本發(fā)明涉及玄武巖涂層制備，具體涉及一種通過正負(fù)電荷吸附作用引入的玄武巖纖維涂層的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、玄武巖纖維是由天然玄武巖礦石熔化并通過紡絲制造的一種纖維，由于玄武巖纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高低溫、耐腐蝕、電絕緣等優(yōu)異性能，玄武巖纖維復(fù)合材料在汽車交通、新能源、電力化工等領(lǐng)域得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，特別是隨著節(jié)能減排、綠色環(huán)保等概念的流行，以發(fā)揮材料物理、化學(xué)性能為主要目標(biāo)的功能性復(fù)合材料正在受到越來(lái)越多的關(guān)注。

2、玄武巖纖維與聚合物基體的相容性差導(dǎo)致玄武巖纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料存在諸多缺陷和不足，例如界面粘結(jié)強(qiáng)度不高、界面相易被破壞的問題。其中纖維涂層是解決這一關(guān)鍵問題的方法之一，玄武巖纖維涂層以環(huán)氧樹脂類為主，多源于玻璃纖維涂層的傳統(tǒng)配方，但該類涂層常常引起玄武巖纖維與基體之間不匹配，成為制約玄武巖纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用發(fā)展的瓶頸之一。因此，大力加強(qiáng)對(duì)玄武巖纖維的涂層應(yīng)用和開發(fā)具有非常重要的意義。

3、目前，玄武巖涂層的研究有環(huán)氧樹脂類以及酚酞聚芳醚砜樹脂。如專利cn113003948b公開了一種玄武巖涂層，其以酚酞聚芳醚砜樹脂配以氣相二氧化硅、乳化劑、偶聯(lián)劑、有機(jī)溶劑、水，使得所得涂層具有優(yōu)異的耐熱性及良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性；專利cn109761510a的專利申請(qǐng)公開了一種玄武巖纖維浸潤(rùn)劑，其以環(huán)氧油為成膜劑，配以潤(rùn)滑劑、抗靜電劑等制成浸潤(rùn)劑，該浸潤(rùn)劑能夠改善玄武巖纖維集束性、耐磨性，從而提升玄武巖纖維的拉伸性能。然而上述涂層制備復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用較為困難。上述浸潤(rùn)劑的耐溫性及儲(chǔ)存性欠佳，且對(duì)玄武巖纖維與樹脂復(fù)合材料的結(jié)合性較差。所以，提供一種新的玄武巖纖維涂層，同時(shí)提升能玄武巖纖維復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度、層間剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及改善玄武巖纖維的界面性能十分重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種通過正負(fù)電荷吸附作用引入的玄武巖纖維涂層的制備方法及應(yīng)用，可以改善界面性能，提升玄武巖纖維復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度。

2、在本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種玄武巖纖維涂層制備方法，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該玄武巖纖維涂層包括負(fù)電荷的納米芳綸涂層和具有正電荷的銨(胺)陽(yáng)離子涂層組成，所述極性基團(tuán)和所述芳綸通過正負(fù)電荷吸附作用連接。

3、包括以下步驟：

4、a)將玄武巖纖維(bf)經(jīng)過piranha溶液中浸泡后，使用去離子水洗凈，再浸泡于銨(胺)陽(yáng)離子改性劑溶液中，取出干燥，得到第一層陽(yáng)離子涂層的玄武巖纖維；

5、b)將第一層陽(yáng)離子涂層的玄武巖纖維浸泡于芳綸納米纖維(anf)溶液中，取出，反復(fù)用去離子水洗滌，干燥，得到含1個(gè)雙層的陽(yáng)離子/anf涂層的玄武巖纖維；

6、c)再將正負(fù)電荷吸附的第一層anf涂層的玄武巖纖維浸泡于銨(胺)陽(yáng)離子改性劑溶液中，重復(fù)a)的操作，取出干燥得到第二層陽(yáng)離子涂層的玄武巖纖維；

7、d)再將第二層陽(yáng)離子涂層的玄武巖纖維又浸泡于芳綸納米纖維(anf)溶液中，重復(fù)b)的操作，取出，反復(fù)用去離子水洗滌，干燥后得到2個(gè)雙層陽(yáng)離子/anf涂層的玄武巖纖維；

8、e)重復(fù)上述c)和d)的操作，如此反復(fù)順序浸泡進(jìn)行正負(fù)電荷吸附，通過這種正負(fù)電荷吸附作用，在玄武巖纖維表面引入正負(fù)電荷吸附多層功能性涂層，涂層厚度約(400～2000)nm。

9、優(yōu)選的，所述步驟a)中的piranha溶液的配制方法為:將質(zhì)量份數(shù)(95～98)％的濃硫酸與質(zhì)量份數(shù)(10～30)％的濃過氧化氫溶液按照體積比3:1混合均勻，即得到piranha溶液；

10、優(yōu)選的，所述步驟a)中的銨(胺)陽(yáng)離子改性劑溶液的配制方法為：將銨(胺)陽(yáng)離子改性劑加入去離子水中，調(diào)節(jié)銨(胺)陽(yáng)離子改性劑溶液的質(zhì)量濃度為(1.0～5.0)％。

11、所述陽(yáng)離子改性劑選自聚二烯丙基二甲基氯化銨、四級(jí)銨鹽、多亞乙基多胺中的一種或幾種。

12、優(yōu)選的，聚二烯丙基二甲基氯化銨陽(yáng)離子改性劑溶液。

13、優(yōu)選的，piranha溶液中浸泡時(shí)間為(1～2)h，銨(胺)陽(yáng)離子改性劑溶液浸泡時(shí)間為(15～30)min，烘干溫度為(105～115)℃，烘干保溫時(shí)間為(15～30)min。

14、所述步驟b)中的anf溶液由去除上漿劑的芳綸纖維與無(wú)機(jī)堿、助溶劑、有機(jī)溶劑形成中間混合物，在密閉條件下攪拌混合，得到透明清澈的anf溶液。

15、優(yōu)選的，所述anf溶液組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：

16、芳綸纖維(0.20％～2％)：無(wú)機(jī)堿(0.32％～1％)：助溶劑(2.00％～3％)：有機(jī)溶劑(88.00％～96.7％)。

17、所述芳綸纖維是間位芳綸納米纖維、對(duì)位芳綸納米纖維和雜環(huán)芳綸(芳綸ⅲ)納米纖維溶液的一種或幾種。

18、優(yōu)選的，雜環(huán)芳綸(芳綸ⅲ)納米纖維溶液。

19、所述無(wú)機(jī)堿選自氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰、熟石灰中的一種或幾種。

20、所述助溶劑選自水、甲醇、乙醇、乙醚中的一種或幾種。

21、所述有機(jī)溶劑包括二甲基亞砜、二甲基乙酰胺中的一種或幾種。

22、優(yōu)選的，上述中間料混合物在密閉條件下攪拌混合(24～48)h，攪拌轉(zhuǎn)速(700～1000)r/min，得到透明清澈的anf溶液。

23、優(yōu)選的，所述步驟b)的浸泡時(shí)間為(15～30)min，用去離子水反復(fù)洗滌至ph為(8～9)，烘干溫度為(105～115)℃，烘干保溫時(shí)間為(15～30)min。

24、在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種玄武巖纖維復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該玄武巖纖維復(fù)合材料包括：前面所述引入正負(fù)電荷吸附多層功能性涂層的玄武巖纖維，環(huán)氧基體或熱塑性基體等基礎(chǔ)樹脂，玄武巖纖維與基礎(chǔ)樹脂按一定比例依次交替定向鋪放排列，在平板硫化機(jī)按固化制度進(jìn)行熱壓處理，在空氣中自然冷卻至室溫，最后得到玄武巖纖維復(fù)合材料。

25、在上述制備方法中，單層或多層陽(yáng)離子/anf涂層后的玄武巖纖維增加了表面粗糙度和表面能，涂層表面中的納米芳綸還嵌入到基體，離散的界面層間區(qū)域變成了層次化的納米結(jié)構(gòu)，從而通過改進(jìn)纖維和基體之間的負(fù)載傳遞機(jī)制彌合了不連續(xù)性，延緩了層間破壞，另外界面層周圍的納米芳綸增強(qiáng)環(huán)氧基體韌性，兩種作用的加成導(dǎo)致界面粘結(jié)強(qiáng)度的改善。同時(shí)，帶正電荷的纖維表面和帶負(fù)電荷的納米芳綸之間的電荷相互作用產(chǎn)生了更緊密堆積的納米結(jié)構(gòu)界面，并改善了與纖維表面的附著力。由此，該玄武巖纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的界面性能、彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度等力學(xué)性能，在此不再過多的贅述。

26、所述步驟中的玄武巖纖維與基礎(chǔ)樹脂的質(zhì)量比例為2：1。

27、所述基礎(chǔ)樹脂是環(huán)氧基體和熱塑性基體(聚芳醚腈酮樹脂、聚芳醚酮樹脂或聚芳醚砜樹脂)薄膜的一種或多種。

28、優(yōu)選的，環(huán)氧基體為基礎(chǔ)樹脂。

29、鋪層方式為[0]6s。

30、所述固化制度為：

31、①環(huán)氧基體：所述環(huán)氧基體為10份的環(huán)氧樹脂和8份的甲基四氫苯酐組成。在平板硫化機(jī)上升溫至150℃保溫1h，加壓至3mpa，保持150℃溫度3mpa的恒溫恒壓3h，最后在空氣中自然冷卻至室溫。

32、②熱塑性基體：在平板硫化機(jī)上升溫至(280～390)℃保溫2h，加壓至5mpa，恒溫恒壓1h，最后在空氣中自然冷卻至室溫。