玄武岩连续纤维及其混杂复合材料性能评价

论文摘要

本文对一种玄武岩连续纤维的化学组成、晶体结构、表面特性、力学性能、耐化学腐蚀性等进行了表征分析。采用等离子体发射光谱测试方法（ICP-AES）,分析了玄武岩纤维的化学组成,其主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FexOy、、Na2O、K2O、TiO2等氧化物组成。采用X射线衍射技术分析发现玄武岩岩石为晶态结构,而经熔融、拉丝转变为连续玄武岩纤维时,纤维呈非晶态结构,具有近程有序远程无序的结构特征。采用扫描电子显微镜对玄武岩纤维的表面特性进行了表征分析,发现其表面光滑,截面为圆柱状。对玄武岩纤维密度进行分析,发现纤维中含FexOy量较多时纤维其密度较大,而且Fe含量的高低会直接影响纤维颜色的深浅。对玄武岩纤维束丝拉伸性能和纤维断裂强度进行分析,发现玄武岩纤维的抗拉强度和断裂强度均在一定程度上决定于纤维中网络形成体SiO2和Al2O3的含量。分析玄武岩纤维的耐腐蚀性能发现其具有优异的耐酸碱腐蚀特性,尤其是其耐酸性能更佳。在强酸条件腐蚀一小时情况下其强度保持率仍维持在50%以上。此外对玄武岩纤维的酸碱腐蚀机理进行了分析,发现其腐蚀机理有所不同。酸与玄武岩纤维的作用是玄武岩纤维中成分的部分溶出。而碱与玄武岩纤维作用时首先生成Ca（OH）2,其次Ca（OH）2与玄武岩纤维作用生成了新物质—水化硅酸钙。这一反应破坏了玄武岩纤维的结构,使纤维失去了原来的力学性能。在此研究的基础上,采用模压工艺制备了玄武岩纤维增强层合板和玄武岩纤维混杂增强层合板,并对其力学性能和热性能进行了分析。结果表明玄武岩纤维增强层合板不但力学性能较佳,而且是一种优良的绝热保温材料;玄武岩纤维混杂增强层合板不但力学性能较为优异,而且在某些力学方面由于混杂效应的作用,其性能更为突出。与碳纤维增强复合材料相比,混杂增强复合材料综合性能更加优越,且成本更低。此外,复合材料界面性能还有待进一步改善。通过以上的研究阐明了玄武岩连续纤维的结构、性能特性以及在混杂增强复合材料中的应用,为其进一步广泛应用提供了实验依据和理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 玄武岩纤维的国内外研究进展
• 1.2.1 玄武岩纤维概述
• 1.2.2 玄武岩纤维的生产方法及研究进展
• 1.2.3 玄武岩纤维制品及复合材料的应用
• 1.3 混杂增强复合材料的应用与发展现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 原材料及所用仪器
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 试验仪器
• 2.2 玄武岩连续纤维性能测试分析
• 2.2.1 玄武岩连续纤维密度的测试
• 2.2.2 玄武岩矿石与玄武岩连续纤维晶体结构表征
• 2.2.3 玄武岩连续纤维表面形貌表征
• 2.2.4 玄武岩连续纤维耐化学腐蚀性能测试
• 2.2.5 玄武岩连续纤维断裂强力与断裂伸长测试
• 2.2.6 玄武岩连续纤维复丝拉伸性能测试
• 2.3 纤维增强树脂基复合材料性能测试
• 2.3.1 玄武岩连续纤维与混编纤维增强复合材料的制备
• 2.3.2 混编布断裂强力与断裂伸长率的测定
• 2.3.3 复合材料力学性能测试
• 2.3.4 复合材料热性能测试
• 第三章 玄武岩连续纤维性能研究
• 3.1 玄武岩连续纤维基本物性分析
• 3.1.1 玄武岩连续纤维的化学成分分析
• 3.1.2 玄武岩连续纤维的晶体结构分析
• 3.1.3 玄武岩连续纤维的表面形貌分析
• 3.1.4 玄武岩连续纤维的密度
• 3.2 玄武岩连续纤维力学性能分析
• 3.3 玄武岩连续纤维的耐化学腐蚀性能
• 3.3.1 玄武岩纤维腐蚀前后质量和强度变化率
• 3.3.2 玄武岩纤维腐蚀前后表面形貌变化
• 3.3.3 玄武岩纤维腐蚀机理分析
• 3.4 玄武岩连续纤维增强不同基体复合材料界面性能研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 玄武岩纤维复合材料性能研究
• 4.1 纤维混杂结构设计
• 4.1.1 混杂复合材料的基本概念与特点
• 4.1.2 玄武岩纤维混编复合材料设计
• 4.2 玄武岩纤维混编布性能表征
• 4.3 玄武岩连续纤维布增强酚醛树脂层合板的性能
• 4.3.1 玄武岩连续纤维层合板的固化工艺研究
• 4.3.2 玄武岩连续纤维层合板的力学性能评价
• 4.3.3 玄武岩连续纤维层合板的热性能
• 4.4 层间混杂与夹芯混杂增强层合板的性能评价
• 4.4.1 层间混杂与夹芯混杂增强层合板的力学性能
• 4.4.2 层间混杂与夹芯混杂增强层合板的热性能
• 4.5 层内混杂增强层合板的性能评价
• 4.5.1 层内混杂增强层合板的力学性能
• 4.5.2 层内混杂增强层合板的热性能
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢