玄武巖纖維的表面處理及其復合材料性能研究.pdf

1、玄武巖纖維（BF）是一種無機礦物纖維，具有優(yōu)異的力學性能、耐高溫、耐酸堿、對環(huán)境無污染等一系列優(yōu)良性能。從而以其為增強體制成的復合材料，廣泛應用于航空航天、建筑、農業(yè)等軍工和民用領域。但是，由于玄武巖纖維表面光滑且表面呈現(xiàn)化學惰性，作為樹脂基復合材料的增強體時與樹脂的粘附性及浸潤性差，使得復合材料無法充分發(fā)揮玄武巖纖維的力學性能優(yōu)勢。因此，對該纖維進行表面處理以改善復合材料的界面性能具有重要意義。
　　本文采用新型的水性聚氨酯溶液

2、對玄武巖織物進行表面涂層處理，利用電鏡和紅外光譜分析玄武巖纖維表面結構和化學組成的變化；對玄武巖/環(huán)氧樹脂復合材料進行拉伸，彎曲，沖擊等力學實驗，從宏觀力學角度評價和分析聚氨酯表面處理對復合材料力學的影響；根據(jù)動態(tài)力學實驗（DMA）結果分析復合材料粘彈性的變化；運用AE監(jiān)測材料拉伸過程中產生的斷裂損傷聲響，并分析其在拉伸受力過程中的損傷類型及各損傷階段所呈現(xiàn)的特性，并分析聚氨酯處理是否對復合材料斷裂歷程產生的影響；運用電鏡觀察復合材料斷

3、口形貌及其最終的破壞模式。
　　結果表明：經(jīng)過聚氨酯表面處理之后，玄武巖纖維表面出現(xiàn)明顯的聚氨酯薄膜，部分纖維之間產生了抱合，同時纖維表面也會附著一些聚氨酯粒子。通過紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，聚氨酯涂層處理增加了纖維表面極性官能團的數(shù)量，并且纖維表面的羥基與聚氨酯溶液中的親水基團形成了氫鍵結合。
　　在此基礎上，將玄武巖織物通過手糊成型工藝將其制成復合材料。實驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)過聚氨酯處理能夠有效提升復合材料的力學性質：在2.0％拉伸樣品中，

4、相對與0％樣品，拉伸模量提高了31％，拉伸強度提高了21％；同樣在1.0％彎曲樣品中，彎曲模量提高了10.0％，彎曲強度提高了6.9％；同樣在3.0％沖擊樣品中，沖擊強度相比于0％樣品提高了21.0％。同時利用SEM對沖擊斷面形貌分析，發(fā)現(xiàn)3.0％樣品中，纖維與樹脂間脫粘減少，同時沖擊斷面呈現(xiàn)脆性斷裂，這都說明了聚氨酯涂層處理能夠有效增強纖維與樹脂之間的界面強度，提高材料的力學性能。通過DMA分析發(fā)現(xiàn)，聚氨酯在復合材料界面處產生一種柔性

5、界面層，降低了材料的剛性，從而降低了材料的儲能模量；同時在界面處聚氨酯分子與基體樹脂分子鏈之間產生纏繞等作用，限制了分子鏈段的運動，從而導致材料損耗模量減??；材料的玻璃化轉變溫度也向低溫方向轉移，表明聚氨酯能提高材料的粘性，但是降低了材料的彈性。
　　通過對材料拉伸最終整體斷裂面觀察發(fā)現(xiàn)，隨著聚氨酯含量的增加，材料破壞過程中的基體破壞逐漸減少。同時通過AE信號，發(fā)現(xiàn)試樣在拉伸破壞過程具有階段性，0％樣品在50s作用產生初始破壞，隨