玄武岩连续纤维浸润剂研制与其对纤维性能的影响

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1、国内图书分类号：TG174.44学校代码：10213国际图书分类号：533.59密级：工学硕士学位论文玄武岩连续纤维浸润剂研制及其对纤维性能的影响硕士研究生：初琪导师：宋申华教授副导师：曹海琳副教授申请学位：工学硕士学科、专业：材料科学与工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2010年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classifiedindex:TG174.444U.D.C:533.59DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringDEVELOPMENTOFSIZINGAGENTFORCONTINUOUSBASALTFIBERSANDITSEFFECT

2、ONTHEFIBERPORPERTYCandidate:ChuQiSupervisor:Prof.SongShenhuaAssociateSupervisor:AssociateProf.CaoHailinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialsscienceandEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:June,2010Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnolo

3、gy哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要玄武岩纤维是一种新型的无机纤维，具有高强度、耐高温、耐腐蚀等一系列的优点，但是无机材料的特性也使其与传统的有机纤维相比具有脆性大，生产和使用过程中易于损伤的不足。本研究针对玄武岩纤维结构和性能特点，提出设计和制备不同的浸润剂涂层，通过涂层改性技术的实施达到改善玄武岩纤维集束性、耐磨性以及对纤维起到柔化作用，进而提高其力学性能，改善复合材料界面性能的目的。为我国玄武岩纤维制备技术水平的提高提供实验依据，为玄武岩纤维复合材料的推广应用提供技术支持。由此可见，本课题的研究对于玄武岩纤维这种新材料的开发和推广应用具有重要意义。本论文主要采用环氧乳液、聚氨酯乳液和

4、聚酯乳液为成膜剂，并加上一些助剂，配置成浸润剂。通过对浸润剂本身的表面能、粒度和稳定性等测试，优化浸润剂配方，评价每种浸润剂配方的性能。经过研究表明：这四种通用浸润都十分稳定，经离心沉淀后，不会发生破乳现象。同时浸润剂的表面能都小于玄武岩纤维的表面能。表面张力越小，溶液在纤维表面铺展系数越大，导致固-液面得接触角越小，浸润剂在纤维的表面铺展的越好，这样浸润剂在纤维表面形成的膜就越致密，这就能够提高纤维的表面性能、力学性能和复合材料性能。在此基础上，向浸润剂有机乳液中添加改性的无机纳米粒子，但适量加入改性纳米SiO2粒子对浸润剂的粒度分布、表面张力等影响不大，但可以看出改性的纳米粒子在乳液分散

5、的很均匀。经过对玄武岩纤维涂覆通用浸润剂，测试纤维力学性能和复合材料性能。如断裂强力，复丝拉伸性能以及复合材料层间剪切强度等性能。经研究表明：环氧主成膜剂，存在活泼的环氧基团和极性较强的羟基，在成膜后膜粘度较高，丝与丝之间的抱合紧密，使纤维具有良好的集束性，因此纤维断裂强度较高。而聚氨酯成膜剂，单纤维间主要是靠分子间范德华力集束，集束强度弱，且其表面的基团较多，极性大，集束性较弱，能与树脂的相容性也很好，相同时间内吸附的树脂的质量都很大，因此此类浸润剂处理过的纤维与树脂复合之后的层间剪切强度很大。但是聚氨酯型涂层在碱环境中容易水解，所以该涂层的耐碱性能差。聚酯在作为成膜剂时，它能够使得纤维具

6、有耐磨、耐酸碱等特性。在本文中作为辅成膜剂与环氧混合，涂覆该种浸润剂的纤维，力学性能和复合-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文材料性能一般。但是由于聚酯的存在，使得纤维耐磨，在使用时不会出现断丝的现象适合在纺织时使用。通过润剂中添加经偶联剂改性的二氧化硅纳米粒子，使得偶联剂将纳米SiO2链接在纤维表面，有效的改变了玄武岩纤维光滑的表面，增加了玄武岩纤维表面粗糙度，使得纤维与环氧树脂基体之间的结合力大大增强，层间剪切强度提高5%左右。关键词：玄武岩纤维；浸润剂；环氧乳液；聚氨酯乳液；聚酯乳液；改性二氧化硅纳米粒子-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThebasalfiberi

7、sanewkindofinorganicfiber.Ithasseveraladvantages,suchashighintensity,hightemperaturestability,andhighcorrosionresistance.Butitalsocontainslotsofproblems,forinstancebrittleandlikelytobedamagedduringply,whenc