稀土La鹽改性玄武巖纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料力學(xué)性能研究.pdf

1、本文以玄武巖纖維為增強(qiáng)體，環(huán)氧樹脂為基體做為研究對象，針對玄武巖纖維表面的化學(xué)惰性，與樹脂的浸潤性較差這一特性，采用La鹽配置成不同濃度的稀土改性溶液，對玄武巖纖維進(jìn)行表面浸泡處理，將玄武巖纖維與環(huán)氧樹脂制成復(fù)合材料。采用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、X-射線光電子能譜（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）等分析測試手段對改性前后的纖維表面進(jìn)行化學(xué)性質(zhì)及物理性質(zhì)的表征，分析改性液中La元素濃度對纖維表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面形貌及表面元素組

2、成的的影響規(guī)律。運(yùn)用電子萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對其復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行測試，并利用SEM對其斷口進(jìn)行形貌觀察，從而闡述La鹽在纖維表面改性及其纖維與樹脂結(jié)合界面的作用原理。
　　第一、通過稀土改性液的浸泡，在玄武巖纖維表面引入了大量的-COOH、-OH等含氧活性基團(tuán)、使得纖維的表面活性大大提高，并且 SEM顯示稀土改性液在浸泡過程中對纖維表面產(chǎn)生了一定的刻蝕作用，光滑的纖維表面開始有斑點(diǎn)狀凸起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，纖維表面的粗糙度增大，當(dāng)La元素的

3、含量達(dá)到0.5％時，纖維表面上的凸起裹覆在纖維的表面，形成致密的膜結(jié)構(gòu)，但La元素含量超過0.5%時，纖維表面的那層膜結(jié)構(gòu)開始發(fā)生脫落，并且致密的膜結(jié)構(gòu)形成大的顆粒結(jié)構(gòu)。
　　第二、通過對其不同濃度處理前后所得到的復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能的對比分析可以看出：當(dāng)La元素含量達(dá)到0.5%時，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及層間剪切強(qiáng)度均達(dá)到最大，較未改性之前分別提高了56.22%、103.32%、88%。斷口顯示，當(dāng)La元素濃度為0.5%時

4、，斷口處纖維表面殘留的樹脂最多。
　　第三、根據(jù)La元素特殊的性質(zhì)，討論了La元素的作用機(jī)理：La元素與玄武巖纖維表面的C、H、O、N等非金屬元素形成化學(xué)親和力極強(qiáng)的配位化學(xué)鍵，吸附在纖維表面同時將稀土改性液中的含氧有機(jī)活性基團(tuán)引入到纖維表面，使得纖維表面的活性得到顯著提高，當(dāng)改性纖維添加到樹脂基體時，吸附在玄武巖纖維表面的羥基或羧基會與樹脂中的羥基發(fā)生脫水縮合反應(yīng)生成醚鍵或酯鍵，同時吸附在纖維表面的La3+還會與樹脂之間生成配位