稀土La鹽改性玄武巖纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂為基體做為研究對(duì)象，針對(duì)玄武巖纖維表面的化學(xué)惰性，與樹(shù)脂的浸潤(rùn)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(duì)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(shù)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(cè)試手段對(duì)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(duì)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(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對(duì)其復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，并利用SEM對(duì)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(shù)脂結(jié)合界面的作用原理。
　　第一、通過(guò)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(guò)程中對(duì)纖維表面產(chǎn)生了一定的刻蝕作用，光滑的纖維表面開(kāi)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(shí)，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(guò)0.5%時(shí)，纖維表面的那層膜結(jié)構(gòu)開(kāi)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(guò)對(duì)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(duì)比分析可以看出：當(dāng)La元素含量達(dá)到0.5%時(shí)，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(shí)

4、，斷口處纖維表面殘留的樹(shù)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(shí)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(shù)脂基體時(shí)，吸附在玄武巖纖維表面的羥基或羧基會(huì)與樹(shù)脂中的羥基發(fā)生脫水縮合反應(yīng)生成醚鍵或酯鍵，同時(shí)吸附在纖維表面的La3+還會(huì)與樹(shù)脂之間生成配位