一種使硅灰石纖維柔性化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非金屬礦物無機粉體的有機熱塑化、柔性化處理領(lǐng)域，具體涉及一種使硅灰石纖維柔性化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高分子科學和技術(shù)的迅猛發(fā)展，對高分子材料的要求也愈來愈高。單一高分子材料往往難以滿足要求，通常需要用合金、共混、復合的方法對高分子材料加以改性，以求最大限度地發(fā)揮各自組分的特性，并賦予單一材料所不具備的優(yōu)良品質(zhì)。增強高性能復合材料的研究和開發(fā)已成為高分子材料的一個重要發(fā)展趨勢，它正向著高比強度、高比模量、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等多方向發(fā)展。從材料科學的觀點來看，強度和韌性是結(jié)構(gòu)材料的兩個特別重要但又相互矛盾的力學性能，材料同時增強、增韌的問題一直是高分子材料科學有待解決的重要難題之一。無機纖維成為解決材料無法同時增強增韌的最佳選擇。
[0003]然而，目前無機纖維的發(fā)展大都為玻璃纖維，這種纖維增強性優(yōu)異，但生產(chǎn)成本高，能耗高。天然礦物纖維是具有纖維紋理的礦石直接松解、粉碎和剝離得到，其具有良好的物化性能，生產(chǎn)工藝簡單，資源豐富，污染小等特點，可以取代玻璃纖維用于塑料的增強材料。目前已有采用無機礦物纖維用于塑料的增強材料。借助無機材料的纖維特性，不但可以填充降低成本，而且可以提高拉伸強度、沖擊強度、彎曲模量、熱穩(wěn)定性等，使塑料制品的機械力學性能顯著提高。
[0004]硅灰石就是一種天然的礦物纖維，天然產(chǎn)出的硅灰石通常呈針狀、放射狀、纖維集合體。將硅灰石纖維應用增強熱塑性塑料具有比強度大、電絕緣性好，耐熱、耐腐蝕、化學性能穩(wěn)定性高等優(yōu)點。但存在的缺點是硅灰石纖維呈惰性，不易與樹脂基體浸潤，從而導致復合材料的界面粘結(jié)強度低，而且脆性大，分散困難，制品表面光滑度不好，纖維在擠出機中與樹脂混煉時遭受螺桿和機筒之間的剪切力作用，纖維會受到損傷，導致增強效果下降，嚴重制約了其在復合材料中的應用，不利于復合材料綜合性能的充分發(fā)揮。一般來說，無機纖維具有剛性，填充到聚合物基體中可以有效地提高材料的強度、剛度和尺寸穩(wěn)定性等，但同時又極易導致聚合物脆性的增加。
[0005]通常為了改善硅灰石纖維的韌性，需要用硅烷偶聯(lián)劑對硅灰石纖維進行表面處理，并使用流動性較高的樹脂。已有研究表明，采用偶聯(lián)劑對硅灰石進行處理可改善界面結(jié)合、提高材料的拉伸、彎曲強度及模量，但含量過高時，會引起材料沖擊強度的下降。主要原因是硅灰石纖維在復合過程中表面處理有未能有效保護，由于高溫和剪切，硅灰石的纖維不但受到損失，而且由于剪切導致偶聯(lián)劑失效。盡管使用高流動樹脂來減少剪切對硅灰石纖維的損傷，但高流動樹脂由于強度低，極易導致制品強度受到影響，難以獲得高強度的塑料制品。因此，避免硅灰石針狀結(jié)構(gòu)在加工過程中被破壞，改善硅灰石纖維的柔韌性，對提升硅灰石的增韌增強效果具有重要的意義。
[0006]要使硅灰石纖維在塑料領(lǐng)域的增強效果充分發(fā)揮，依靠傳統(tǒng)的簡單偶聯(lián)改性和潤滑改性難以滿足要求。硅灰石纖維在塑料領(lǐng)域的增強改性逐步涉及到了填充、界面分子設計、表面性能、流變行為、分散程度、纏繞增韌等多個技術(shù)領(lǐng)域。為了克服硅灰石纖維難以同時增韌增強的缺陷，對硅灰石纖維的柔韌性改性可以同時解決韌性和強度的問題，成為硅灰石增韌增強改性的有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對硅灰石纖維用于塑料增強時流動分散性差、纖維脆性大的缺陷，本發(fā)明提出一種使硅灰石纖維柔性化的方法。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種使硅灰石纖維柔性化的方法，其特征在于具體步驟如下:
(1)將硅灰石纖維浸沒到聚乙烯亞胺液中，在溫度為40-60°C的條件下反應l_2h，然后濾干得到氨基硅灰石纖維，其中聚乙烯亞胺具有每鏈1000至10000的伯氨基和/或仲氨基的官能度，體積濃度為15-20%，具有極性基團氨基和疏水基乙烯基結(jié)構(gòu)，與硅灰石纖維界面結(jié)合發(fā)生氨基化反應，從而激活硅灰石的界面活性；
(2)步驟(I)得到的氨基硅灰石纖維用油酸浸泡2-5天，濾干備用；
(3)將5-10重量份的石油樹脂溶于50-60重量份的溶劑，經(jīng)混合攪拌后完全溶解，與步驟(2)得到的85-95重量份的硅灰石纖維混合，以50-100rmp的速度攪拌15_25min，形成濕潤狀；
(4)將步驟(3)得到的濕潤狀硅灰石纖維送入烘干機，設置真空度0.08-0.12MPa，溫度為60-80°C，采用徑流型攪拌槳葉，槳葉前端帶有后掠角的大寬葉槳葉，剪切力小，可產(chǎn)生對流循環(huán)及湍流擴散，使溶劑排出的同時，石油樹脂裹覆在硅灰石纖維表面，形成疏松的硅灰石纖維；
(5)將步驟(4)得到的表面裹覆石油樹脂的硅灰石纖維送入沖擊式制粉機中，呈纖維集束狀的硅灰石在1200-1500r/min的轉(zhuǎn)速下進行松解、剝離，將粘接在一起的硅灰石纖維集束打開，使其逐漸分散成單根硅灰石纖維，每根硅灰石纖維表面裹覆石油樹脂，從而得到一種柔性的硅灰石纖維。
[0008]上述制備方法步驟I)上述制備方法步驟I)所述的聚乙烯亞胺優(yōu)選含有羥基的聚乙烯亞胺。
[0009]上述制備方法步驟3)所述的溶劑為二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮中的一種。
[0010]上述制備方法步驟3)所述的石油樹脂選用乙烯-乙烯醇共聚物、氯化聚乙烯、聚酰胺中的一種。
[0011]本發(fā)明一種使硅灰石纖維柔性化的方法，為了克服硅灰石用于塑料增韌增強時纖維易脆斷的缺陷，利用聚乙烯亞胺激活硅灰石纖維的界面活性，通過硅灰石纖維在油酸中浸泡預處理，在液狀條件下使石油基樹脂完全裹覆在纖維表面，進一步通過沖擊式制粉機，使呈纖維集束狀的硅灰石松解、剝離，將粘接在一起的硅灰石纖維集束打開，使其逐漸分散成單根硅灰石纖維，獲得每根硅灰石纖維表面裹覆著石油樹脂的柔性硅灰石纖維。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的特點和有益的效果在于:
1、本發(fā)明一種使硅灰石纖維柔性化的方法，利用聚乙烯亞胺激活硅灰石纖維的界面活性，在液狀條件下裹覆硅灰石纖維，不但使硅灰石纖維得到完全包覆，而且不損傷纖維，最大限度的保證了纖維的結(jié)構(gòu)。
[0012]2、本發(fā)明一種使硅灰石纖維柔性化的方法，采用乙烯-乙烯醇共聚物、氯化聚乙烯、聚酰胺對硅灰石纖維包裹，其連接性牢固，提高了硅灰石纖維在塑料增強加工時的相容性、分散性。
[0013]3、本發(fā)明一種使硅灰石纖維柔性化的方法，采用徑流型攪拌槳葉，槳葉前端帶有后掠角的大寬葉槳葉，剪切力小，可產(chǎn)生對流循環(huán)及湍流擴散，使溶劑排出的同時，石油樹脂裹覆在硅灰石纖維表面，形成疏松的硅灰石纖維，最大程度保護了纖維不受損失傷。
【具體實施方式】
[0014]以下【具體實施方式】，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0015]實施例1
(1)將硅灰石纖維浸沒到聚乙烯亞胺液中，在溫度為40-60°C的條件下反應lh，然后濾干得到氨基硅灰石纖維，其中聚乙烯亞胺具有每鏈1000至10000的伯氨基官能度，體積濃度為15%，具有極性基團氨基和疏水基乙烯基結(jié)構(gòu)，與硅灰石纖維界面結(jié)合發(fā)生氨基化反應，從而激活硅灰石的界面活性；
(2)步驟(I)得到的氨基硅灰石纖維用油酸浸泡5天，濾干備用；
(3)將10重量份的乙烯-乙烯醇共聚物溶于50重量份的二甲基亞砜，經(jīng)混合攪拌后完全溶解，與步驟(2)得到的85重量份的娃灰石纖維混合，以10rmp的速度攪拌25min，形成濕潤狀；
(4)將步驟(3)得到