一种玄武岩纤维屏蔽材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及纤维复合材料，尤其涉及一种玄武岩纤维屏蔽材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着输电电压等级的不断提高，相关电气元器件的性能对电力系统的稳定运行有着至关重要的作用，高压试验大厅作为测试这些元器件电气性能的试验场所，大厅内部设备及试验电路受到外界电磁波的干扰时会对试验结果产生影响，由于大厅内部仪器的精密性，当外部电磁波较大时甚至会对内部仪器造成损坏。

2、纤维增强热塑性工程塑料是塑料复合材料，其具有优异的拉伸性能、弯曲性能和高刚性，同时还能够在复合材料中加入多种功能材料以使得复合材料具备不同的功能，例如在复合材料中加入导电材料和磁性材料，能够通过电场和磁场屏蔽作用使得复合材料具备宽频段电池波屏蔽功能，则能够将具有电磁波屏蔽作用的复合材料在高压试验大厅中得到应用。

3、例如向复合材料中加入碳纳米管和/或石墨烯纳米片时，利用其电场屏蔽作用以使得复合材料获得高频段电磁波屏蔽效能，而向复合材料中加入具有顺磁性的四氧化三铁无机粒子，可以利用电磁波的磁涡流损耗，使得复合材料获得低频段电磁波屏蔽效能。但是加入上述例如碳纳米管、石墨烯纳米片、四氧化三铁无机粒子等功能材料时，会造成复合材料中各种材料之间的结合性能下降，直接体现在复合材料的力学性能下降。因此亟需提供一种方案改善这一问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种玄武岩纤维屏蔽材料及其制备方法与应用，具有良好的力学性能和电磁屏蔽性能，能够很好地在高压试验大厅中应用。

2、第一方面，本发明提供的一种玄武岩纤维屏蔽材料，以重量份数计，包括20-30份的改性玄武岩纤维、2-3份的功能助剂、100份的热塑性树脂；所述改性玄武岩纤维的制备方法包括以下步骤：将玄武岩纤维分散在丙酮中，在50-60℃下搅拌1-2h后滴加硅烷偶联剂溶液，并保持搅拌状态升温至70-90℃后，制得活化混合液；在2-3个标准大气压的氮气气氛下，向活化混合液中逐滴滴加分散有纳米二氧化硅的悬浮液，并在70-90℃下回流反应1-2h后过滤干燥制得活性纤维；将活性纤维、碳纳米管、多巴胺、磁性四氧化三铁纳米颗粒分散在缓冲溶液中，在45-50℃下搅拌反应10-12h后制得改性溶液；在50-60℃下，向改性溶液中逐滴滴加戊二醛溶液搅拌反应5-6h后过滤干燥，制得改性玄武岩纤维。

3、本发明提供的一种玄武岩纤维屏蔽材料，通过对玄武岩纤维进行表面改性，在其表面增加纳米二氧化硅粒子，能够有效提高玄武岩纤维的表面粗糙度，并提高玄武岩纤维的表面能，增加玄武岩纤维与聚多巴胺的结合面积，同时由于对玄武岩纤维进行表面改性后使得表面有阳离子存在，纤维表面电位升高，带有正电荷，从而能够利用静电吸引使得多巴胺在玄武岩纤维表面进行聚合，提高多巴胺在玄武岩表面的附着能力，从而多巴胺聚合后能够将碳纳米管与磁性四氧化三铁纳米颗粒吸附固定在玄武岩纤维表面，进而提高了碳纳米管与磁性四氧化三铁纳米颗粒的分布均匀性。

4、进一步地，将玄武岩纤维分散在丙酮前，将玄武岩纤维短切破碎至2-4mm，并使用无水乙醇对破碎后的玄武岩纤维进行清洗，制得预处理后的玄武岩纤维。通过对玄武岩纤维进行短切清洗，能够提高玄武岩纤维的比表面积及清洁度，有利于玄武岩纤维的改性处理，及改性后的玄武岩纤维在屏蔽材料中的分散均匀性。

5、进一步地，将玄武岩纤维分散在丙酮中，在50-60℃下搅拌1-2h后滴加硅烷偶联剂溶液的过程中，所述硅烷偶联剂溶液中的硅烷偶联剂溶剂包括3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷中的至少一种。通过使用硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行表面处理后，有利于提高玄武岩纤维的表面活性，从而使得纳米二氧化硅可以与玄武岩纤维表面进行结合，从而对玄武岩纤维进行表面第一次改性处理。

6、进一步地，将玄武岩纤维分散在丙酮中，在50-60℃下搅拌1-2h后滴加硅烷偶联剂溶液后，混合溶液中玄武岩纤维与硅烷偶联剂溶剂的质量比为1：(0.2-0.25)。通过将硅烷偶联剂与玄武岩纤维设置成这一比例，有利于在保持硅烷偶联剂与玄武岩纤维充分接触的前提下，减少硅烷偶联剂的用量。

7、进一步地，向活化混合液中逐滴滴加分散有纳米二氧化硅的悬浮液后，混合液中玄武岩纤维与纳米二氧化硅的质量比为1：(0.15-0.25)。

8、进一步地，将活性纤维、碳纳米管、多巴胺、磁性四氧化三铁纳米颗粒分散在缓冲溶液后，混合液中活性纤维、碳纳米管、多巴胺、磁性四氧化三铁纳米颗粒的质量比为1：(0.6-0.8)：(0.8-1)：(0.2-0.3)。

9、进一步地，在50-60℃下向改性溶液中逐滴滴加戊二醛溶液时，所述戊二醛溶液中戊二醛溶质的滴加总量与活性纤维的质量比为1：(10-15)。

10、进一步地，所述功能助剂包括阻燃剂和抗氧剂。

11、第二方面，本发明还提供一种玄武岩纤维屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：将改性玄武岩纤维与功能助剂在100-120℃的氮气环境中搅拌混合后，制得混合料；将热塑性树脂投入造粒机中以200-250℃搅拌熔融后与混合料挤压共混造粒，制得玄武岩纤维屏蔽材料。

12、第三方面，本发明还提供一种玄武岩纤维屏蔽材料在高压试验大厅屏蔽层中的应用。

技术特征：

1.一种玄武岩纤维屏蔽材料，其特征在于，以重量份数计，包括20-30份的改性玄武岩纤维、2-3份的功能助剂、100份的热塑性树脂；所述改性玄武岩纤维的制备方法包括以下步骤：将玄武岩纤维分散在丙酮中，在50-60℃下搅拌1-2h后滴加硅烷偶联剂溶液，并保持搅拌状态升温至70-90℃后，制得活化混合液；在2-3个标准大气压的氮气气氛下，向活化混合液中逐滴滴加分散有纳米二氧化硅的悬浮液，并在70-90℃下回流反应1-2h后过滤干燥制得活性纤维；将活性纤维、碳纳米管、多巴胺、磁性四氧化三铁纳米颗粒分散在缓冲溶液中，在45-50℃下搅拌反应10-12h后制得改性溶液；在50-60℃下，向改性溶液中逐滴滴加戊二醛溶液搅拌反应5-6h后过滤干燥，制得改性玄武岩纤维。

2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维屏蔽材料，其特征在于，将玄武岩纤维分散在丙酮前，将玄武岩纤维短切破碎至2-4mm，并使用无水乙醇对破碎后的玄武岩纤维进行清洗，制得预处理后的玄武岩纤维。

3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维屏蔽材料，其特征在于，将玄武岩纤维分散在丙酮中，在50-60℃下搅拌1-2h后滴加硅烷偶联剂溶液的过程中，所述硅烷偶联剂溶液中的硅烷偶联剂溶剂包括3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的玄武岩纤维屏蔽材料，其特征在于，将玄武岩纤维分散在丙酮中，在50-60℃下搅拌1-2h后滴加硅烷偶联剂溶液后，混合溶液中玄武岩纤维与硅烷偶联剂溶剂的质量比为1：(0.2-0.25)。

5.根据权利要求1所述的玄武岩纤维屏蔽材料，其特征在于，向活化混合液中逐滴滴加分散有纳米二氧化硅的悬浮液后，混合液中玄武岩纤维与纳米二氧化硅的质量比为1：(0.15-0.25)。

6.根据权利要求1所述的玄武岩纤维屏蔽材料，其特征在于，将活性纤维、碳纳米管、多巴胺、磁性四氧化三铁纳米颗粒分散在缓冲溶液后，混合液中活性纤维、碳纳米管、多巴胺、磁性四氧化三铁纳米颗粒的质量比为1：(0.6-0.8)：(0.8-1)：(0.2-0.3)。

7.根据权利要求1所述的玄武岩纤维屏蔽材料，其特征在于，在50-60℃下向改性溶液中逐滴滴加戊二醛溶液时，所述戊二醛溶液中戊二醛溶质的滴加总量与活性纤维的质量比为1：(10-15)。

8.根据权利要求1所述的玄武岩纤维屏蔽材料，其特征在于，所述功能助剂包括阻燃剂和抗氧剂。

9.一种如权利要求1至8任一项所述玄武岩纤维屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将改性玄武岩纤维与功能助剂在100-120℃的氮气环境中搅拌混合后，制得混合料；将热塑性树脂投入造粒机中以200-250℃搅拌熔融后与混合料挤压共混造粒，制得玄武岩纤维屏蔽材料。

10.一种如权利要求1至8任一项所述玄武岩纤维屏蔽材料在高压试验大厅屏蔽层中的应用。

技术总结本发明提供了一种玄武岩纤维屏蔽材料及其制备方法与应用，涉及纤维复合材料技术领域。本发明提供的玄武岩纤维屏蔽材料以重量份数计，包括20‑30份的改性玄武岩纤维、2‑3份的功能助剂、100份的热塑性树脂；改性玄武岩纤维的制备方法包括以下步骤：将玄武岩纤维分散在丙酮中搅拌后滴加硅烷偶联剂溶液制得活化混合液；向活化混合液中滴加分散有纳米二氧化硅的悬浮液，回流反应后过滤干燥制得活性纤维；将活性纤维、碳纳米管、多巴胺、磁性四氧化三铁纳米颗粒分散在缓冲溶液中制得改性溶液；向改性溶液中滴加戊二醛溶液搅拌反应过滤干燥，制得改性玄武岩纤维。本发明提供的屏蔽材料具有良好的力学性能和电磁屏蔽性能，能够很好地在高压试验大厅中应用。技术研发人员：傅剑鸣,何志松,朱汉波,方祖敏,沈嘉文,吕施霖,李乐,代晓寒,刘贺晨受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司综合服务分公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18