【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纤维表面处理，具体涉及一种硅酸盐纤维表面处理剂及其处理方法。
技术介绍
1、硅酸盐纤维是一种高性能的无机非金属材料，主要由硅、氧、铝、铁、钙等化学元素结合而成，具有良好的耐高温、耐腐蚀和电绝缘性能，包括玄武岩纤维、玻璃纤维和陶瓷纤维等。其中，玄武岩纤维和玻璃纤维不仅仅力学强度高，还具有优异的综合性能，因此常作为聚合物基复合材料的增强体，应用于航空航天、车体船体、风电叶片、建筑交通等领域。
2、然而，硅酸盐纤维是一种无机材料，与常用的有机聚合物相容性较差，加之硅酸盐纤维表面呈现化学惰性，因此在纤维和聚合物的界面处难以形成有效的化学键合，严重影响了硅酸盐纤维与聚合物材料的复合效果，限制了其在高性能复合材料领域的应用，因此，有必要对硅酸盐纤维进行表面改性。
3、目前最常用的改性技术为浸润剂改性，即在纤维表面涂覆一层由成膜剂、偶联剂、润滑剂和抗静电剂等物质组成的浸润剂涂层，这已经成为硅酸盐纤维生产过程中必不可少的一步工艺。然而，涂覆浸润剂主要增加界面处的物理相互作用，化学相互作用难以得到大幅提升，因此需要对纤维进行表面处理从而增加活性基团含量。
4、现有的研究通过强酸或强碱溶液对硅酸盐纤维进行表面处理，虽然可以同时改变表面化学成分和增加表面粗糙度，但是也会破坏纤维本身的力学强度，并且造成环境污染。
5、因此需要开发一种新型的纤维表面处理剂，兼具表面改性、不明显损害纤维本身强度和环境友好的特点。
技术实现思路
1、本专利技术是为了
2、本专利技术提供一种硅酸盐纤维表面处理剂，包括质量百分比为1～20：0.1～2：79.9～98.9的活化剂、ph调节剂和水；
3、活化剂中包括邻苯二酚结构，邻苯二酚结构与硅酸盐纤维表面的硅羟基反应生成络合物；
4、活化剂为：
5、
6、硅酸盐纤维表面处理剂的ph值为6～10。
7、本专利技术所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂，作为优选方式，活化剂为以下任意一种：邻苯二酚、邻苯三酚、没食子酸、3,4-二羟基苯甲酸、没食子酸甲酯、钛铁试剂、盐酸多巴胺、左旋多巴、茶多酚及其衍生物。
8、本专利技术所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂，作为优选方式，ph调节剂为以下任意一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钙、乙醇胺和三乙胺。
9、本专利技术所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂，作为优选方式，硅酸盐纤维为以下任意一种：玄武岩纤维、玻璃纤维和陶瓷纤维。
10、本专利技术所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂，作为优选方式，活化剂在硅酸盐纤维表面处理剂中的质量百分比优选为8～20。
11、本专利技术提供一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，包括以下步骤：
12、s1、向容器中加入质量份数为1～20的活化剂，再加入水使容器中的总重量份数为95～98.5，充分搅拌至活化剂完全溶解得到活化剂溶液；
13、s2、向活化剂溶液中加入质量份数为0.1～2的ph调节剂将ph值调整为6～10，补加余量的水使容器中的总质量份数为100，得到硅酸盐纤维表面处理剂；
14、s3、加热硅酸盐纤维表面处理剂至40～80℃，将硅酸盐纤维静置于硅酸盐纤维表面处理剂中，硅酸盐纤维的重量占硅酸盐纤维表面处理剂总重量的1～10％，恒温10～30min后取出，用水将硅酸盐纤维清洗干净得到表面活化的硅酸盐纤维，一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法完成。
15、本专利技术所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，作为优选方式，步骤s2中，将ph值调整为7～8。
16、本专利技术所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，作为优选方式，步骤s3中，将硅酸盐纤维表面处理剂加热至60～80℃。
17、本专利技术所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，作为优选方式，表面活化的硅酸盐纤维的动态接触角测试方法为：将硬纸板裁剪为30mm×10mm的矩形纸条，将待测试的表面活化的硅酸盐纤维的单丝粘贴在矩形纸条的一面，剪掉多余长度的纤维、使表面活化的硅酸盐纤维的一端伸出矩形纸条10mm；使用动态接触角仪以0.1mm·s～1的速度将表面活化的硅酸盐纤维垂直插入水面、插入深度为4mm，每秒测量5个数据点，得到纤维浸润力f，根据公式f＝lγcosθ计算出表面活化的硅酸盐纤维的动态接触角θ，其中，l为表面活化的硅酸盐纤维的截面周长，γ为水的表面张力。
18、本专利技术所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，作为优选方式，表面活化的硅酸盐纤维的单丝强度测量方法为：首先用胶水将表面活化的硅酸盐纤维单丝平直地固定在纸框上，纸框中间有尺寸为20mm×10mm的镂空部分；待胶水固化后，将纸框上下两边分别夹持在拉压测力计的上下夹具中，再将纸框的左右两边剪断；启动拉压测力计，使用10n的传感器、拉伸速率为1mm·min～1，直到表面活化的硅酸盐纤维破坏，记录表面活化的硅酸盐纤维被拉断时的拉力得到表面活化的硅酸盐纤维的单丝强度。
19、本专利技术中硅酸盐纤维表面处理剂的组成成分及重量百分比如下：
20、1.1～20％活化剂：以下一种或多种的组合，邻苯二酚、邻苯三酚、没食子酸、3,4-二羟基苯甲酸、没食子酸甲酯、钛铁试剂、盐酸多巴胺、左旋多巴、茶多酚及其衍生物。活化剂中的邻苯二酚结构可以与硅酸盐纤维表面的硅羟基反应生成络合物，从而使纤维表面硅羟基含量增加，反应过程见附图1。
21、2.0.1～2％ph调节剂：以下一种或多种的组合，氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钙、乙醇胺、三乙胺，作用是调节溶液ph至中性或碱性，使得活化反应易于发生。
22、3.余量为水。
23、(二)制备及处理方法
24、向容器中加入重量百分比1～20％的活化剂，加水至接近总量，充分搅拌至活化剂完全溶解后，加入ph调节剂，调节体系ph为6～10，优选7～8，补加余量的水，得到表面处理剂。加热表面处理剂至40～80℃，优选60～80℃，将硅酸盐纤维静置于表面处理剂中，纤维重量占表面处理剂总重量的1～10％，恒温10～30min后取出，用水清洗干净，即得到表面活化的硅酸盐纤维。
25、(三)表征方法
26、1.利用动态接触角测试表征纤维表面活化效果，动态接触角反应了纤维表面的浸润性，动态接触角越小说明表面硅羟基含量越高。具体方法如下：
27、采用wilhelmy天平法测量硅酸盐纤维与水的动态接触角，如附图2所示，将硬纸板裁剪为30mm×10mm的矩形纸条，随机选出一根纤维单丝，粘贴在纸条的一面，剪掉多余的纤维，保证纤维多出纸条的长度约为10mm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅酸盐纤维表面处理剂，其特征在于：包括质量百分比为1～20：0.1～2：79.9～98.9的活化剂、pH调节剂和水；
2.根据权利要求1所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂，其特征在于：所述活化剂为以下任意一种：邻苯二酚、邻苯三酚、没食子酸、3,4-二羟基苯甲酸、没食子酸甲酯、钛铁试剂、盐酸多巴胺、左旋多巴、茶多酚及其衍生物。
3.根据权利要求1所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂，其特征在于：所述pH调节剂为以下任意一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钙、乙醇胺和三乙胺。
4.根据权利要求1所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂，其特征在于：所述硅酸盐纤维为以下任意一种：玄武岩纤维、玻璃纤维和陶瓷纤维。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，其特征在于：步骤S2中，将pH值调整为7～8。
7.根据权利要求5所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，其特征在于：步骤S3中，
8.根据权利要求5所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，其特征在于：所述表面活化的硅酸盐纤维的动态接触角测试方法为：将硬纸板裁剪为30mm×10mm的矩形纸条，将待测试的所述表面活化的硅酸盐纤维的单丝粘贴在所述矩形纸条的一面，剪掉多余长度的纤维、使所述表面活化的硅酸盐纤维的一端伸出所述矩形纸条10mm；使用动态接触角仪以0.1mm·s～1的速度将所述表面活化的硅酸盐纤维垂直插入水面、插入深度为4mm，每秒测量5个数据点，得到纤维浸润力F，根据公式F＝lγcosθ计算出所述表面活化的硅酸盐纤维的动态接触角θ，其中，l为所述表面活化的硅酸盐纤维的截面周长，γ为水的表面张力。
9.根据权利要求5所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，其特征在于：所述表面活化的硅酸盐纤维的单丝强度测量方法为：首先用胶水将所述表面活化的硅酸盐纤维单丝平直地固定在纸框上，纸框中间有尺寸为20mm×10mm的镂空部分；待胶水固化后，将纸框上下两边分别夹持在拉压测力计的上下夹具中，再将纸框的左右两边剪断；启动所述拉压测力计，使用10N的传感器、拉伸速率为1mm·min～1，直到所述表面活化的硅酸盐纤维破坏，记录所述表面活化的硅酸盐纤维被拉断时的拉力得到所述表面活化的硅酸盐纤维的单丝强度。
...【技术特征摘要】
1.一种硅酸盐纤维表面处理剂，其特征在于：包括质量百分比为1～20：0.1～2：79.9～98.9的活化剂、ph调节剂和水；
2.根据权利要求1所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂，其特征在于：所述活化剂为以下任意一种：邻苯二酚、邻苯三酚、没食子酸、3,4-二羟基苯甲酸、没食子酸甲酯、钛铁试剂、盐酸多巴胺、左旋多巴、茶多酚及其衍生物。
3.根据权利要求1所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂，其特征在于：所述ph调节剂为以下任意一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钙、乙醇胺和三乙胺。
4.根据权利要求1所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂，其特征在于：所述硅酸盐纤维为以下任意一种：玄武岩纤维、玻璃纤维和陶瓷纤维。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，其特征在于：步骤s2中，将ph值调整为7～8。
7.根据权利要求5所述的一种硅酸盐纤维表面处理剂的处理方法，其特征在于：步骤s3中，将所述硅酸盐纤维表面处理剂加热至60～80℃。
8.根据权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：田野，王寰宇，郝德昭，江雷，
申请(专利权)人：北京仿生界面科学未来技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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