；c.对料条进行水冷、风干处理；d.取步骤c中冷却干燥的料条进行切粒。
步骤b中，螺杆挤出机挤出温度为220℃，螺杆转速为170r/m。
具体实施例3：
基于玄武岩纤维增强的PC复合材料，包括以下重量份数的组分，PC 40份；玄武岩纤维10份；高岭土5份；丙烯酸纤维12份；聚丙烯20份；增韧剂5份；润滑剂1.5份；偶联剂1.5份；相容剂5份。
基于玄武岩纤维增强的PC复合材料的制备方法，包括以下步骤，a.取配方量的PC、玄武岩纤维、高岭土、丙烯酸纤维、聚丙烯、增韧剂、润滑剂、偶联剂、相容剂，混合均匀；b.将步骤a中的各组分导入螺杆挤出机内进行挤出得到料条；c.对料条进行水冷、风干处理；d.取步骤c中冷却干燥的料条进行切粒。
步骤b中，螺杆挤出机挤出温度为220℃，螺杆转速为170r/m。
对照组：
PC复合材料，PC 45份；高岭土15份；丙烯酸纤维15份；聚丙烯25份。
采用各具体实施例和对照组的材料，制成相同厚度、相同大小、相同性质的板状产品，在相同的环境条件下，采用相同的测量仪器和测量方法，测量各组材料的物理性质，测量结果见表1。
从表1可见，耐磨材料中，加入玄武岩纤维后能显著提升材料的弯曲强度、拉伸强度、冲击强度等物理性质，同时降低材料的滑断裂拉伸率，提升材料的机械强度，且当玄武岩纤维含量为20％左右时，纤维增强效果最明显。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。