玄武巖連續纖維原料為玄武巖礦石,將其破碎后加入熔窖,在1450~1500℃的高溫狀態下熔融后,經過鉑銠合金漏板拉伸等工序而形成。具有力學強度高、耐腐蝕性好、價格低廉、原料易得、低導熱性等多重優良性能,制造過程無危害,能直接降解為泥土,是21世紀的“綠色工業材料”。
有研究人員以EP為基體、玄武巖短纖維為增強材料,研究了幾種不同玄武巖短纖維含量對復合材料拉伸強度和耐磨性能的影響。得出結論,玄武巖短纖維/環氧樹脂復合材料的抗拉強度和時磨性能與純環氧樹脂相比均得到了改善,當玄武巖短纖維的含量為8%時,復合材料的拉伸強度最大:當玄武巖短纖維的含量為6%時,磨損率最小。還有研究人員用20%重鉻酸鉀、30%濃硫酸將聚丙烯臘基連續碳纖維在100℃下氧化處理15min后與環氧樹脂作用制成復合材料,測得其沖擊強度為72.05kJ/m2,與未改性處理碳纖維填充的復合材料相比強度提升了101.93%。
碳纖維是由黏膠、瀝青或聚丙烯腈等有機纖維在N2、稀有氣體等惰性氣體中經1500℃高溫碳化所形成的纖維狀聚合物碳,其含碳量大于90%(質量分數)。質量輕、比強度高、比模量高(抗拉、抗彎、抗扭)、傳熱、耐疲勞等是碳纖維的優異性能,同時擁有超強適應環境能力和較強的抗化學藥劑腐蝕能力,被稱謂為“21世紀最有生命力新型材料”。
以不同含量的二乙烯三胺固化的EP為基體,制備了碳纖維增強樹脂基復合材料,結果表明:碳纖維增強樹脂基復合材料具有良好的耐候性、力學性能、而且還具有質量輕、高比強度等一系列優異的性能。采用硅烷偶聯劑KH-560改性短切碳纖維(CF),并將其與聚氨酯增韌劑以及環氧樹脂復合制備了CF增強環氧基形狀記憶復合材料。結果表明:改性CF的加入提高了體系的拉伸強度和沖擊強度,且與CF的用量有關。采用陽極氧化法對炭纖維的表面進行處理,通過改變氧化程度制備具有不同表面化學結構的炭纖維,并將其作為增強體再制備成復合材料。研究了炭纖維表面化學結構對其增強EP基復合材料性能的影響。結果表明,陽極氧化處理后炭纖維表面活性大幅提高,O、N元素含量分別由處理前的3.10%,1.12%提高到處理后的13.07%,5.96%。
三、玻璃纖維增強環氧樹脂基復合材料
玻璃纖維增強EP復合材料是國防科技、航天航空、建筑、交通及智能電網自動化等領域的重要材料,具有抗疲勞性能、耐久性能、絕緣性能好和輕質高強等特點。
以雙酚A型環氧樹脂E51、長鏈聚醚胺固化劑D400和EWR200型玻璃纖維布制備玻璃鋼板,利用隔聲室測試隔聲性能,考察玻璃纖維布層數對隔聲性能的影響規律,實驗研究顯示:隨著玻璃纖維布層數的增加,隔聲性能不斷提高,變化規律復合單層均質材料的隔聲特性曲線,吻合效應向低頻移動,同時減弱了阻尼控制區的共振。
以EP為基體,以玻璃纖維(GF)為增強體的復合料以不同的配比,分別進行了不同溫度準靜態載荷下及常溫動態載荷下的壓縮試驗。結果表明:在準靜態載荷下,溫度越高,試件的屈服強度越低,試件的彈性模量和屈服強度具有明顯的溫度依賴性;GF含量的增加,在一定程度上增大了試件的韌性。
四、其他纖維增強環氧樹脂基復合材料
除了上述幾種纖維外,其它如玉米秸秤纖維、竹纖維、香蕉纖維等天然纖維均能改性環氧樹脂,其中利用改性香蕉天然纖維制與環氧樹脂作用制備新型復合材料,與未改性的香蕉纖維相比,復合材料的拉伸強度、彎曲強度、壓縮強度分別提高了1.8、1.0、2.6倍。
參考資料 此文由中國復合材料工業協會搜集整理編譯,部分數據來源于網絡資料。文章不用于商業目的,僅供行業人士交流,引用請注明出處。
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