CN110092995A - 一种玄武岩纤维复合板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种玄武岩纤维复合板材及其制备方法，属于复合板材技术领域，由包括以下重量份数的原料制备得到：聚氯乙烯50份，钙粉65份，玄武岩纤维10～15份，所述玄武岩纤维的长度为9～20mm，AC发泡剂0.4～0.6份，发泡调节剂4～5份等。本发明的聚氯乙烯在发泡剂和发泡调节剂的作用下发泡形成气泡为钙粉的均匀掺入提供条件，而钙粉的均匀掺入提高了玄武岩纤维复合板材的力学性能；同时，本发明将玄武岩纤维的长度调节为9～20mm，使玄武岩纤维能够将聚氯乙烯在宏观上连接起来，提高了玄武岩纤维复合板材的抗弯强度。实施例的数据表明：本发明所得玄武岩纤维复合板材的抗弯强度为10.2～11.2MPa。

Description

一种玄武岩纤维复合板及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合板技术领域，尤其涉及一种玄武岩纤维复合板及其制备方法。
背景技术
玄武岩纤维是玄武岩石料在1450～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。由于玄武岩纤维具有优异的耐高温性，使其常用于复合材料的防火添加剂。由于玄武岩纤维本身为细丝状的纤维物质，其添加到复合材料中还能够提高复合材料的力学性能。
现有技术在利用玄武岩纤维制备复合板材料时，一般是将玄武岩纤维制成毡状物质作为复合板中的一层，或将玄武岩纤维与树脂混合制成增强材料后与其它层状材料复合形成玄武岩纤维增强材料。例如，申请号为201710961489.2的中国专利公开了一种玄武岩纤维增强酚醛夹芯复合板及其成型工艺，包括上层的玄武岩纤维增强酚醛板、PMI泡沫板以及下层的玄武岩纤维增强酚醛板。申请号为201110152574.7的中国专利公开了一种新型玄武岩纤维墙体保温板及其制造方法，由玄武岩纤维针刺毡浸渍耐高温粘合剂，经高温高压压制而成的压缩板。申请号为201711494441.1的中国专利公开了一种建筑用玄武岩纤维复合板，包括建筑墙体，建筑墙体包括至少三层，中间层为玄武岩纤维/钢筋复合筋制成的网络板状结构层，第二层为保温岩棉层，最外层为饰面层。
申请号为201811037019.8的中国专利公开了一种塑木复合板，由包括聚氯乙烯、稳定剂、阻燃剂、发泡剂、木粉、竹粉、铝酸酯偶联剂、萜烯树脂、陶瓷纤维、玄武岩纤维、硅藻土、碳酸钙粉末的原料制备得到；申请号为201811153485.2的中国专利公开了一种高强度阻燃木塑材料，包括以下原料木屑粉、树脂、改性玄武岩纤维、镁盐晶须、纳米碳酸钙、热稳定剂、润滑剂、增溶剂、纳米氧化锌、石墨烯、三氧化二锑和氢氧化镁。上述现有技术要么是将玄武岩纤维与其它纤维复合使用，要么是将玄武岩纤维改性后再使用，存在玄武岩纤维使用不便利，且得到的木塑板材的强度有待进一步提高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种玄武岩复合板材及其制备方法，本发明的玄武岩纤维复合板材直接采用玄武岩纤维，通过与其它原料的作用，使得所得玄武岩纤维复合板材具有优异的抗拉强度。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种玄武岩纤维复合板材，由包括以下重量份数的原料制备得到：聚氯乙烯50份，钙粉65份，玄武岩纤维10～15份，AC发泡剂0.4～0.6份，发泡调节剂4～5份，稳定剂2.5～3份，CPE增塑剂2.5～2.8份，PE蜡0.3～0.7份，硬脂酸0.3～0.8份，硬脂酸钙0.3～0.5份，硬脂酸锌0.3～0.6份；所述玄武岩纤维的长度为9～20mm。
优选地，所述稳定剂包括钙锌稳定剂。
优选地，所述钙粉的粒径为800～1200目。
优选地，所述发泡调节剂包括530型发泡调节剂。
本发明还提供了上述技术方案所述的玄武岩纤维复合板材的制备方法，包括以下步骤：
将原料依次进行高温混合和低温混合，得到混合物料；
将所述混合物料经八段挤出，得到挤出物料；
将所述挤出物料定型，得到所述玄武岩纤维复合板材。
优选地，所述高温混合的温度为115～120℃，时间为15～20min。
优选地，所述高温混合在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速为1200～1500r/min。
优选地，所述低温混合的温度为50～70℃，时间为5～10min。
优选地，所述八段挤出包括依次进行的一区挤出、二区挤出、三区挤出、四区挤出、五区挤出、六区挤出、七区挤出和八区挤出；所述一区挤出的温度为140～150℃；所述二区挤出的温度为160～165℃；所述三区挤出的温度为170～175℃；所述四区挤出的温度为175～180℃；所述五区挤出温度为160～165℃；所述六区挤出温度为160～165℃，所述七区挤出温度为160～165℃；所述八区挤出温度为160～165℃。
优选地，所述定型的温度为8～13℃。
本发明提供了一种玄武岩纤维复合板材，由包括以下重量份数的原料制备得到：聚氯乙烯50份，钙粉65份，玄武岩纤维10～15份，AC发泡剂0.4～0.6份，发泡调节剂4～5份，稳定剂2.5～3份，CPE增塑剂2.5～2.8份，PE蜡0.3～0.7份，硬脂酸0.3～0.8份，硬脂酸钙0.3～0.5份，硬脂酸锌0.3～0.6份；所述玄武岩纤维的长度为9～20mm。本发明的聚氯乙烯在发泡剂和发泡调节剂的作用下发泡形成的气泡为钙粉的均匀掺入提供条件，而钙粉的均匀掺入提高了玄武岩纤维复合板的力学性能；同时，本发明将玄武岩纤维的长度调节为9～20mm，使玄武岩纤维能够将聚氯乙烯在宏观上连接起来；钙粉和玄武岩纤维的双重作用，提高了玄武岩纤维复合板材的抗弯强度。实施例的数据表明：本发明所得的玄武岩纤维复合板材的抗弯强度为10.2～11.2MPa。
具体实施方式
本发明提供了一种玄武岩纤维复合板材，由包括以下重量份数的原料制备得到：聚氯乙烯50份，钙粉65份，玄武岩纤维10～15份，AC发泡剂0.4～0.6份，发泡调节剂4～5份，稳定剂2.5～3份，CPE增塑剂2.5～2.8份，PE蜡0.3～0.7份，硬脂酸0.3～0.8份，硬脂酸钙0.3～0.5份，硬脂酸锌0.3～0.6份；所述玄武岩纤维的长度为9～20mm。
制备本发明玄武岩纤维复合板材的原料包括重量份数为50份的聚氯乙烯。本发明的聚氯乙烯为复合板材的基体，保证了复合板材具有塑料的基本性能。
制备本发明玄武岩纤维复合板材的原料包括重量份数为65份的钙粉；所述钙粉的粒径优选为800～1200目。本发明的钙粉为增强材料，能够提高复合板材的力学性能；本发明将钙粉的粒径调节为800～1200目，使钙粉能够掺入发泡聚氯乙烯的气孔中，通过增加聚氯乙烯的内部强度来提高最终复合板材的抗弯强度。
以所述钙粉的重量份数为基准，制备本发明玄武岩纤维复合板材的原料包括重量份数为10～15份的玄武岩纤维；优选为11～14份，进一步优选为12～13份；所述玄武岩纤维的长度优选为9～20mm，进一步优选为12～15mm。本发明将玄武岩纤维的长度调节为9～20mm，将聚氯乙烯在宏观上能够连接在一起，再结合钙粉的内部强度增强，共同提高玄武岩纤维复合板材的抗弯强度。
以所述钙粉的重量份数为基准，制备本发明玄武岩纤维复合板材的原料包括重量份数0.4～0.6份的AC发泡剂，优选为0.5份。
以所述钙粉的重量份数为基准，制备本发明玄武岩纤维复合板材的原料包括重量份数为4～5份的发泡调节剂，优选为4.5份；所述发泡调节剂优选包括530型发泡调节剂。本发明的530型发泡调节剂与AC发泡剂共同调节聚氯乙烯的发泡，使聚氯乙烯形成均匀细小的气泡，有利于钙粉的均匀掺入和掺杂，以提高复合板材的力学性能。
以所述钙粉的重量份数为基准，制备本发明玄武岩纤维复合板材的原料包括重量份数为2.5～3份的稳定剂，优选为2.6～2.9份，进一步优选为2.7～2.8份；所述稳定剂优选包括钙锌稳定剂。
以所述钙粉的重量份数为基准，制备本发明玄武岩纤维复合板材的原料包括重量份数为2.5～2.8份的CPE增塑剂，优选为2.6～2.7份。本发明的CPE增塑剂能够提高玄武岩纤维复合板的塑性。
以所述钙粉的重量份数为基准，制备本发明玄武岩纤维复合板材的原料包括重量份数为0.3～0.7份的PE蜡，优选为0.4～0.6份，进一步优选为0.5份。
以所述钙粉的重量份数为基准，制备本发明玄武岩纤维复合板材的原料包括重量份数为0.3～0.8份硬脂酸，优选为0.4～0.7份，进一步优选为0.5～0.6份。
以所述钙粉的重量份数为基准，制备本发明玄武岩纤维复合板材的原料包括重量份数为0.3～0.5份硬脂酸钙，优选为0.4份。
以所述钙粉的重量份数为基准，制备本发明玄武岩纤维复合板材的原料包括重量份数为0.3～0.6份的硬脂酸锌，优选为0.4～0.5份。
本发明的硬脂酸、硬脂酸锌和硬脂酸钙作为润滑剂，能够使塑料基体聚氯乙烯与无机材料钙粉和玄武岩纤维充分混合，共同增强复合板材的力学性能。
本发明还提供了上述技术方案所述的玄武岩纤维复合板材的制备方法，包括以下步骤：
将原料依次进行高温混合和低温混合，得到混合物料；
将所述混合物料经八段挤出，得到挤出物料；
将所述挤出物料定型，得到所述玄武岩纤维复合板材。
本发明将原料依次进行高温混合和低温混合，得到混合物料。
本发明对原料混合时的加入顺序不做具体限定。在本发明中，所述高温混合的温度优选为115～120℃；所述高温混合的时间优选为15～20min。在本发明中，所述高温混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速为优选为1200～1500r/min。
本发明的高温混合完成后，优选采用冷水管将高温混合产物冷却至低温混合温度进行低温混合。
在本发明中，所述低温混合的温度优选为50～70℃，进一步优选为55～65℃，更优选为60℃；所述低温混合的时间优选为5～10min。
本发明的高温混合使原料充分混合，低温混合使原料的温度降低以便进入下一工序的挤出。
得到混合物料后，本发明将所述混合物料经八段挤出，得到挤出物料。
在本发明中，所述八段挤出优选包括依次进行的一区挤出、二区挤出、三区挤出、四区挤出、五区挤出、六区挤出、七区挤出和八区挤出。在本发明中，所述一区挤出的温度优选为14～150℃；所述二区挤出的温度优选为160～165℃；所述三区挤出的温度优选为170～175℃；所述四区挤出的温度优选为175～180℃；所述五区挤出温度优选为160～165℃；所述六区挤出温度优选为160～165℃，所述七区挤出温度优选为160～165℃；所述八区挤出温度优选为160～165℃。
得到挤出物料后，本发明将所述挤出物料定型，得到所述玄武岩纤维复合板材。在本发明中，所述定型的温度优选为8～13℃。本发明的定型优选在定型模中进行。
下面结合实施例对本发明提供的玄武岩纤维复合板材及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将聚氯乙烯50kg、钙粉(1200目)65kg，长度为12mm玄武岩纤维15kg，AC发泡剂0.5kg份，530型发泡调节剂4kg，钙锌稳定剂3kg，CPE增塑剂2.5kg，PE蜡0.5kg，硬脂酸0.3kg，硬脂酸钙0.5kg和硬脂酸锌0.4kg于120℃高温混合20min；然后用冷水管将高温混合物料冷却至50℃进行低温混合5min，得到混合物料；
将混合物料依次经一区挤出(140℃)、二区挤出(160℃)、三区挤出(170℃)、四区挤出(175℃)、五区挤出(160℃)、六区挤出(160℃)、七区挤出(165℃)和八区挤出(165℃)，得到挤出物料；
将所述挤出物料置于定型模中于8℃进行定型，得到所述玄武岩纤维复合板材。
实施例2
将聚氯乙烯50kg、钙粉(800目)65kg，长度为12mm玄武岩纤维15kg，AC发泡剂0.5kg份，530型发泡调节剂5kg，钙锌稳定剂3kg，CPE增塑剂2.5kg，PE蜡0.5kg，硬脂酸0.3kg，硬脂酸钙0.5kg和硬脂酸锌0.4kg于120℃高温混合20min；然后用冷水管将高温混合物料冷却至70℃进行低温混合10min，得到混合物料；
将混合物料依次经一区挤出(140℃)、二区挤出(160℃)、三区挤出(170℃)、四区挤出(175℃)、五区挤出(160℃)、六区挤出(160℃)、七区挤出(165℃)和八区挤出(165℃)，得到挤出物料；
将所述挤出物料置于定型模中于13℃进行定型，得到所述玄武岩纤维复合板材。
实施例3
将聚氯乙烯50kg、钙粉(1200目)65kg，长度为12mm玄武岩纤维10kg，AC发泡剂0.5kg份，530型发泡调节剂5kg，钙锌稳定剂2.5kg，CPE增塑剂2.6kg，PE蜡0.5kg，硬脂酸0.5kg，硬脂酸钙0.5kg和硬脂酸锌0.5kg份于115℃高温混合20min；然后用冷水管将高温混合物料冷却至60℃进行低温混合10min，得到混合物料；
将混合物料依次经一区挤出(150℃)、二区挤出(165℃)、三区挤出(170℃)、四区挤出(180℃)、五区挤出(160℃)、六区挤出(160℃)、七区挤出(165℃)和八区挤出(165℃)，得到挤出物料；
将所述挤出物料置于定型模中于8℃进行定型，得到所述玄武岩纤维复合板材。
实施例4
将聚氯乙烯50kg、钙粉(1200目)65kg，长度为15mm玄武岩纤维10kg，AC发泡剂0.5kg，530型发泡调节剂5kg，钙锌稳定剂2.5kg，CPE增塑剂2.6kg，PE蜡0.5kg，硬脂酸0.5kg，硬脂酸钙0.5kg和硬脂酸锌0.5kg于115℃高温混合20min；然后用冷水管将高温混合物料冷却至50℃进行低温混合10min，得到混合物料；
将混合物料依次经一区挤出(150℃)、二区挤出(165℃)、三区挤出(170℃)、四区挤出(180℃)、五区挤出(160℃)、六区挤出(160℃)、七区挤出(165℃)和八区挤出(165℃)，得到挤出物料；
将所述挤出物料置于定型模中于13℃进行定型，得到所述玄武岩纤维复合板材。
对比例1
与实施例1相同，区别仅在于钙粉的粒径为400目。
对比例2
与实施例3相同，区别仅在于玄武岩纤维的长度为6mm。
对比例3
与实施例3相同，区别仅在于玄武岩纤维的长度为30mm。
按照ISO 14704：2000测试实施例1～4及对比例1～3所得玄武岩纤维复合板材的抗弯强度如表1所示。
实施例1～4及对比例1～3所得玄武岩纤维复合板材的抗弯强度测试结果
通过对比实施例1和对比例1，可以看出，钙粉的粒径变大，导致玄武岩纤维复合板材的力学性能下降，这可能是因为，聚氯乙烯在发泡剂和发泡调节剂的作用下，形成的气泡较小，但是钙粉的粒径过大，导致钙粉并不能很好地进入聚氯乙烯形成的气泡中，致使钙粉在聚氯乙烯中分布不均，导致最终复合板材的力学性能下降。通过对比实施例3～4和对比例2～3可以看出，玄武岩纤维长度的增长会相应提高复合板材的抗弯强度，但是当玄武岩纤维的长度增加至30mm，复合板材的抗弯强度却开始下降，这可能是因为，钙粉是在通过增加聚氯乙烯内部结合来提高复合板材的，就比如钙粉增强板材强度是点，而玄武岩纤维是通过将这些点连接起来来增强复合板材的抗弯强度的，当玄武岩纤维的长度过长，导致点到线的过渡变长，衔接性不好，从而引起复合板材力学性能的下降；而玄武岩纤维长度太短，点到线的过渡短，增强程度受限制，导致添加玄武岩纤维后复合板材的抗弯强度增加的不明显。通过比较实施例1和2可以看出，发泡调节剂与发泡剂的共同作用能够增强聚氯乙烯的气泡均匀性，再加之引入的钙粉的粒径变小，使得实施例2所得所得玄武岩纤维复合板材的抗弯强度高于实施例1所得玄武岩纤维复合板材。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种玄武岩纤维复合板材，其特征在于，由包括以下重量份数的原料制备得到：聚氯乙烯50份，钙粉65份，玄武岩纤维10～15份，AC发泡剂0.4～0.6份，发泡调节剂4～5份，稳定剂2.5～3份，CPE增塑剂2.5～2.8份，PE蜡0.3～0.7份，硬脂酸0.3～0.8份，硬脂酸钙0.3～0.5份，硬脂酸锌0.3～0.6份；所述玄武岩纤维的长度为9～20mm。
2.根据权利要求1所得的玄武岩纤维复合板材，其特征在于，所述稳定剂包括钙锌稳定剂。
3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维复合板材，其特征在于，所述钙粉的粒径为800～1200目。
4.根据权利要求1所述的玄武岩纤维复合板材，其特征在于，所述发泡调节剂包括530型发泡调节剂。
5.根据权利要求1～4任一项所述的玄武岩纤维复合板材的制备方法，包括以下步骤：
将原料依次进行高温混合和低温混合，得到混合物料；
将所述混合物料经八段挤出，得到挤出物料；
将所述挤出物料定型，得到所述玄武岩纤维复合板材。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高温混合的温度为115～120℃，时间为15～20min。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述高温混合在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速为1200～1500r/min。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述低温混合的温度为50～70℃，时间为5～10min。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述八段挤出包括依次进行的一区挤出、二区挤出、三区挤出、四区挤出、五区挤出、六区挤出、七区挤出和八区挤出；所述一区挤出的温度为140～150℃；所述二区挤出的温度为160～165℃；所述三区挤出的温度为170～175℃；所述四区挤出的温度为175～180℃；所述五区挤出温度为160～165℃；所述六区挤出温度为160～165℃，所述七区挤出温度为160～165℃；所述八区挤出温度为160～165℃。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述定型的温度为8～13℃。
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