酸处理对玄武岩纤维微观结构和力学性能的影响.pdf

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1、助财抖2013年第1期(44)卷酸处理对玄武岩纤维微观结构和力学性能的影响王宁1,2，刘敏，庄忱，侯书恩，靳洪允(1．中国地质大学(武汉)材料与化学学院，湖北武汉430074；2．中国地质大学(武汉)纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心，湖北武汉430074)摘要：采用2．0mol／LHSO溶液为酸性侵蚀介2实验质，在80℃下分别处理1、3、5和1Oh后得到酸处理的玄武岩纤维样品。利用SEM、EDS、XRD、FT—IR以及2．1酸处理玄武岩纤维的制备拉伸实验等研究酸处理对玄武岩纤维的形貌、成分、物实验中采用的玄武岩纤维(平

2、均直径为18>m，线相、分子结构以及力学性能的影响。结果表明，酸处理密度800tex)由东莞市俄金玄武岩纤维有限公司提供，纤维能基本保持圆柱状形貌，成分趋于只含Si、O；酸硫酸(H。SO)为分析纯，实验用水为去离子水。首先处理纤维仍保持玻璃态结构，其指纹区红外吸收峰的用分析天平称取一定量的玄武岩纤维，将其置峰形更尖锐、峰位移向高频区并出现Si—OH等特点；于2．0mol／L的H。SO溶液中，在8O。下酸处理1、随着酸处理时间的延长，纤维的断裂强度(模量)保留3、5和10h后，用去离子水多次洗涤直至溶液pH值为率均呈下降的趋

3、势，且下降的趋势减缓并趋于稳定。中性，然后烘干得到酸处理的玄武岩纤维样品。力学关键词：酸处理；玄武岩纤维；玻璃态纤维；微观结性能测试的样品用胶水将纤维两端固定，测试标准构；力学性能GB／T7690．3-200l(玻璃纤维断裂强力和断裂伸长的中图分类号：TQ343；TB322文献标识码：A测定方法)。文章编号：1001～9731(2013)01—0084—042．2样品的性能及表征纤维的断裂强度和弹性模量在CMT4104型万能l引言实验机上测试，测试拉伸速度200mm／min。强度(模玄武岩纤维是以纯天然玄武岩等矿石为原料，

4、破量)保留率按如下公式：碎到一定的尺寸后加入熔窑中，在1450～1500。C高温叫一u。u。熔融后拉丝而成的无机纤维。玄武岩纤维是典型的硅酸盐纤维，具有天然的相容性、优异的力学性能、耐高式中，为断裂强度(模量)保留率，F(E)为酸温性和耐酸碱性等，因而被誉为21世纪纯天然的高性处理前的断裂强度(模量)，F(E)为酸处理后的断裂能纤维，并被广泛地用作绝热、吸声、耐热材料以及热强度(模量)。断裂强度(模量)保留率均为1O次实验固性树脂和混凝土的增强材料等ll_6_。作为不同基体的平均值。玄武岩纤维的微观形貌和微区成分分析采的增

5、强材料，纤维必须具备优异的耐酸、耐碱性，并能用Quanta200型环境扫描电子显微镜及其附带的x在不同的环境中保持其本体结构和优异的力学性射线能谱仪，加速电压为25kV，并在测试前对纤维进能。。而纤维材料的微观结构直接决定了其力学性行表面喷碳处理。纤维样品的物相分析采用X’Pert能和增强效果，因而研究不同环境介质对玄武岩纤维PRODY2198型衍射仪分析，CuKa射线，波长的微观结构和性能的影响，具有非常重要的研究意义。为0．154056nm。纤维样品的分子结构采用Vertex70目前，国内外对玄武岩纤维的微观结构以及酸

6、处理对型傅立叶变换显微红外光谱仪分析测定，波数范围为其结构和性能影响的研究很少，而且研究缺乏系统性4000~400cm，分辨率为4cm一。和深入性。本文采用硫酸处理玄武岩纤维，测试了纤3结果与讨论维的强度保留率和模量保留率，并利用FT—IR、XRD、SEM和EDS等测试方法系统研究了酸处理对纤维微3．1酸处理对玄武岩纤维微观形貌和成分的影响观形貌、成分、物相和分子结构等的影响。研究结果将图1为酸处理前后玄武岩纤维的SEM图。其中对纤维的表面改性及纤维增强复合材料等领域起到一酸处理样品选用处理10h的样品。由图1可知，酸处定

7、的基础指导作用。理前玄武岩纤维具有圆柱状形貌，表面比较光滑并具有制备过程中形成的疵点等表面缺陷。酸处理后的样*基金项目：国家自然科学基金资助项目(51102218)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CUG120402，CUG12Ol18)；纳米矿物材料与应用教育部工程研究中心开放基金资助项目(CUGNGM20138)；中国地质大学大学牛自主创新资助计划资助项目(1210491B01)收到初稿日期：2012—06—19收到修改稿日期：2012—1008通讯作者：侯书恩，靳洪允作者简介：王宁(1985一)，女，河北衡水

8、人，在读博士，师承侯书恩教授，从事沥青道路专用玄武岩纤维结构和性能研究。86助财·抖2013年第1期(44)卷量明显降低，si—O—Al键减少，其电负性减弱，振频对纤维的侵蚀先是结构中的金属元素组分与酸反应，升高。955em处为较弱的Si()H弯曲振动，说明形成阳离子后进入侵蚀介质中，然后酸性介质中的H