本發明屬于材料制備領域，尤其涉及一種玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法。
背景技術：
熱塑性復合材料由于具有密度小、強度高、綜合性能可設計、成型加工容易、可回收再利用等諸多優點，因此在國民經濟各行業中發揮著越來越重要的作用。ABS樹脂是重要的工程塑料，近年來在汽車用材料方面受到高度關注。
玄武巖纖維是一種新型的、優良的增強材料。由于BF的生產原料是天然的玄武巖，且在玄武巖熔化過程中，沒有金屬氧化物排出，BF的制造對環境危害小，沒有工業垃圾的產生，因此BF又是一種環保型纖維。用BF增強樹脂制備復合材料，可以很大提高材料的機械強度、電絕緣性和化學穩定性能，故而廣泛地應用于航空航天和石化汽車等領域。
ABS是一種普遍應用的熱塑性樹脂，擁有較好的電學性能、力學性能和優異的加工性能，是汽車工業上應用最多的樹脂之一。另外，由于ABS優異的加工性能，改性 ABS零部件的應用使得汽車的外觀設計更趨于人性化和多樣化，同時也大大降低了零件加工、裝配與維修的費用。但是ABS的熱變形溫度、拉伸強度及尺寸穩定性等性能仍不能滿足某些工程件的要求，或者即使滿足要求，改性 ABS的性價比也并不高，其應用范圍受到一定限制。
技術實現要素：
本發明旨在解決上述問題，提供一種玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法。
本發明的技術方案為：
一種玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：（1）使用硅烷偶聯劑 KH-550 和 KH-560 對玄武巖纖維進行表面處理，先將玄武巖纖維在 120℃烘箱中干燥 1.5h，以除去吸附的水分；用偶聯劑將玄武巖纖維偶聯劑處理后，繼續在 80℃下干燥 4h，以增加玄武巖纖維與偶聯劑的反應；（2）將ABS、相容劑、增韌劑放入鼓風干燥箱中干燥24h，然后進行熔融共混擠出，雙螺桿擠出機五區溫度分別為 220℃-225℃，機頭溫度為 220℃；（3）擠出條料經過水冷、吹干，送入切粒機并調整轉數進行切粒，制成粒料，干燥后待用；（4）將所得的粒料放在干燥箱中以 70℃恒溫干燥 12h，然后進行注塑成型，完成制備。
本發明所述的玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法，所述ABS樹脂的熔體流動速率為 20.0g/10min。
本發明所述的玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法，所述ABS樹脂的熱變形溫度為 91℃。
本發明所述的玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法，所述玄武巖纖維的，單纖直徑13μm。
本發明所述的玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法，所述鼓風干燥箱的溫度為70℃。
本發明的技術效果在于：
本發明所述的玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法，通過對現有工藝的改進，在玄武巖纖維用量為 20%，提前用 1.5%的 KH550 偶聯劑處理纖維，相容劑SMA用量 5%，增韌劑用量 10%的條件下，復合材料的綜合性能較為優良，且本發明所述玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法工藝簡單，易于制備，適于推廣應用。
具體實施方式
實施例
一種玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：（1）使用硅烷偶聯劑 KH-550 和 KH-560 對玄武巖纖維進行表面處理，先將玄武巖纖維在 120℃烘箱中干燥 1.5h，以除去吸附的水分；用偶聯劑將玄武巖纖維偶聯劑處理后，繼續在 80℃下干燥 4h，以增加玄武巖纖維與偶聯劑的反應；（2）將ABS、相容劑、增韌劑放入鼓風干燥箱中干燥24h，然后進行熔融共混擠出，雙螺桿擠出機五區溫度分別為 220℃-225℃，機頭溫度為 220℃；（3）擠出條料經過水冷、吹干，送入切粒機并調整轉數進行切粒，制成粒料，干燥后待用；（4）將所得的粒料放在干燥箱中以 70℃恒溫干燥 12h，然后進行注塑成型，完成制備。
本發明所述的玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法，所述ABS樹脂的熔體流動速率為 20.0g/10min。
本發明所述的玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法，所述ABS樹脂的熱變形溫度為 91℃。
本發明所述的玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法，所述玄武巖纖維的，單纖直徑13μm。
本發明所述的玄武巖纖維ABS樹脂復合材料的制備方法，所述鼓風干燥箱的溫度為70℃。
連續的玄武巖纖維在與 ABS 樹脂共混擠出的過程中，受到螺桿和熔融的ABS 樹脂摩擦及剪切作用而使長度變短，最終以短纖維的形式在復合材料中起增強作用。為了使玄武巖纖維與 ABS 樹脂基體分離，便于考察纖維在樹脂中的有效長度和分散情況，采用灼燒法實驗。用坩堝盛放復合材料，放入馬弗爐內，在 500℃下灼燒 1h 后，ABS 樹脂被完全燒掉，剩余的灰分為玄武巖纖維。冷卻后，把纖維轉入載玻片，利用光學顯微鏡觀察并統計纖維的長度，并通過力學性能測試結果繪制性能與纖維長度的關系曲線以得到最佳的纖維長度。
熔體流動速率是指在一定時間內、一定溫度及壓力下，粒料熔融后通過指定直徑圓管流出的克數。實驗中，加熱溫度設置為 230℃，待溫度穩定后，稱取充分干燥后的復合材料粒料 4g，從熔體流動速率儀的加料口加入后，將活塞插入料筒。由于 ABS 樹脂中含有聚丁二烯，容易被氧化，所以通常在工業生產 ABS時，需加入少量的抗氧劑。純 ABS 的加工溫度一般為 170-190℃，而制備玄武巖纖維/ABS 復合材料時，共混溫度為 220℃左右，高出純 ABS 的加工溫度約20℃，所以為了避免復合材料中樹脂被過度氧化分解，在制備復合材料時，應加入適量抗氧劑。
不加入抗氧劑時，玄武巖纖維/ABS 復合材料經幾次擠出后，熔體流動速率提高，沖擊強度降低，這是因為共混過程中，高溫破壞了樹脂中的雙鍵，進而導致流動性增加。而加入1%的抗氧劑1010后，復合材料經第3次擠出后，沖擊強度下降了7J/m，比不加抗氧劑沖擊強度時降幅縮小了10J/m，熔體流動速率上升了8%，而不加抗氧劑時熔體流動速率上升了16%。可見抗氧劑作用明顯。但是對比第4 次和第5次擠出后復合材料熔體流動速率和沖擊強度，可知其上升或下降的幅度均相差不大，這是因為經多次擠出后，抗氧劑己經消耗殆盡。
由于具有優良的性能，BF 成為理想的增強材料。BF 模量較高，ABS 樹脂把纖維粘結起來后，作為一個整體來承受載荷，進而提高材料力學性能。如果纖維和樹脂的界面粘接強度不高，纖維就無法發揮增強作用。為改善 BF 和 ABS之間的粘接效果，可使用偶聯劑對纖維進行表面處理。偶聯劑分子含有兩類性質不同的化學基團，其中一類是親有機基團，而另一類是親無機基團。用偶聯劑處理玄武巖纖維表面時，偶聯劑中的一類基團可與纖維表面的基團進行結合，另一類基團與樹脂纏結或反應，使纖維與樹脂有優良的界面相容性，進而提高復合材料的強度和耐熱性。由于 KH550 與 ABS 樹脂分子鏈纏結更為緊密，因而強度較高。
隨著偶聯劑用量的增加，BF/ABS 復合材料的力學性能逐漸提高。偶聯劑用量高于 1.0%時，拉伸強度和沖擊強度均提高了10%以上，而斷裂伸長率隨之變小。對比偶聯劑的用量為1.5%和2.0%的兩組實驗數據，可知，隨著用量增加了0.5%，復合材料的拉伸強度和彎曲強度提升不明顯，而沖擊強度反而降低了7J/m，說明此時偶聯劑與玄武巖纖維表面的反應已經飽和，再提高偶聯劑用量已沒有必要。綜上，適宜的偶聯劑用量為1.5%。
BF含量為5%-10%時，拉伸強度上升的趨勢較小。含量為 10%-20%時，材料的拉伸強度提高較快，當含量為 20%時，拉伸強度達到 108MPa，而純 ABS 樹脂的拉伸強度為 68MPa，即材料的拉伸強度提高了 59%。值得注意的是，當纖維含量為 25%時，拉伸強度出現極大值 114MPa。BF 含量繼續增加，拉伸強度迅速降低。
BF 含量低于 10%時，拉伸強度提高的幅度較小，這是因為纖維增強塑料主要是依靠纖維來承受較大的載荷。當 BF 的含量較低時，纖維之間沒有出現較大的交疊，所以對材料的增強效果較差。當 BF 含量超過 25%后，這時材料的拉伸強度出現下降，這主要因為 BF大量的加入，導致混合不均勻，樹脂無法完全浸潤包裹纖維，易出現缺陷，相容性較差，同時成型加工對 BF的損傷較大，BF平均纖維長度變短，低于臨界長度的纖維數量增加，導致強度下降。故在BF含量較低或較高時，其界面強度都較小，以致拉伸強度較小。
隨纖維含量的增加，復合材料的斷裂伸長率在加入玄武巖纖維后大幅度下降，由純 ABS 樹脂的 20%以下降至 7%。這主要是因為 BF的軟化點較高，加工過程中不軟化、不融化，隨著 BF 含量的增加，體系中分子鏈運動的阻力進一步增大，基體分子鏈間的相對滑動變得更加困難，導致整體的剛性大幅上升。本牌號 ABS 的斷裂伸長率為 20%左右。而玄武巖纖維的加入，使BF/ABS復合材料在達到屈服強度后，因為有BF傳遞荷載和應力，材料不能產生塑性屈服，直至其被破壞。所以，隨著玄武巖纖維用量的增加，BF/ABS復合材料的斷裂伸長率變小。
纖維在樹脂表面隨著BF含量的增加，纖維在復合材料中排列逐漸緊密。材料破壞的方式以纖維斷裂為主，纖維表面有部分樹脂黏附，佐證了玄武巖纖維對ABS樹脂拉伸強度具有一定的增強效果。隨著 BF 含量的增加，一方面，外界的載荷不能通過樹脂基體與纖維界面的剪切作用傳遞給纖維，反而由于纖維的存在破壞了ABS 樹脂的均一性，復合材料的缺陷也增多，如在體系中造成空穴、纖維疊加等，另一方面，當材料受到外力的沖擊時，出現的裂紋會沿著 BF 迅速蔓延擴大。所以復合材料的沖擊強度隨著 BF 含量的增加而降低。此外，BF含量的增加也相對降低體系中橡膠粒子濃度，而這些橡膠粒子卻能夠吸收大量的沖擊能，所以材料的沖擊強度進一步降低。
隨著體系中 BF 含量的增加，BF/ABS 復合材料的維卡軟化溫度逐漸提高。當 BF 含量為20%時，材料的維卡軟化溫度上升了 20℃，達到 126℃。分析其原因認為，由于BF含量的增加，改變了基體中分子間的作用力，使體系中基體分子鏈段熱運動變得困難，纖維界面層上的聚合物大分子鏈段運動也受到了阻礙，所以只有升高溫度，樹脂基體的高分子鏈段才能夠自由移動，因此，BF含量的增加使復合材料的耐熱性提高。