连续玄武岩纤维新材料的制备、性能及应用

以玄武岩矿石为原料拉丝制成的连续玄武岩纤维,是一种高性能天然绿色无机矿物纤维,应用领域广泛,在工业发展和国防建设中具有重要意义。在回顾连续玄武岩纤维制备技术发展的基础上,介绍了坩埚法和池窑法,专门阐述了当前常用的池窑法生产工艺,以及矿石原料、关键设备、浸润剂这三个主要的影响因素。简介了玄武岩纤维中各元素成分对纤维本身性能的不同作用,并将玄武岩纤维与其他高性能纤维材料进行性能及参数对比,认为连续玄武岩纤维及其表面改性后具有优异的综合性能。结合连续玄武岩纤维应用形态对其用途进行了概述,包括玄武岩纤维丝的土工力学增强应用、丝加工成多种织物的耐温隔热应用、岩棉和鳞片的应用、基础型材(复合筋、复合板材、复合管道等)应用,以及复合材料在诸多工业领域或特殊领域的应用。从发展前景、重点应用领域、生产影响因素、制备技术及产业拓展等方面进行了分析与展望,以期对我国玄武岩纤维技术水平和行业发展起到促进作用。     

连续玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料抗冲击性能研究

制备了连续玄武岩纤维增强的环氧树脂基复合材料靶板,并进行了抗冲击性能测试,研究了影响其抗冲击性能的主要因素及抗冲击机理.结果表明,表面处理会使复合材料抗冲击性能下降;而降低织物面密度、提高纤维体积含量可以使复合材料抗冲击性能得到提高.复合材料靶板的主要能量吸收形式为靶板局部变形、分层和纤维拉伸、剪切断裂及纤维拔脱.     

硅烷偶联剂表面改性玄武岩纤维增强复合材料研究进展

表面改性是增强玄武岩纤维与基体材料之间结合性能的关键。综述了硅烷偶联剂表面改性以及酸、碱刻蚀,等离子处理辅助协同硅烷偶联剂表面改性玄武岩纤维的研究进展,介绍了硅烷偶联剂表面改性玄武岩纤维在聚合物基复合材料中的应用,并对发展趋势进行了展望,同时分析了硅烷偶联剂表面改性玄武岩纤维当前存在的问题。     

海泡石对玄武岩纤维的改性研究

从海泡石和玄武岩纤维的结构及化学组成相似性出发,利用ACC-Ⅱ高温坩埚电阻炉在玄武岩中添加海泡石,经熔化、拉丝等工艺制备改性玄武岩纤维。采用扫描电镜 (SEM) 对玄武岩纤维改性前后的显微结构、形貌和特性进行较系统的分析,研究了海泡石对玄武岩纤维性能的影响及其改性机理。结果表明, 重量比为10%~20%的海泡石和玄武岩混合料在高温熔化下可形成新网状结构的改性玄武岩复合材料;海泡石能够改变玄武岩的结构、化学组成及性质,使玄武岩纤维的化学耐久性、柔韧性和耐热强度等都有显著提高。      

玄武岩连续纤维成形工艺研究

为了合理利用我国丰富的玄武岩资源,使玄武岩连续纤维的工业化生产得到大规模的推广.综述国内外相关数据资料,介绍了连续玄武岩纤维成形工艺中的主要技术特点,并采用坩埚法在实验室中对本地略阳玄武岩原料的化学成分、熔化温度、粘度、析晶温度等物理化学特性进行研究,以确定略阳玄武岩纤维合理的成型工艺流程及实验参数.结果表明,略阳玄武岩原矿的化学成分与国外成熟玄武岩纤维原矿的化学成分相似,可以用来制备玄武岩纤维.在实验中,利用10 mm的二次熟料并且将熔炉的温度控制在析晶上限40~50℃,就可以进行玄武岩纤维的拉丝作业.     

氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂复合材料性能

为了改善玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性,并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性,同时制备了氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料.采用FTIR表征了氧化石墨烯的改性效果;运用SEM分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制.结果表明:偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面;玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后,表面粗糙度及活性官能团含量增加,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强,界面黏结强度得到改善,玄武岩纤维的断裂强力提高了30.8%,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.6%.     

玄武岩纤维的性能应用及最新进展

玄武岩纤维相对于其它纤维,在许多方面具有更优越的特性.本文介绍了玄武岩纤维的性能与用途、制备方法及国内外的最新进展情况.     

表面涂层对玄武岩连续纤维力学性能的影响

本文通过对玄武岩连续纤维浸润剂配方的研究分析,结果表明玄武岩连续纤维的表面涂层配方对其力学性能有很大影响.其中成膜剂的组成结构直接影响玄武岩连续纤维的集束性及其与环氧树脂基体的相容性,不同的成膜剂结构使玄武岩连续纤维的断裂强力及拉伸强度差异很大.在浸润剂配方中引入阳离子型助剂有利于提高玄武岩连续纤维的集束性和断裂强力....     

复合材料用玄武岩增强纤维的性能研究

对玄武岩纤维结构与成分进行了介绍,对其力学性能、耐久性能、阻燃性能和耐温性能进行了研究。结果表明:玄武岩纤维性能因其原料产地不同而有较大差异,复杂的化学组成是决定其性能的根本原因。通过与其他高性能纤维对比,玄武岩纤维具有优异的力学性能、耐湿热老化性、阻燃性能、耐温性能,能够很好的应用于复合材料中。     

CBF/S-157酚醛树脂复合材料的研究

对连续玄武岩纤维(CBF)增强S-157酚醛树脂复合材料进行了研究.考察了树脂含量、纤维单丝直径、纤维股数对CBF/S-157复合材料弯曲性能和烧蚀性能的影响,并借助扫描电镜对其烧蚀表面形貌进行了观察,同时将CBF/S-157复合材料与高硅氧玻璃纤维(简称HSGF)/S-157酚醛树脂复合材料的弯曲性能和烧蚀性能进行了对比.结果表明:树脂含量在30%时,CBF/S-157复合材料弯曲性能和烧蚀性能最佳;CBF/S-157复合材料和HSGF/S-157复合材料的烧蚀性能相近,但前者的弯曲性能明显好于后者.     

Atmospheric pressure glow discharge plasma polymerization for surface treatment on sized basalt fiber/polylactic acid composites

This study evaluates the effects of atmospheric pressure glow discharge plasma polymerization on basalt fiber to the properties of basalt fiber/polylactic acid composite. Plasma exposure time was the object of interest so the basalt fiber was exposed to the glow for 0.5, 1.5, 3, 4.5, and 6 min, respectively. Characterization was conducted on the plasma polymerized fibers by identifying the molecular bonds and surface morphology. Properties (mechanical and thermal) and water absorption behavior of the fabricated composites were tested. Plasma exposure time on BF affected mechanical properties of its BF/PLA composite, showing a decline in mechanical properties until the BF was plasma polymerized beyond 1.5 min. Optimum plasma polymerization on BF was for 4.5 min of plasma exposure time where the composite’s strength and modulus were 45% and 18% higher, respectively, compared to those of untreated one.     

玄武岩纤维含量对玄武岩纤维/聚乳酸-铝合金复合材料连接强度的影响

为了提高聚乳酸（PLA）与铝合金的连接强度,采用在PLA中添加玄武岩纤维（BF）获得BF/PLA复合材料的方式对PLA进行增强。利用转矩流变仪对干燥处理后的PLA及BF进行密炼,利用光纤激光器对铝合金表面进行毛化处理。采用平板硫化机对BF/PLA复合材料和处理后铝合金进行连接成型,测试其拉伸强度,对失效后断面进行分析。结果表明:随着BF质量分数的增加,BF/PLA-铝合金连接强度先增强后降低,BF质量分数的增加影响了BF/PLA复合材料的结晶成核。结合试验获得的结果,建立有限元分析模型进行数值模拟,结果显示所建立的模型能够准确还原BF/PLA-铝合金拉伸过程。      

稀土改性对玄武岩纤维增强氰酸酯树脂复合材料性能的影响

采用自制稀土改性剂改性玄武岩纤维（La-BF）布增强双酚A型二氰酸酯（BADCy）制备了La-BF/BADCy复合材料。采用SEM和FTIR分析了改性对BF表面产生的影响,TG分析研究了改性对BF/BADCy复合材料热稳定性的影响,使用电子万能试验机研究改性对不同质量分数的BF/BADCy弯曲性能的影响,通过阻抗分析仪分析了改性对La-BF/BADCy复合材料介电性能的影响。结果表明,改性减少了BF的表面缺陷,并引入了结晶状凸起,有利于提高BF/BADCy复合材料的界面性能;通过改性提高了BF/BADCy复合材料的热稳定性,初始分解温度提高了145℃;当BF的质量分数为12wt%时,改性使BF/BADCy复合材料弯曲模量提高到4.19 GPa,弯曲强度达到110 MPa以上。在1 MHz~3 GHz范围内,La-BF/BADCy复合材料的介电常数稳定在1.9左右。因此稀土改性是一种能够有效提高BF/BADCy复合材料弯曲性能、热稳定性及介电性能的表面改性方法。      

玄武岩纤维纱线的耐高温性能研究

采用多种分析手段对国内某公司生产的玄武岩纤维纱线的高温性能及其机理进行研究。结果表明,随温度的升高,玄武岩纤维纱线的断裂强度呈现先增加后降低的规律,其中,在200℃时能够获得最佳力学性能。在升温过程中,表面处理剂先后发生团聚、分解挥发等变化,主要通过改变纱线的表面粗糙度和承受载荷的纤维数目间接地影响断裂强度。此外,高温处理后的玄武岩纤维纱线内部结构受到一定程度的不可逆破坏。     

玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料复合机制

用三种硅烷偶联剂KH550、KH560和KH570分别处理玄武岩纤维(BF), 以未经偶联剂处理的BF为对照组。X射线电子能谱(XPS)分析三种偶联剂对BF的改性, 发现BF表面的Si元素与偶联剂中的Si元素形成了Si—O—Si键, 其含量顺序为KH550>KH570>KH560。测定了不同方法处理后的BF增强环氧树脂(BF/EP)复合材料水浴前后的弯曲性能和层间剪切强度(ILSS), 同时用SEM观察了BF/EP水浴前后的断裂面微观形貌, 结果发现水浴前三种偶联剂处理BF后都能提高BF/EP的界面粘结性能, 提高效果为KH550>KH560>KH570, 试样破坏时界面无脱粘, 主要发生的是基体破坏, 界面力学性能优于基体力学性能; 水浴处理后, 不同BF/EP的力学性能下降程度不同, 耐水性较差, 试样断裂面呈脆性断裂, 界面脱粘, 部分纤维被拔出后在基体中留下空洞。      

酸处理对玄武岩纤维微观结构和力学性能的影响

采用2.0mol/L H2SO4溶液为酸性侵蚀介质,在80℃下分别处理1、3、5和10h后得到酸处理的玄武岩纤维样品。利用SEM、EDS、XRD、FT-IR以及拉伸实验等研究酸处理对玄武岩纤维的形貌、成分、物相、分子结构以及力学性能的影响。结果表明,酸处理纤维能基本保持圆柱状形貌,成分趋于只含Si、O;酸处理纤维仍保持玻璃态结构,其指纹区红外吸收峰的峰形更尖锐、峰位移向高频区并出现Si—OH等特点;随着酸处理时间的延长,纤维的断裂强度(模量)保留率均呈下降的趋势,且下降的趋势减缓并趋于稳定。     

Bending reinforcement of timber beams with composite carbon fiber and basalt fiber materials

This work shows a study based on data obtained experimentally using bending tests of pine timber beams reinforced with composite materials. Fibers used for the execution of the reinforcement are basalt and carbon. Basalt fiber composites are applied in different grammages, whereas with carbon composites, unidirectional and bidirectional fabrics are used. The behavior of the beams was analyzed regarding the reinforcement variables applied, and the results are compared with those of the tested beams without reinforcement. This work proves the good behavior of fiber reinforce plastic (FRP) with basalt fiber when applied to timber beams, and that of bidirectional carbon fabrics as opposed to the unidirectional ones.