稀土改性玄武巖纖維-環(huán)氧復合材料的制備與力學性能研究.pdf

1、本文根據(jù)玄武巖纖維的表面特性以及稀土元素獨有的物理化學性質(zhì)，采用稀土溶液浸泡法，對纖維進行表面改性處理，將改性后的纖維作為增強體制備玄武巖纖維/環(huán)氧復合材料。利用傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）、X-射線光電子能譜（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）和電子萬能力學試驗機等測試方法對改性前后的玄武巖纖維表面的化學結(jié)構(gòu)、表面形貌以及玄武巖纖維/環(huán)氧復合材料的力學性能、斷口形貌進行了研究。探討了稀土元素在玄武巖纖維表面以及其復合材料界面處的作

2、用機理，為玄武巖纖維/環(huán)氧復合材料力學性能的提高提供了理論支持。
　　首先，酸化處理后的玄武巖纖維微觀形貌無變化，表面羧基含量的提高為纖維表面稀土改性處理提供活性區(qū)域，隨著稀土改性溶液濃度的提高，纖維表面有新的活性基團形成，在使用0.5wt％稀土改性溶液處理時，表面活性含氧基團數(shù)量達到最高。對玄武巖纖維表面進行 SEM觀察，纖維表面由細小斑點狀組織，逐漸增多聚集成為細小顆粒的密集覆蓋，最后出現(xiàn)大顆粒的結(jié)構(gòu)以及原有包覆膜層的破裂現(xiàn)象

3、。
　　其次，將不同濃度稀土改性溶液處理后的玄武巖纖維/環(huán)氧復合材料，進行力學性能測試，確定最佳稀土改性溶液濃度，隨著稀土改性溶液濃度的提高，復合材料的拉伸性能、彎曲性能以及ILSS性能均呈現(xiàn)先增高后降低的狀態(tài)，并在改性溶液濃度達到0.5wt%時，復合材料的力學性能達到最佳。對玄武巖纖維/環(huán)氧復合材料的拉伸斷面形貌進行SEM觀察，發(fā)現(xiàn)力學性能與復合材料的界面結(jié)合狀態(tài)密切相關，力學性能最佳的復合材料，斷面處殘留大量樹脂基體，良好的界

4、面狀態(tài)起到了有效的傳遞外界破壞力的作用。
　　最后，根據(jù)稀土改性后玄武巖纖維表面的化學結(jié)構(gòu)以及其復合材料的力學性能情況，分析了稀土元素在復合材料中的作用機理。稀土元素可以與玄武巖纖維表面的C、H、O等非金屬元素發(fā)生配位化學反應，并與稀土改性溶液中的有機活性基團發(fā)生化學配位鍵合，提高了纖維表面的活性狀態(tài)，稀土元素與玄武巖纖維以及環(huán)氧樹脂分子鏈發(fā)生化學鍵合，使得玄武巖纖維/環(huán)氧復合材料形成強度和韌性均提高的界面層，宏觀即表現(xiàn)出提高了復