新疆理化所导电玄武岩纤维材料制备与应用研究取得进展

<正>玄武岩纤维(Basalt fibre,BF)是由玄武岩为原料,通过熔融拉丝工艺制成的纤维材料。玄武岩纤维与普通的玻璃纤维相比,具有更高的强度和模量、更宽的耐温范围;相比于碳纤维则具有更低的生产能耗和材料成本。玄武岩纤维具有良好的抗腐蚀性、阻燃性,生产过程环境友好(无含氮、     

玄武岩纤维和玻璃纤维的耐碱性及其网格布对混凝土双向板弯曲性能的影响

为了研究玄武岩纤维网格布和玻璃纤维网格布的耐碱腐蚀性及其对混凝土方板双向受弯性能的影响,进行了玄武岩纤维和高锆玻璃纤维的耐碱试验和其网格布增强混凝土双向板的弯曲性能试验。借鉴欧洲EFNARC标准,利用四边简支方板试验,对比分析了不同纤维网格布对混凝土方板的双向增强效应。结果表明,与玄武岩纤维相比,高锆玻璃纤维的耐碱腐蚀性更好。纤维网格布较高的双向受拉性能可改善混凝土双向板的内力和应力重分布能力,玄武岩纤维网格布和高锆玻璃纤维网格布使水泥双向板的受弯承载力分别提高了48%和59%,高锆玻璃纤维的双向增强作用优于玄武岩纤维。      

玄武岩纤维复合材料静、动态力学性能和抗弹性能研究进展

以玄武岩纤维为增强体、树脂为基体制得的玄武岩纤维复合材料具有优异的力学性能、良好的环境适应性和低廉的价格,其在车辆、船舶、航空航天等高新科技领域拥有替代现有玻璃纤维复合材料的潜力.近20年来,玄武岩纤维复合材料的力学性能受到了研究人员的大量关注.玄武岩纤维增强树脂基复合材料中,环氧树脂基复合材料力学性能较为突出,相关研究最受关注.在准静态力学性能研究中,与玻璃纤维复合材料对比发现,玄武岩纤维复合材料在拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、抗低速冲击性能、疲劳性能、耐磨性等方面都更为优异,与碳纤维混杂组成复合材料时也表现出更强的性能,并且通过纤维化学改性和基体纳米颗粒改性可进一步提升玄武岩纤维复合材料的力学性能.国内玄武岩纤维复合材料动态力学性能的研究集中于水泥、沥青、混凝土等材料与玄武岩纤维组成的复合材料,对高性能树脂基复合材料的关注较少.国外研究人员对玄武岩纤维增强树脂基复合材料动态拉伸性能进行了全面研究,发现玄武岩纤维复合材料的动态拉伸模量、强度、应变等都随应变率增加而增大,增大幅度在20％ ～60％;与玻璃纤维复合材料相比,玄武岩纤维复合材料在动态拉伸条件下显示出更高的弹性模量、更大的拉伸强度和更高的拉伸应变.现阶段玄武岩纤维复合材料动态拉伸性能研究的应变率主要集中在100/s左右的较低范围,对动态压缩性能的研究也极为缺失,这难以支撑玄武岩纤维复合材料在涉及高速冲击服役环境中的应用.玄武岩纤维复合材料抗弹性能与S-玻璃纤维复合材料相当,因为玄武岩纤维复合材料具有较为全面的力学性能与环境适应性,所以与其他纤维混杂组成复合材料时可以弥补其他纤维的固有缺点.玄武岩纤维复合材料抗弹性能的变化受基体、纤维等因素的影响,并反映在不同的失效机制上,但在高速动态冲击过程中难以捕获材料本身微观结构的变化,其失效机制只能通过断口形貌进行推测,因此在抗弹性能研究中,仿真模拟技术对玄武岩纤维复合材料冲击变形过程和失效机制的解析研究亟需得到关注.本文归纳了玄武岩纤维增强树脂基复合材料的准静态、动态力学性能及抗弹性能研究现状,分析了现阶段玄武岩纤维复合材料力学性能研究中的不足并提出了建议,以期为高性能、绿色玄武岩纤维复合材料的研究发展提供参考.     

缠绕成型混杂纤维复合材料静态拉伸性能研究

研究了T700碳纤维/玻璃纤维、T700碳纤维/玄武岩纤维不同纤维配比混杂材料的层合板拉伸性能。结果表明,混杂纤维层合板的拉伸性能随着碳纤维含量提高而提高;高断裂位移的纤维可以提高混杂纤维复合材料的断裂伸长率。复合材料模量混杂公式得到的理论值与实际测量值比较接近;加入玻璃纤维或玄武岩纤维可以提高复合材料的韧性,同时节省成本。     

1万吨玄武岩拉丝纤维及其制品项目

正一、项目名称1万吨玄武岩拉丝纤维及其制品项目二、项目概况1.项目可行性。玄武岩纤维是玄武岩石料在1450℃~1500℃熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维,类似于玻璃纤维,其性能介于高强度S玻璃纤维和无碱E玻璃纤维之间。纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色,类似金色。玄武岩纤维具有耐高温、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高等性能,是一种纯天     

碳纤维增强树脂复合材料细观蠕变性能

碳纤维增强树脂复合材料以其优异的性能,在各领域得到广泛应用。由于树脂基体具有黏弹性,使其合成的复合材料也表现出黏弹性行为。蠕变是材料黏弹性行为中最典型的一类现象,因此对碳纤维增强树脂复合材料细观蠕变性能的研究具有重要意义。室温下利用纳米压痕技术对碳纤维增强树脂复合材料中的基体、界面及纤维相在不同峰值载荷下的细观蠕变行为进行分析。结果表明:在相同的蠕变时间下,最大载荷为2 mN和10 mN的纤维蠕变位移约为基体蠕变位移的1/3和1/2,界面的蠕变位移介于两者之间;稳态蠕变阶段的蠕变速率小于0.1%;基体、界面、纤维的蠕变应力指数分别为3.6、2.9和2.1。同时根据Kelvin-Voigt模型得到了基体、界面及纤维的第一、第二复数模量、黏度系数及蠕变柔量。      

玄武岩纤维表面处理新方法——酸刻蚀处理的可行性研究

对玄武岩纤维和玻璃纤维表面进行了酸刻蚀处理,使用扫描电子显微镜观察其表面形态变化。通过测定处理后纤维的强度变化、质量损失率,研究酸刻蚀处理对玄武岩纤维本身性能的影响,以玻璃纤维为参照研究酸刻蚀的处理方式是否适用于玄武岩纤维。结果表明:玄武岩纤维经过酸刻蚀处理后由光滑表面变得有凹槽,进而出现片状脱落,这与玻璃纤维的变化规律有相似性,说明经过酸刻蚀处理可以增加玄武岩纤维的比表面积,从而提高其与树脂结合的可能性。此外,拉伸强度的下降和质量损失的变化(逐渐增加到趋于稳定)都比玻璃纤维的程度小。因此,进一步说明酸刻蚀对玄武岩纤维本身的影响小于玻璃纤维,作为其表面处理的一种方式是可行的。     

激光改性纤维对其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后,以环氧树脂为基体,分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征,研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高,其拉伸强度最大提高了77.06%,冲击强度最大提高了31.25%,玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之,而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此,激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。     

玄武岩纤维对老化沥青混合料路用性能的影响

为研究玄武岩纤维对老化沥青混合料路用性能的影响,通过车辙试验、低温弯曲小梁试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验研究了玄武岩纤维对沥青混合料抗老化性能的作用。试验结果表明:虽然玄武岩纤维沥青混合料的动稳定度随老化时间增加,但相对于普通沥青混合料而言,其增加的幅度减缓,提出采用相对变形率作为老化性能评价指标;玄武岩纤维延缓了沥青混合料老化性能的衰变,使得老化后的混合料低温抗裂性改善;经短期老化和长期老化后玄武岩纤维沥青混合料水稳定性能均优于普通沥青混合料,且玄武岩纤维显著降低了长期老化试件的未冻融劈裂强度,因此在应用中应适当增加碾压次数。     

玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的耐久性研究

确定了玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的最优配合比,将玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料与普通C40混凝土在相同条件下进行耐久性对比实验。结果表明,玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料在300次冻融循环后,质量损失不到1.5%,而在不到150次冻融循环中,普通C40混凝土的质量损失已接近5%;混杂纤维水泥基材料28和56 d的渗透系数为普通C40混凝土的53%和26%,混杂纤维水泥基材料具有较强的抗渗透能力,抗渗性随着龄期增长逐渐增强;碳化时间<28 d时,混杂纤维水泥基材料的碳化深度大于普通C40混凝土,但碳化时间56 d时,混杂纤维水泥基材料的碳化深度为普通C40混凝土的90%;混杂纤维水泥基材料28和56 d的电通量分别为普通C40混凝土的65%和49%,混杂纤维水泥基材料的抗氯离子性能明显高于普通C40混凝土。玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的各项耐久性指标均优于普通C40混凝土。     

玄武岩纤维增强酚醛树脂复合材料高温热分析研究

通过对B7/S157玄武岩纤维增强酚醛树脂复合材料和G/S157玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料体系进行高温热分析研究、热力学计算及高温反应产物成分分析,结果表明:玄武岩纤维中的氧化铁及氧化亚铁成分可在化学反应中充当催化剂,改变材料体系中碳硅反应历程,使得碳硅反应可在相对较低温度下进行,促进材料的吸热效应,有别于玻璃纤维增强防热复合材料。     

Cansas-Ⅱ SiCf/SiC复合材料的高温拉伸蠕变行为

连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC_f/SiC)是发展先进航空发动机的关键材料,航空发动机长时服役要求材料具有优异的高温蠕变性能。本工作研究了平纹编织Cansas-Ⅱ碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiC_f/SiC)在空气中的高温蠕变行为,蠕变温度为1200～1400℃,应力水平为80～140MPa。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了2D-SiC_f/SiC复合材料的微观组织和断口形貌,使用能谱分析仪(EDS)进行了成分分析。结果表明:当蠕变应力低于比例极限应力(σ_PLS)时, 2D-SiC_f/SiC的蠕变断裂时间超过500h,稳态蠕变速率为1×10^–10～5×10^–10/s,蠕变行为由基体和纤维共同控制。当蠕变应力高于σ_PLS时,复合材料的基体、纤维和界面均发生氧化,蠕变断裂时间显著降低,稳态蠕变速率提高一个数量级,蠕变行为主要由纤维控制。     

单轴取向乙烯-三氟氯乙烯共聚物纤维结晶结构与性能表征

以乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)为成纤聚合物,采用熔融纺丝技术制备了单轴取向ECTFE纤维,借助X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、力学性能测试、蠕变性能测试等分析了所得纤维的结晶结构、热性能、力学性能和抗蠕变性能等。结果表明:单轴取向ECTFE纤维具有良好的结晶性能,结晶属六方晶系,结晶取向度约90%;纤维力学性能、耐热性、抗蠕变性以及耐化学试剂性能优异。     

我国高强度玻璃纤维的研制与应用

玻璃纤维具有耐高温、抗腐蚀、强度高、吸湿性低及伸长率小等一系列优异特性,是国民经济中不可或缺的高新技术材料。自20世纪30年代末期玻璃纤维问世以来,世界各国均致力于开发具有更高性能的特种功能玻璃纤维。科研人员通过改变玻璃的化学组分与性能关系、改变玻璃纤维的截面形状、采用新的纤维成型工艺和表面处理技术等,成功研制了各种性能优异的玻璃纤维,如高强玻璃纤维、低介电常数玻璃纤维、耐高温的高硅氧玻璃纤维、异形截面玻璃纤维、轻质透波空心玻璃纤维、镀金属玻璃纤维、耐辐射和中子混合辐射的耐辐照玻璃纤维等。这些     

亚麻纤维/玄武岩(玻璃)纤维混杂复合材料的力学性能、断面形貌和DMA的性能表征

研究了亚麻纤维分别与玄武岩纤维和玻璃纤维(F/B和F/G)混杂质量比对混杂复合材料(B1-B3和G1-G3)的密度、力学性能和DMA性能。结果表明,随BF(玄武岩纤维)和GF(玻璃纤维)含量增加,F/G复合材料的理论密度和实际密度都增加,而F/B的理论密度降低,实际密度增大;B3的弯曲强度、弯曲模量和冲击韧性分别比B1高40.7%,64.5%和39.4%,G3的弯曲强度、弯曲模量和冲击韧性分别比G1高26.3%,48.0%和58.9%,复合材料F/G弯曲强度的比强度和储存模量的比模量与F/B相当,但F/G的冲击韧性和动态热机械性能都明显比F/B更好,同时F/G混杂体系的界面结合强度更高。SEM(扫描电子显微镜)表明亚麻纤维与UP结合较差,BF与UP的界面结合不如GF与UP,因此F/G力学性能比F/B更好。     

喷射FRP加固震损钢筋混凝土柱抗震性能试验

通过12组72件喷射纤维/树脂复合材料(FRP)试样的拉伸强度试验,研究了纤维种类、树脂基体材料、纤维体积分数、纤维混杂比及纤维长度等因素对喷射FRP拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率等性能的影响。通过8根钢筋混凝土(RC)柱试件的拟静力试验,研究了喷射玄武岩纤维/树脂复合材料(BFRP)和混杂玄武岩-碳纤维/树脂复合材料(BF-CFRP)加固震损RC柱的抗震性能,分析了喷射FRP层厚度、纤维混杂比、柱预损程度和柱轴压比等对加固试件的极限承载力、抗侧变形能力、刚度退化特征和滞回特性的影响。结果表明:玻璃纤维与乙烯基酯树脂基体的协同工作性能最优,而玄武岩纤维具有耐久性高、延性好、与乙烯基酯树脂基体协同工作性能好等优良性能,可以作为玻璃纤维的良好替代品;玄武岩纤维混杂少量比例的碳纤维作为树脂基体增强材料,可以有效提高喷射FRP的拉伸强度和变形性能;震损RC柱经喷射FRP加固后,可以基本恢复其震损前设计极限承载力,并有效提高其延性和耗能能力。该加固方法可以对地震区已震损RC柱进行快速加固,有效防止整体结构在余震中发生倒塌等严重破坏。      

玄武岩纤维增强复合材料及其应用最新研究进展

玄武岩纤维增强复合材料是一种以玄武岩纤维为增强体,以树脂基或水泥基等为基体的新型复合材料,其具有高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能。综述了玄武岩纤维及其复合材料的最新研究现状及其在隔热、耐温、防火领域、石油化工领域、汽车领域及建筑工程领域的应用。并对玄武岩纤维增强复合材料及其应用进行了展望。     

废弃玻璃纤维增强磷酸盐混凝土的力学性能研究

以废弃玻璃纤维、磷酸盐、粉煤灰、砂骨料等材料为原料,制备了短纤维增强磷酸盐基混凝土。利用电子万能试验机和扫描电镜研究了混凝土的抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等力学性能和混凝土中玻璃纤维的失效机制。结果表明,玻璃纤维增强磷酸盐基混凝土具有优异的力学性能;玻璃纤维长度为13 mm,体积分数为2%的混凝土抗压强度、抗拉强度和抗弯强度分别为56.6,2.96和10.1MPa,比未添加玻璃纤维的混凝土提高12.3%,46%和260%,力学性能和Portland水泥混凝土相当;玻璃纤维增强混凝土中纤维的失效机制为纤维断裂机制,而不是纤维拔出机制。     

复合材料汽车

按照美国联邦燃料节约标准,到1985年汽车耗油应是27.5英里/加仑,最终可能达到50英里/加仑。因此,为减轻汽车重量,制造商们急于采用增强塑料复合材料。例如,石墨纤维增强塑料,较之普通的材料,可节约重量达70％。福特汽车公司制造的1979型Ford LTD汽车,使用石墨纤维增强材料约600磅。多数部件由石墨纤维或其他纤维(如玻璃纤维)增强的环氧复合材料制成。实际上整个车身、框架和车底架(约160个部件)均用石墨纤维增强复合材料制成。这种汽车比现在生产的LTD型车(3750磅)轻1250磅。它可用一台2.3升、4缸发动机驱动。实验数据表     

冻融条件下玄武岩纤维混凝土断裂韧度研究

该文使用数字图像相关方法实时观测三点弯试验中切口混凝土梁全场变形,分析混凝土梁断裂破坏过程中水平位移和应变的变化规律,基于切口处水平位移和应变变化规律确定起裂荷载,并研究冻融循环次数和纤维掺量对混凝土起裂韧度、失稳韧度、临界开口位移的影响,结果表明：对于C30混凝土而言,起裂韧度和失稳韧度随冻融次数的增加而减小,降幅约为0.6 MPa·m^1/2~0.80 MPa·m^1/2,两种韧度随玄武岩纤维掺量增加有小幅增加,最大增幅分别约为0.1 MPa·m^1/2和0.2 MPa·m^1/2,说明玄武岩纤维能提高C30混凝土的抗冻性,但提高程度是一定的,玄武岩纤维不能完全抑制冻融对混凝土的损伤;纤维掺量对失稳韧度的提高幅度要比起裂韧度大;起裂韧度增益比和失稳韧度增益比都随纤维掺量增加先增大后减小,两种韧度增益比均在纤维掺量为2.0 kg/m³时最大,因此,在混凝土强度等级为C30时,2.0 kg/m³可作为最佳纤维掺量;临界开口位移随冻融次数增加而增大,随纤维掺量变化效果不明显,与纤维增强作用相比冻融损伤是影响断裂过程变形性能的主要因素;最后在试验结果的基础上,建立了起裂韧度和失稳韧度随纤维掺量和冻融次数的拟合模型。