本發(fā)明涉及了了一種復(fù)合玻璃纖維的制備方法。

背景技術(shù)：

玻璃纖維（英文原名為：glass fiber或fiberglass）是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，種類繁多，優(yōu)點(diǎn)是絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高，但缺點(diǎn)是性脆，耐磨性較差。它一般是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造成的，其單絲的直徑為幾個(gè)微米到二十幾米個(gè)微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的1/20~1/5，每束纖維原絲都由數(shù)百根甚至上千根單絲組成。

石墨烯作為碳的同素異形體，是碳原子按 sp2軌道雜化形成的具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的單層二維晶體材料，石墨烯具有的良好的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性等也將在復(fù)合材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

目前，雖然有將石墨烯涂覆在玻璃纖維表面上以增強(qiáng)玻璃纖維的物理性能，擴(kuò)大其在樹(shù)脂材料等領(lǐng)域的應(yīng)用，但是改善效果并不是很理想，還有待進(jìn)一步增強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種復(fù)合玻璃纖維及其制備方法，所制得的復(fù)合玻璃纖維具有更加優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度，產(chǎn)品原料易得，易于工業(yè)化生產(chǎn)，將進(jìn)一步拓展玻璃纖維復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種復(fù)合玻璃纖維的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備玻璃纖維：將50~55% SiO2、10~15%B2O3、5~10%Na2O、10~15%Al2O3及15~20%CaO粉碎攪拌混合后，放在400mL的剛玉坩堝內(nèi)，用硅鉬棒電阻爐熔制，加料溫度為1370℃，熔融澄清溫度為1450±10℃，于1200℃出爐，澆注成型，送入馬弗爐中，于500℃退火，制得玻璃；將制得的玻璃加熱到拉絲粘度的溫度1050℃，拉制成直徑約10μm左右的玻璃纖維；

（2）玻璃纖維預(yù)處理：取5~50份玻璃纖維分相后，在80~100ml濃度為1~2mol/L的HCl溶液中進(jìn)行酸浸處理，酸浸處理是在恒溫90~95℃條件下進(jìn)行，使玻璃纖維中分出的Na2O-B2O3相溶解于酸，酸中加入5~10ml濃度為40%的NH4Cl溶液作為緩沖劑，酸處理時(shí)間為30~60min；經(jīng)水洗脫水、烘干，得到預(yù)處理玻璃纖維；

（3）稱取石墨烯量子點(diǎn)（粒徑約2~10nm）配制成濃度為0.1~1mg/ml的分散溶液，溶劑為水、丙酮或二甲基亞砜；超聲攪拌（300~500W超聲功率，200~300rpm攪拌速度）80~100ml石墨烯量子點(diǎn)分散溶液，將預(yù)處理后的玻璃纖維加入其中，超聲攪拌速度減半，浸漬30~60min，期間避免纖維纏結(jié)，影響涂覆效果；取出玻璃纖維清洗，烘干，待用；

（4）稱取石墨烯配制成濃度為0.2~0.8mg/ml的石墨烯分散溶液，溶劑為水、丙酮或二甲基亞砜；超聲攪拌（300~500W超聲功率，200~300rpm攪拌速度）80~100ml石墨烯分散溶液，加入步驟（3）制得的玻璃纖維，超聲攪拌10min，然后移至聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在80~120℃下保溫15~30min；

（5）取出玻璃纖維清洗，烘干，得到復(fù)合玻璃纖維。

本發(fā)明具有如下有益效果：

相較于普通的玻璃纖維，本發(fā)明所制得的復(fù)合玻璃纖維具有更加優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度，產(chǎn)品原料易得，易于工業(yè)化生產(chǎn)，將進(jìn)一步拓展玻璃纖維復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。復(fù)合玻璃纖維可以作為注塑材料的填充物，以增加板材、塊材的機(jī)械性能。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，不是對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1

一種石墨烯改性復(fù)合玻璃纖維的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備玻璃纖維：將51% SiO2、15%B2O3、6%Na2O、10%Al2O3和18%CaO粉碎攪拌混合后，放在400mL的剛玉坩堝內(nèi)，用硅鉬棒電阻爐熔制，加料溫度為1370℃，熔融澄清溫度為1450±10℃，于1200℃出爐，澆注成型，送入馬弗爐中，于500℃退火，制得玻璃；將制得的玻璃加熱到拉絲粘度的溫度1050℃，拉制成直徑約10μm左右的玻璃纖維；

（2）玻璃纖維預(yù)處理：取45份玻璃纖維分相后，在100ml濃度為2mol/L的HCl溶液中進(jìn)行酸浸處理，酸浸處理是在恒溫95℃條件下進(jìn)行，使玻璃纖維中分出的Na2O-B2O3相溶解于酸，酸中加入5ml濃度為40%的NH4Cl溶液作為緩沖劑，酸處理時(shí)間為30min；經(jīng)水洗脫水、烘干，得到預(yù)處理玻璃纖維；

（3）稱取石墨烯量子點(diǎn)（粒徑約2nm）配制成濃度為0.3mg/ml的分散溶液，溶劑為水、丙酮或二甲基亞砜；超聲攪拌（500W超聲功率，200rpm攪拌速度）100ml石墨烯量子點(diǎn)分散溶液，將預(yù)處理后的玻璃纖維加入其中，超聲攪拌速度減半，浸漬60min，期間避免纖維纏結(jié)，影響涂覆效果；取出玻璃纖維清洗，烘干，待用；

（4）稱取石墨烯配制成濃度為0.5mg/ml的石墨烯分散溶液，溶劑為水、丙酮或二甲基亞砜；超聲攪拌（500W超聲功率，200rpm攪拌速度）80ml石墨烯分散溶液，加入步驟（3）制得的玻璃纖維，超聲攪拌10min，然后移至聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在100℃下保溫15min；

（5）取出玻璃纖維清洗，烘干，得到石墨烯改性復(fù)合玻璃纖維。

實(shí)施例2

一種石墨烯改性復(fù)合玻璃纖維的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備玻璃纖維：將51% SiO2、15%B2O3、6%Na2O、10%Al2O3和18%CaO粉碎攪拌混合后，放在400mL的剛玉坩堝內(nèi)，用硅鉬棒電阻爐熔制，加料溫度為1370℃，熔融澄清溫度為1450±10℃，于1200℃出爐，澆注成型，送入馬弗爐中，于500℃退火，制得玻璃；將制得的玻璃加熱到拉絲粘度的溫度1050℃，拉制成直徑約10μm左右的玻璃纖維；

（2）玻璃纖維預(yù)處理：取20份玻璃纖維分相后，在100ml濃度為2mol/L的HCl溶液中進(jìn)行酸浸處理，酸浸處理是在恒溫95℃條件下進(jìn)行，使玻璃纖維中分出的Na2O-B2O3相溶解于酸，酸中加入5ml濃度為40%的NH4Cl溶液作為緩沖劑，酸處理時(shí)間為30min；經(jīng)水洗脫水、烘干，得到預(yù)處理玻璃纖維；

（3）稱取石墨烯量子點(diǎn)（粒徑約5nm）配制成濃度為0.1mg/ml的分散溶液，溶劑為水、丙酮或二甲基亞砜；超聲攪拌（500W超聲功率，200rpm攪拌速度）100ml石墨烯量子點(diǎn)分散溶液，將預(yù)處理后的玻璃纖維加入其中，超聲攪拌速度減半，浸漬60min，期間避免纖維纏結(jié)，影響涂覆效果；取出玻璃纖維清洗，烘干，待用；

（4）稱取石墨烯配制成濃度為0.2mg/ml的石墨烯分散溶液，溶劑為水、丙酮或二甲基亞砜；超聲攪拌（500W超聲功率，200rpm攪拌速度）100ml石墨烯分散溶液，加入步驟（3）制得的玻璃纖維，超聲攪拌10min，然后移至聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在80℃下保溫30min；

（5）取出玻璃纖維清洗，烘干，得到石墨烯改性復(fù)合玻璃纖維。

實(shí)施例3

一種石墨烯改性復(fù)合玻璃纖維的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備玻璃纖維：將51% SiO2、15%B2O3、6%Na2O、10%Al2O3和18%CaO粉碎攪拌混合后，放在400mL的剛玉坩堝內(nèi)，用硅鉬棒電阻爐熔制，加料溫度為1370℃，熔融澄清溫度為1450±10℃，于1200℃出爐，澆注成型，送入馬弗爐中，于500℃退火，制得玻璃；將制得的玻璃加熱到拉絲粘度的溫度1050℃，拉制成直徑約10μm左右的玻璃纖維；

（2）玻璃纖維預(yù)處理：取50份玻璃纖維分相后，在100ml濃度為2mol/L的HCl溶液中進(jìn)行酸浸處理，酸浸處理是在恒溫95℃條件下進(jìn)行，使玻璃纖維中分出的Na2O-B2O3相溶解于酸，酸中加入5ml濃度為40%的NH4Cl溶液作為緩沖劑，酸處理時(shí)間為30min；經(jīng)水洗脫水、烘干，得到預(yù)處理玻璃纖維；

（3）稱取石墨烯量子點(diǎn)（由三種不同粒徑均等組成，粒徑分別為2~4nm、5~7nm和7~10nm）配制成濃度為0.6mg/ml的分散溶液，溶劑為水、丙酮或二甲基亞砜；超聲攪拌（500W超聲功率，200rpm攪拌速度）100ml石墨烯量子點(diǎn)分散溶液，將預(yù)處理后的玻璃纖維加入其中，超聲攪拌速度減半，浸漬60min，期間避免纖維纏結(jié)，影響涂覆效果；取出玻璃纖維清洗，烘干，待用；

（4）稱取石墨烯配制成濃度為0.8mg/ml的石墨烯分散溶液，溶劑為水、丙酮或二甲基亞砜；超聲攪拌（500W超聲功率，200rpm攪拌速度）80ml石墨烯分散溶液，加入步驟（3）制得的玻璃纖維，超聲攪拌10min，然后移至聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在120℃下保溫20min；

（5）取出玻璃纖維清洗，烘干，得到石墨烯改性復(fù)合玻璃纖維。

實(shí)施例4

基于實(shí)施例1的制備方法，不同之處在于：步驟（1），具體為：將50.9% SiO2、15%B2O3、6%Na2O、10%Al2O3、18%CaO和0.1%多壁碳納米管（OD約8nm）粉碎攪拌混合后，放在400mL的剛玉坩堝內(nèi)，用硅鉬棒電阻爐熔制，加料溫度為1370℃，熔融澄清溫度為1450±10℃，于1200℃出爐，澆注成型，送入馬弗爐中，于500℃退火，制得玻璃；將制得的玻璃加熱到拉絲粘度的溫度1050℃，拉制成直徑約10μm左右的玻璃纖維。

實(shí)施例5

基于實(shí)施例1的制備方法，不同之處在于：步驟（1），具體為：將50.5% SiO2、15%B2O3、6%Na2O、10%Al2O3、18%CaO和0.5%多壁碳納米管（OD約8nm）粉碎攪拌混合后，放在400mL的剛玉坩堝內(nèi)，用硅鉬棒電阻爐熔制，加料溫度為1370℃，熔融澄清溫度為1450±10℃，于1200℃出爐，澆注成型，送入馬弗爐中，于500℃退火，制得玻璃；將制得的玻璃加熱到拉絲粘度的溫度1050℃，拉制成直徑約10μm左右的玻璃纖維。

實(shí)施例6

基于實(shí)施例1的制備方法，不同之處在于：步驟（1），具體為：將50.7% SiO2、15%B2O3、6%Na2O、10%Al2O3、18%CaO和0.3%多孔石墨烯（2~5層，孔大小約3~6nm）粉碎攪拌混合后，放在400mL的剛玉坩堝內(nèi)，用硅鉬棒電阻爐熔制，加料溫度為1370℃，熔融澄清溫度為1450±10℃，于1200℃出爐，澆注成型，送入馬弗爐中，于500℃退火，制得玻璃；將制得的玻璃加熱到拉絲粘度的溫度1050℃，拉制成直徑約10μm左右的玻璃纖維。

對(duì)比例1

一種石墨烯改性復(fù)合玻璃纖維的制備方法，包括以下步驟：

（1）配置摩爾濃度為8mol/L的氫氧化鈉溶液，將玻璃纖維放入氫氧化鈉溶液中，超聲波處理60min，得到表面粗糙化的玻璃纖維，經(jīng)水洗脫水、烘干，得到預(yù)處理玻璃纖維；

（2）稱取石墨烯配制成濃度為0.5mg/ml的石墨烯分散溶液，溶劑為水、丙酮或二甲基亞砜；超聲攪拌（500W超聲功率，200rpm攪拌速度）80ml石墨烯分散溶液，加入步驟（1）制得的玻璃纖維，超聲攪拌10min，然后移至聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在100℃下保溫15min；

（3）取出玻璃纖維清洗，烘干，得到石墨烯改性復(fù)合玻璃纖維。

對(duì)比例2

一種石墨烯改性復(fù)合玻璃纖維的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備玻璃纖維：將51% SiO2、15%B2O3、6%Na2O、10%Al2O3和18%CaO粉碎攪拌混合后，放在400mL的剛玉坩堝內(nèi)，用硅鉬棒電阻爐熔制，加料溫度為1370℃，熔融澄清溫度為1450±10℃，于1200℃出爐，澆注成型，送入馬弗爐中，于500℃退火，制得玻璃；將制得的玻璃加熱到拉絲粘度的溫度1050℃，拉制成直徑約10μm左右的玻璃纖維；

（2）稱取石墨烯配制成濃度為0.5mg/ml的石墨烯分散溶液，溶劑為水、丙酮或二甲基亞砜；超聲攪拌（500W超聲功率，200rpm攪拌速度）80ml石墨烯分散溶液，加入步驟（1）制得的玻璃纖維，超聲攪拌10min，然后移至聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在100℃下保溫15min；

（3）取出玻璃纖維清洗，烘干，得到石墨烯改性復(fù)合玻璃纖維。

實(shí)施例1~6和對(duì)比例1~2制得的石墨烯改性復(fù)合玻璃纖維及市售的玻璃纖維按常規(guī)方法應(yīng)用至樹(shù)脂復(fù)合材料中（下面以尼龍材料為例）并進(jìn)行物理性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)下表：

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制，但凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。