稀土La鹽改性玄武巖纖維增強環(huán)氧樹脂基復合材料力學性能研究.pdf

1、本文以玄武巖纖維為增強體，環(huán)氧樹脂為基體做為研究對象，針對玄武巖纖維表面的化學惰性，與樹脂的浸潤性較差這一特性，采用La鹽配置成不同濃度的稀土改性溶液，對玄武巖纖維進行表面浸泡處理，將玄武巖纖維與環(huán)氧樹脂制成復合材料。采用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、X-射線光電子能譜（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）等分析測試手段對改性前后的纖維表面進行化學性質及物理性質的表征，分析改性液中La元素濃度對纖維表面的化學結構、表面形貌及表面元素組

2、成的的影響規(guī)律。運用電子萬能力學試驗機對其復合材料的力學性能進行測試，并利用SEM對其斷口進行形貌觀察，從而闡述La鹽在纖維表面改性及其纖維與樹脂結合界面的作用原理。
　　第一、通過稀土改性液的浸泡，在玄武巖纖維表面引入了大量的-COOH、-OH等含氧活性基團、使得纖維的表面活性大大提高，并且 SEM顯示稀土改性液在浸泡過程中對纖維表面產生了一定的刻蝕作用，光滑的纖維表面開始有斑點狀凸起結構產生，纖維表面的粗糙度增大，當La元素的

3、含量達到0.5％時，纖維表面上的凸起裹覆在纖維的表面，形成致密的膜結構，但La元素含量超過0.5%時，纖維表面的那層膜結構開始發(fā)生脫落，并且致密的膜結構形成大的顆粒結構。
　　第二、通過對其不同濃度處理前后所得到的復合材料進行力學性能的對比分析可以看出：當La元素含量達到0.5%時，復合材料的拉伸強度、彎曲強度及層間剪切強度均達到最大，較未改性之前分別提高了56.22%、103.32%、88%。斷口顯示，當La元素濃度為0.5%時

4、，斷口處纖維表面殘留的樹脂最多。
　　第三、根據La元素特殊的性質，討論了La元素的作用機理：La元素與玄武巖纖維表面的C、H、O、N等非金屬元素形成化學親和力極強的配位化學鍵，吸附在纖維表面同時將稀土改性液中的含氧有機活性基團引入到纖維表面，使得纖維表面的活性得到顯著提高，當改性纖維添加到樹脂基體時，吸附在玄武巖纖維表面的羥基或羧基會與樹脂中的羥基發(fā)生脫水縮合反應生成醚鍵或酯鍵，同時吸附在纖維表面的La3+還會與樹脂之間生成配位