本发明涉及隔热材料
技术领域：
，具体是一种高强度玻璃纤维复合材料。
背景技术：
：隔热材料（thermalinsulationmaterial），能又称热绝缘材料，广泛用于石油开采、石油炼化、热电厂管线保温，炉体隔热保温，预制保温管等工业领域，建筑内墙、屋顶保温隔热、房屋地板隔热等建筑领域，压铸熔炉领域，救生舱隔热保温，汽车发动机及排气管隔热等领域，应用广泛。目前绝热材料市场主要以纤维类、有机泡沫类、珍珠岩等绝热材料为主，但其机械性能和热稳定性较差，实际使用时无法满足我们的需求，给我们带来不便。针对该问题，我们设计了一种高强度玻璃纤维复合材料及其制备方法，这是我们亟待解决的技术问题之一。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高强度玻璃纤维复合材料及其制备方法，以解决现有技术中的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度玻璃纤维复合材料，所述复合材料各组分原料包括：以重量计，玻璃纤维10-15份、纺丝纤维10-15份、添加料5-8份、正硅酸乙酯20-25份、乙醇20-30份。较优化的方案，所述玻璃纤维各组分原料包括：以重量计，二氧化硅60-65份、三氧化二铝20-25份、氧化钙10-15份、氧化镁8-12份、氧化锌2-5份、二氧化铈1-1.5份。较优化的方案，所述纺丝纤维各组分原料包括：以重量计，棕榈酸10-15份、硬脂酸8-12份、碳纳米管5-8份、聚对苯二甲酸乙二醇酯10-20份，二氯甲烷16-25份、三氟乙酸16-19份。较优化的方案，所述添加料各组分原料包括：以重量计，氧化石墨烯5-8份、还原剂3-6份、硬脂酸20-25份、膨胀石墨5-9份、石蜡18-24份。较优化的方案，所述还原剂为亚硫酸氢钠。较优化的方案，一种高强度玻璃纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)准备物料；2)玻璃纤维的制备：3)纺丝纤维的制备：4)添加料的制备：5)二氧化硅溶胶的制备；6)取二氧化硅溶胶，加入纺丝纤维和玻璃纤维和添加料，制备得到复合材料。较优化的方案，包括以下步骤：1)准备物料；2)玻璃纤维的制备：取二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、氧化锌和二氧化铈，搅拌混合，加热升温至1550-1560℃，保温反应，再将玻璃液置于模具中加工成型，成型后退火，保温，随炉冷却，冷却后置于拉丝机中拉丝，得到玻璃纤维；3)纺丝纤维的制备：a)取棕榈酸和硬脂酸，搅拌混合，再在90-100℃烘箱中保温2-2.5h，保温后置于超声水浴中，超声振动，室温下冷却，得到物料a；b)取碳纳米管，置于预处理液中，搅拌，超声振荡，真空抽滤，洗涤至中性，再置于真空干燥箱干燥，得到预处理碳纳米管；c)取聚对苯二甲酸乙二醇酯，二氯甲烷、三氟乙酸混合溶液溶解，搅拌，再加入物料a，搅拌，再加入预处理碳纳米管，超声，继续搅拌，得到纺丝液；取纺丝液，置于注射器中，纺丝，得到纺丝纤维；4)添加料的制备：a)取氧化石墨烯溶液，超声分散，再加入还原剂和硬脂酸，混合搅拌，再置于90-95℃烘箱中反应3-3.5h，水洗，冷冻干燥，得到改性石墨烯；b)取膨胀石墨，酸化，再升温至800-810℃，加热膨胀25-30s，得到物料b；取石蜡，加热搅拌至石蜡熔化，再加入物料b，搅拌，再加入改性石墨烯，继续搅拌，得到添加料；5)取正硅酸乙酯、乙醇和去离子水，加热至45-50℃，搅拌，加入盐酸，调节ph至3-4，继续搅拌，缓慢滴加氨水，调节ph至7-8，继续搅拌，得到二氧化硅溶胶；6)取二氧化硅溶胶，加入纺丝纤维和玻璃纤维，搅拌，再加入添加料，继续搅拌，老化，乙醇清洗，再在乙醇中老化，正己烷清洗，继续在正己烷中老化，干燥，得到复合材料。较优化的方案，包括以下步骤：1)准备物料；2)玻璃纤维的制备：取二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、氧化锌和二氧化铈，搅拌混合30-40min，加热升温至1550-1560℃，保温反应10-12h，再将玻璃液置于模具中加工成型，成型后退火，退火温度为600-610℃，保温1-1.5h，随炉冷却，冷却后置于拉丝机中拉丝，得到玻璃纤维；本申请步骤2）中进行玻璃纤维的制备，其中包括二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、氧化锌和二氧化铈等组分，二氧化硅是玻璃纤维的主要网络形成体，可作为玻璃纤维的骨架结构；三氧化二铝的添加能够提高玻璃纤维的化学稳定性，以铝氧四面体配位结构参加玻璃纤维的网络结构，以改善玻璃纤维的熔融性和失透性；氧化钙、氧化镁可提供网络结构的外体离子，使得玻璃网络结构更加致密，从而提高玻璃纤维的化学稳定性和力学性能；二氧化铈作为一种丰富的稀土资源，添加成本低，其不仅能够降低玻璃的高温粘度，而且在高温下发生变价反应，生成氧气，可在玻璃纤维制备过程中起到澄清作用，促进玻璃网络骨架的连接，增加玻璃网络结构中的桥氧，使得玻璃纤维的结构更加紧密，力学性能和化学稳定性均得到提高。3)纺丝纤维的制备：a)取棕榈酸和硬脂酸，搅拌混合20-30min，再在90-100℃烘箱中保温2-2.5h，保温后置于超声水浴中，温度为80-82℃，超声振动2-3min，室温下冷却，得到物料a；b)取碳纳米管，置于预处理液中，搅拌20-30min，超声振荡5-5.5h，真空抽滤，洗涤至中性，再置于90-100℃真空干燥箱干燥，得到预处理碳纳米管；c)取聚对苯二甲酸乙二醇酯，二氯甲烷、三氟乙酸混合溶液溶解，搅拌15-20min，再加入物料a，搅拌20-30min，再加入预处理碳纳米管，超声3-5min，继续搅拌25-30min，得到纺丝液；取纺丝液，置于注射器中，纺丝，得到纺丝纤维；本申请步骤3）进行纺丝纤维的制备，包括棕榈酸、硬脂酸、碳纳米管等组分，酸化后的纳米管表面分布着大量的羧基和羟基，能够与聚对苯二甲酸乙二醇酯的羰基、二元脂肪酸中的羧基反应结合，得到的纺丝纤维表面分布着丰富的沟槽，在制备时采用熔融混合和超声振荡相结合的方法制备得到固液相变材料，并利用静电纺丝方法进行纺丝，制备得到纺丝纤维，该纺丝具有较优异的蓄热调温性能，能够对复合材料中传导的热量进行蓄热调温，极大程度的提高了复合材料的热稳定性。4)添加料的制备：a)取氧化石墨烯溶液，超声分散10-15min，再加入还原剂和硬脂酸，混合搅拌10-15min，再置于90-95℃烘箱中反应3-3.5h，水洗，冷冻干燥，得到改性石墨烯；b)取膨胀石墨，酸化，再升温至800-810℃，加热膨胀25-30s，得到物料b；取石蜡，加热升温至80-90℃，搅拌至石蜡熔化，再加入物料b，搅拌1-1.2h，再加入改性石墨烯，继续搅拌10-20min，得到添加料；本申请步骤4）中制备添加料，包括氧化石墨烯、膨胀石墨和石蜡等组分，其中氧化石墨烯可制备得到石墨烯气凝胶，石墨烯气凝胶是一种多孔网状结构的碳材料，能够吸附并包覆相变材料，提高相变材料的传热速率；膨胀石墨是由天然鳞片石墨经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质，具有大量的网络状微孔结构，它的大比表面积和高的表面活性，使得其具有良好的吸附、包覆性能；因此本申请中利用石墨烯气凝胶配合膨胀石墨进行石蜡的包覆，制备得到添加料，该添加料具有优异的蓄热调温的效果，与纺丝纤维共同添加至二氧化硅溶胶中，制备得到的复合材料具有优异的热稳定性。5)取正硅酸乙酯、乙醇和去离子水，加热至45-50℃，搅拌10-20min，加入盐酸，调节ph至3-4，继续搅拌2-2.5h，缓慢滴加氨水，调节ph至7-8，继续搅拌10-15min，得到二氧化硅溶胶；本发明步骤5）中进行二氧化硅溶胶的制备；6)取二氧化硅溶胶，加入纺丝纤维和玻璃纤维，搅拌20-30min，再加入添加料，继续搅拌20-30min，老化24-26h，乙醇清洗，再在乙醇中老化24-26h，正己烷清洗，继续在正己烷中老化8-9h，80-90℃下干燥6-8h，得到复合材料。本发明步骤6）中在二氧化硅溶胶中添加纺丝纤维和玻璃纤维，纺丝纤维和玻璃纤维不仅能够起到骨架支撑和传递应力的作用，可提高复合材料的力学性能，同时纺丝纤维和添加料相互配合，使得复合材料具有较优异的蓄热调温作用，能够极大程度的提高复合材料的热稳定性，同时该复合材料选用二氧化硅气凝胶作为主体结构，氧化石墨烯和玻璃纤维均具有一定的隔热性能，制备得到的复合材料的导热系数低，隔热性能优异。较优化的方案，步骤2）中，拉丝温度为1340-1350℃，拉丝转速为500-1250r/min，拉丝时间为30-35s。较优化的方案，步骤3）的b）步骤中，预处理液为硝酸、硫酸混合液，所述硝酸、硫酸的体积比为1：（2-3）。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种高强度玻璃纤维复合材料及其制备方法，工艺设计合理，组分配比简单，利用二氧化硅、氧化石墨烯等组分，制备得到具有优异隔热性能的玻璃纤维复合材料，该复合材料具有优异的力学性能，同时其中含有纺丝纤维、添加料等组分，能够在高温环境下对复合材料进行蓄热调温，极大程度的提高了复合材料的热稳定性，可应用于多个领域，具有较高的实用性。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1：s1：准备物料；s2：玻璃纤维的制备：取二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、氧化锌和二氧化铈，搅拌混合30min，加热升温至1550℃，保温反应10h，再将玻璃液置于模具中加工成型，成型后退火，退火温度为600℃，保温1h，随炉冷却，冷却后置于拉丝机中拉丝，拉丝温度为1340℃，拉丝转速为500r/min，拉丝时间为30s，得到玻璃纤维；s3：纺丝纤维的制备：取棕榈酸和硬脂酸，搅拌混合20min，再在90℃烘箱中保温2h，保温后置于超声水浴中，温度为80℃，超声振动2min，室温下冷却，得到物料a；取碳纳米管，置于预处理液中，搅拌20min，超声振荡5h，真空抽滤，洗涤至中性，再置于90℃真空干燥箱干燥，得到预处理碳纳米管；其中预处理液为硝酸、硫酸混合液，所述硝酸、硫酸的体积比为1：2；取聚对苯二甲酸乙二醇酯，二氯甲烷、三氟乙酸混合溶液溶解，搅拌15min，再加入物料a，搅拌20min，再加入预处理碳纳米管，超声3min，继续搅拌25min，得到纺丝液；取纺丝液，置于注射器中，纺丝，得到纺丝纤维；s4：添加料的制备：取氧化石墨烯溶液，超声分散10min，再加入还原剂和硬脂酸，混合搅拌10min，再置于90℃烘箱中反应3h，水洗，冷冻干燥，得到改性石墨烯；取膨胀石墨，酸化，再升温至800℃，加热膨胀25s，得到物料b；取石蜡，加热升温至80℃，搅拌至石蜡熔化，再加入物料b，搅拌1h，再加入改性石墨烯，继续搅拌10min，得到添加料；s5：二氧化硅溶胶的制备：取正硅酸乙酯、乙醇和去离子水，加热至45℃，搅拌10min，加入盐酸，调节ph至3，继续搅拌2h，缓慢滴加氨水，调节ph至7，继续搅拌10min，得到二氧化硅溶胶；s6：取二氧化硅溶胶，加入纺丝纤维和玻璃纤维，搅拌20min，再加入添加料，继续搅拌20min，老化24h，乙醇清洗，再在乙醇中老化24h，正己烷清洗，继续在正己烷中老化8h，80℃下干燥6h，得到复合材料。本实施例中，复合材料各组分原料包括：以重量计，玻璃纤维10份、纺丝纤维10份、添加料5份、正硅酸乙酯20份、乙醇20份。其中玻璃纤维各组分原料包括：以重量计，二氧化硅60份、三氧化二铝20份、氧化钙10份、氧化镁8份、氧化锌2份、二氧化铈1份。纺丝纤维各组分原料包括：以重量计，棕榈酸10份、硬脂酸8份、碳纳米管5份、聚对苯二甲酸乙二醇酯10份，二氯甲烷16份、三氟乙酸16份。添加料各组分原料包括：以重量计，氧化石墨烯5份、还原剂3份、硬脂酸20份、膨胀石墨5份、石蜡18份。还原剂为亚硫酸氢钠。实施例2：s1：准备物料；s2：玻璃纤维的制备：取二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、氧化锌和二氧化铈，搅拌混合35min，加热升温至1555℃，保温反应11h，再将玻璃液置于模具中加工成型，成型后退火，退火温度为605℃，保温1.2h，随炉冷却，冷却后置于拉丝机中拉丝，拉丝温度为1345℃，拉丝转速为1000r/min，拉丝时间为33s，得到玻璃纤维；s3：纺丝纤维的制备：取棕榈酸和硬脂酸，搅拌混合25min，再在95℃烘箱中保温2.3h，保温后置于超声水浴中，温度为81℃，超声振动2.5min，室温下冷却，得到物料a；取碳纳米管，置于预处理液中，搅拌25min，超声振荡5.2h，真空抽滤，洗涤至中性，再置于95℃真空干燥箱干燥，得到预处理碳纳米管；其中预处理液为硝酸、硫酸混合液，所述硝酸、硫酸的体积比为1：2.5；取聚对苯二甲酸乙二醇酯，二氯甲烷、三氟乙酸混合溶液溶解，搅拌18min，再加入物料a，搅拌25min，再加入预处理碳纳米管，超声4min，继续搅拌28min，得到纺丝液；取纺丝液，置于注射器中，纺丝，得到纺丝纤维；s4：添加料的制备：取氧化石墨烯溶液，超声分散13min，再加入还原剂和硬脂酸，混合搅拌12min，再置于92℃烘箱中反应3.2h，水洗，冷冻干燥，得到改性石墨烯；取膨胀石墨，酸化，再升温至805℃，加热膨胀28s，得到物料b；取石蜡，加热升温至85℃，搅拌至石蜡熔化，再加入物料b，搅拌1.1h，再加入改性石墨烯，继续搅拌15min，得到添加料；s5：二氧化硅溶胶的制备：取正硅酸乙酯、乙醇和去离子水，加热至48℃，搅拌18min，加入盐酸，调节ph至3.5，继续搅拌2.2h，缓慢滴加氨水，调节ph至7.5，继续搅拌12min，得到二氧化硅溶胶；s6：取二氧化硅溶胶，加入纺丝纤维和玻璃纤维，搅拌25min，再加入添加料，继续搅拌28min，老化25h，乙醇清洗，再在乙醇中老化25h，正己烷清洗，继续在正己烷中老化8.5h，85℃下干燥7h，得到复合材料。本实施例中，复合材料各组分原料包括：以重量计，玻璃纤维12份、纺丝纤维13份、添加料7份、正硅酸乙酯22份、乙醇25份。其中玻璃纤维各组分原料包括：以重量计，二氧化硅61份、三氧化二铝24份、氧化钙12份、氧化镁10份、氧化锌4份、二氧化铈1.2份。纺丝纤维各组分原料包括：以重量计，棕榈酸14份、硬脂酸10份、碳纳米管6份、聚对苯二甲酸乙二醇酯18份，二氯甲烷21份、三氟乙酸18份。添加料各组分原料包括：以重量计，氧化石墨烯7份、还原剂5份、硬脂酸24份、膨胀石墨8份、石蜡22份。还原剂为亚硫酸氢钠。实施例3：s1：准备物料；s2：玻璃纤维的制备：取二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、氧化锌和二氧化铈，搅拌混合40min，加热升温至1560℃，保温反应12h，再将玻璃液置于模具中加工成型，成型后退火，退火温度为610℃，保温1.5h，随炉冷却，冷却后置于拉丝机中拉丝，拉丝温度为1350℃，拉丝转速为1250r/min，拉丝时间为35s，得到玻璃纤维；s3：纺丝纤维的制备：取棕榈酸和硬脂酸，搅拌混合30min，再在100℃烘箱中保温2.5h，保温后置于超声水浴中，温度为82℃，超声振动3min，室温下冷却，得到物料a；取碳纳米管，置于预处理液中，搅拌30min，超声振荡5.5h，真空抽滤，洗涤至中性，再置于100℃真空干燥箱干燥，得到预处理碳纳米管；其中预处理液为硝酸、硫酸混合液，所述硝酸、硫酸的体积比为1：3；取聚对苯二甲酸乙二醇酯，二氯甲烷、三氟乙酸混合溶液溶解，搅拌20min，再加入物料a，搅拌30min，再加入预处理碳纳米管，超声5min，继续搅拌30min，得到纺丝液；取纺丝液，置于注射器中，纺丝，得到纺丝纤维；s4：添加料的制备：取氧化石墨烯溶液，超声分散15min，再加入还原剂和硬脂酸，混合搅拌15min，再置于95℃烘箱中反应3.5h，水洗，冷冻干燥，得到改性石墨烯；取膨胀石墨，酸化，再升温至810℃，加热膨胀30s，得到物料b；取石蜡，加热升温至90℃，搅拌至石蜡熔化，再加入物料b，搅拌1.2h，再加入改性石墨烯，继续搅拌20min，得到添加料；s5：二氧化硅溶胶的制备：取正硅酸乙酯、乙醇和去离子水，加热至50℃，搅拌20min，加入盐酸，调节ph至4，继续搅拌2.5h，缓慢滴加氨水，调节ph至8，继续搅拌15min，得到二氧化硅溶胶；s6：取二氧化硅溶胶，加入纺丝纤维和玻璃纤维，搅拌30min，再加入添加料，继续搅拌30min，老化26h，乙醇清洗，再在乙醇中老化26h，正己烷清洗，继续在正己烷中老化9h，90℃下干燥8h，得到复合材料。本实施例中，复合材料各组分原料包括：以重量计，玻璃纤维15份、纺丝纤维15份、添加料8份、正硅酸乙酯25份、乙醇30份。其中玻璃纤维各组分原料包括：以重量计，二氧化硅65份、三氧化二铝25份、氧化钙15份、氧化镁12份、氧化锌5份、二氧化铈1.5份。纺丝纤维各组分原料包括：以重量计，棕榈酸15份、硬脂酸12份、碳纳米管8份、聚对苯二甲酸乙二醇酯20份，二氯甲烷25份、三氟乙酸19份。添加料各组分原料包括：以重量计，氧化石墨烯8份、还原剂6份、硬脂酸25份、膨胀石墨9份、石蜡24份。还原剂为亚硫酸氢钠。实验1：1、取实施例1-3制备的复合材料，分别采用hfm436/3/0导热系数测定仪，根据gb/t10295—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》测试材料的导热系数；2、取实施例1-3制备的复合材料，分别采用采用万能试验机测试材料的压缩性能（样品尺寸30mm×30mm×6mm，加载速率为2mm/min）。具体数据可如下表所示：项目实施例1实施例2实施例3压缩强度（30%压变）/kpa24.6825.1325.11压缩强度（60%压变）/kpa190.25193.51192.47导热系数（w·m-1·k-1）0.0230.0210.0243、取实施例1-3制备的复合材料，分别采用sdtq600型热重-差热分析仪（tg-dta）测试材料空气气氛下的热稳定性（空气流速为50ml/min、温度范围为40-1000℃、升温速率为20℃/min）实验后发现，本发明制备的复合材料的热稳定性较优异，在实验至600-650℃时，复合材料的总质量损失为3.2%-3.4%，当实验温度升至1000℃时，复合材料的总质量损失为3.9%-4.1%。结论：本发明利用二氧化硅、氧化石墨烯等组分，制备得到具有优异隔热性能的玻璃纤维复合材料，该复合材料具有优异的力学性能，同时其中含有纺丝纤维、添加料等组分，能够在高温环境下对复合材料进行蓄热调温，极大程度的提高了复合材料的热稳定性，可应用于多个领域，具有较高的实用性。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。当前第1页12