玄武巖纖維的化學穩(wěn)定性能及其涂層改性研究.pdf

1、玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的新型無機環(huán)保綠色高性能纖維材料，在我國基本上實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，但離大規(guī)模生產(chǎn)與銷售仍有不少距離。此外該產(chǎn)品質(zhì)量和一些相關技術(shù)指標仍有許多上升的空間。本課題主要基于現(xiàn)階段我國玄武巖纖維的生產(chǎn)技術(shù)狀況，從玄武巖纖維自身結(jié)構(gòu)、組成特點及表面特性入手對纖維本體性能、顯微微觀結(jié)構(gòu)等進行了表征分析，并對玄武巖纖維進行了表面改性技術(shù)方面的初步探索與研究，以求深入、全面地了解玄武巖纖維的特性，充分認識這種新的纖維材料，為進一步拓

2、展玄武巖纖維的實際應用領域提供數(shù)據(jù)和理論上的支持。
　　本文具體對一種國產(chǎn)玄武巖連續(xù)纖維的基本結(jié)構(gòu)、物化性能、化學穩(wěn)定性，顯微精細結(jié)構(gòu)進行了實驗研究，并在此基礎之上對玄武巖纖維進行了表面改性處理；同時對改性后的玄武巖纖維的力學性能、化學穩(wěn)定性、界面性能以及玄武巖纖維增強樹脂復合材料的化學穩(wěn)定性進行了實驗表征分析，并對其相應機理進行了一定的探討和研究。結(jié)果表明，玄武巖纖維的成分比較復雜，存在表面吸濕現(xiàn)象，玄武巖纖維的表面能較大，并且

3、其中極性組分占主要部分；玄武巖纖維的強度分布規(guī)律基本符合Weibull規(guī)律，截面直徑分布基本符合正態(tài)分布規(guī)律，其性能的穩(wěn)定性還有較大的提升空間。
　　玄武巖纖維有良好的化學穩(wěn)定性，其耐酸腐蝕性能較其耐堿腐蝕性能更加優(yōu)越。玄武巖纖維在不同的介質(zhì)中其腐蝕機理是不同的：在酸環(huán)境條件下，發(fā)生的化學反應主要是玄武巖纖維中網(wǎng)絡改變體元素的滲出，隨著反應的進一步發(fā)生，纖維表面發(fā)生縱向裂紋并最終表面發(fā)生了部分修復；在強堿性環(huán)境條件下，發(fā)生的化學反

4、應主要是玄武巖纖維中網(wǎng)絡形成體元素的滲出，并且玄武巖纖維是按逐層腐蝕的方式進行的。在不同堿環(huán)境條件下其腐蝕機理也有所差別，在弱堿Ca(OH)2環(huán)境條件下，玄武巖纖維發(fā)生的是局部腐蝕。
　　玄武巖纖維是由多種化學成分組成，各成分在纖維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中所起的作用不盡相同，玄武巖纖維整體呈非晶態(tài)結(jié)構(gòu)物質(zhì)存在，處于亞穩(wěn)定狀態(tài)；其顯微精細結(jié)構(gòu)中存在有島狀[SiO4]4-、鏈狀[Si2O6]4-、層狀[Si2O5]2-及硅鋁替代等結(jié)構(gòu)單元，玄武巖纖

5、維整體具有“類平面結(jié)構(gòu)”的顯微精細結(jié)構(gòu)特征。
　　通過對玄武巖纖維實施納米SiO2/環(huán)氧復合涂層表面改性，玄武巖纖維的力學性能，化學穩(wěn)定等性能均得到了較大的提高：力學性能提高了15％,抗堿腐蝕能力提高了40%。此外納米SiO2/環(huán)氧復合涂層使玄武巖纖維表面均勻地布滿了納米小顆粒，這有效的改變了玄武巖纖維的表面粗糙度，同時大幅度提高了其復合材料的界面性能，改性后玄武巖纖維增強復合材料的層間剪切強度（ILSS）提高了20%。納米粒子的