玄武巖纖維的化學(xué)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(wú)機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，在我國(guó)基本上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，但離大規(guī)模生產(chǎn)與銷(xiāo)售仍有不少距離。此外該產(chǎn)品質(zhì)量和一些相關(guān)技術(shù)指標(biāo)仍有許多上升的空間。本課題主要基于現(xiàn)階段我國(guó)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(diǎn)及表面特性入手對(duì)纖維本體性能、顯微微觀(guān)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了表征分析，并對(duì)玄武巖纖維進(jìn)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(rèn)識(shí)這種新的纖維材料，為進(jìn)一步拓

2、展玄武巖纖維的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域提供數(shù)據(jù)和理論上的支持。
　　本文具體對(duì)一種國(guó)產(chǎn)玄武巖連續(xù)纖維的基本結(jié)構(gòu)、物化性能、化學(xué)穩(wěn)定性，顯微精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并在此基礎(chǔ)之上對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行了表面改性處理；同時(shí)對(duì)改性后的玄武巖纖維的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、界面性能以及玄武巖纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料的化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)表征分析，并對(duì)其相應(yīng)機(jī)理進(jìn)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(fù)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(qiáng)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(xué)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(jī)理是不同的：在酸環(huán)境條件下，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)主要是玄武巖纖維中網(wǎng)絡(luò)改變體元素的滲出，隨著反應(yīng)的進(jìn)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(fù)；在強(qiáng)堿性環(huán)境條件下，發(fā)生的化學(xué)反

4、應(yīng)主要是玄武巖纖維中網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行的。在不同堿環(huán)境條件下其腐蝕機(jī)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(xué)成分組成，各成分在纖維網(wǎng)絡(luò)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(xì)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(lèi)平面結(jié)構(gòu)”的顯微精細(xì)結(jié)構(gòu)特征。
　　通過(guò)對(duì)玄武巖纖維實(shí)施納米SiO2/環(huán)氧復(fù)合涂層表面改性，玄武巖纖維的力學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定等性能均得到了較大的提高：力學(xué)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(fù)合涂層使玄武巖纖維表面均勻地布滿(mǎn)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(shí)大幅度提高了其復(fù)合材料的界面性能，改性后玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度（ILSS）提高了20%。納米粒子的