改性玄武巖纖維及其復合材料力學性能研究.pdf

1、玄武巖纖維最初由前蘇聯(lián)科學家開發(fā)，完全應用于軍事上的航空和航天領域。該纖維是一種與傳統(tǒng)應用纖維不同的無機纖維，其力學、耐高溫和耐酸堿腐蝕等性能優(yōu)異且獨特。目前，該纖維在纖維增強樹脂基復合材料領域已經一定程度上代替玻璃纖維、PBO纖維和碳纖維，極有可能成為當今世界的第四大高性能應用纖維。但玄武巖纖維同其他很多高性能纖維類似，具有表面化學惰性，在作為樹脂基復合材料的增強體時與樹脂間的結合能力較差，復合材料無法充分發(fā)揮纖維自身的力學性能優(yōu)勢，

2、因此當前對玄武巖纖維的研究更多地集中在纖維表面改性方面。
　　本文的主要研究內容是通過對玄武巖纖維進行表面涂層改性，從而提高玄武巖纖維及其復合材料的力學性能，增強復合材料制品的高溫穩(wěn)定性，使復合材料制品具有優(yōu)異的室溫層間剪切強度和高溫剩余層間剪切強度。
　　在優(yōu)化后的玄武巖纖維/酚醛樹脂基復合材料熱模壓成型工藝的基礎上，通過使用SiO2、ZrO2和CeO2納米粒子對實驗自制配方的玄武巖纖維通用浸潤劑和成膜劑進行改性，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行表面涂層改性，制備成復合材料。通過對復合材料制品層間剪切強度、高溫減重以及高溫剩余層剪強度的測定，確定出使用SiO2粒子改性浸潤劑對玄武巖纖維進行表面改性，可以最大限度提高復合材料的界面強度，同時使用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度剩余率。
　　在此基礎上，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合材料的力學性能

4、，同時研究了和CeO2改性酚醛樹脂所制備復合材料的力學性能，高溫減重率及層剪強度剩余率。通過實驗發(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，增大纖維與樹脂結合能力，并使復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合材料只能具有與未改性玄武巖纖維/酚醛樹脂復合材料持平的層剪性能，其高溫層剪強度剩余率整體低于使用ZrO2和CeO2改