改性玄武巖纖維及其復(fù)合材料力學(xué)性能研究.pdf

1、玄武巖纖維最初由前蘇聯(lián)科學(xué)家開發(fā)，完全應(yīng)用于軍事上的航空和航天領(lǐng)域。該纖維是一種與傳統(tǒng)應(yīng)用纖維不同的無機(jī)纖維，其力學(xué)、耐高溫和耐酸堿腐蝕等性能優(yōu)異且獨(dú)特。目前，該纖維在纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料領(lǐng)域已經(jīng)一定程度上代替玻璃纖維、PBO纖維和碳纖維，極有可能成為當(dāng)今世界的第四大高性能應(yīng)用纖維。但玄武巖纖維同其他很多高性能纖維類似，具有表面化學(xué)惰性，在作為樹脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)體時(shí)與樹脂間的結(jié)合能力較差，復(fù)合材料無法充分發(fā)揮纖維自身的力學(xué)性能優(yōu)勢，

2、因此當(dāng)前對玄武巖纖維的研究更多地集中在纖維表面改性方面。
　　本文的主要研究內(nèi)容是通過對玄武巖纖維進(jìn)行表面涂層改性，從而提高玄武巖纖維及其復(fù)合材料的力學(xué)性能，增強(qiáng)復(fù)合材料制品的高溫穩(wěn)定性，使復(fù)合材料制品具有優(yōu)異的室溫層間剪切強(qiáng)度和高溫剩余層間剪切強(qiáng)度。
　　在優(yōu)化后的玄武巖纖維/酚醛樹脂基復(fù)合材料熱模壓成型工藝的基礎(chǔ)上，通過使用SiO2、ZrO2和CeO2納米粒子對實(shí)驗(yàn)自制配方的玄武巖纖維通用浸潤劑和成膜劑進(jìn)行改性，獲得納米

3、粒子改性浸潤劑和改性成膜劑，并用其對玄武巖纖維進(jìn)行表面涂層改性，制備成復(fù)合材料。通過對復(fù)合材料制品層間剪切強(qiáng)度、高溫減重以及高溫剩余層剪強(qiáng)度的測定，確定出使用SiO2粒子改性浸潤劑對玄武巖纖維進(jìn)行表面改性，可以最大限度提高復(fù)合材料的界面強(qiáng)度，同時(shí)使用ZrO2粒子改性浸潤劑涂層改性的玄武巖纖維具有最優(yōu)異的抗高溫減重性能和層剪強(qiáng)度剩余率。
　　在此基礎(chǔ)上，還研究了表面涂覆不同粒徑和不同濃度SiO2粒子的玄武巖纖維及其復(fù)合材料的力學(xué)性能

4、，同時(shí)研究了和CeO2改性酚醛樹脂所制備復(fù)合材料的力學(xué)性能，高溫減重率及層剪強(qiáng)度剩余率。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用濃度0.2wt％，粒徑為350nm的SiO2粒子對玄武巖纖維進(jìn)行表面涂覆，可以有效的改善玄武巖纖維的表面極性，增大纖維與樹脂結(jié)合能力，并使復(fù)合材料的界面性能有較高的提升；而使用ZrO2和CeO2改性酚醛樹脂制備出的復(fù)合材料只能具有與未改性玄武巖纖維/酚醛樹脂復(fù)合材料持平的層剪性能，其高溫層剪強(qiáng)度剩余率整體低于使用ZrO2和CeO2改