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玄武岩纤维复合质料

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当代玄武岩纤维质料及其复合质料

当代玄武岩纤维质料及其复合质料

公布日期:2011-04-02 作者: 点击:

特种呆板-修筑研讨所

化学物理研讨所,迷信学院 莫斯科  俄罗斯


 

数据表现了作为硅酸盐纤维的一种——延续玄武岩纤维无捻粗纱的遵从,其耐酸性和耐碱性提高,强度与E玻纤相近,模量与高强高弹的镁铝硅S玻纤相近。其环氧基复合质料的呆板遵从与S玻纤复合质料相近,高于E玻纤复合质料。玄武岩纤维复合质料的那碱性和抗热/潮性优于S玻纤复合质料和E玻纤复合质料,这与玄武岩纤维无捻粗纱的粘结性有关。

 媒介

延续玄武岩纤维质料如有捻纱无捻纱、绳,板材和布是用于无机和无机基体中的新的增强质料。对他的研讨不但是斲丧技术方面,还包括他的呆板和逝世遵从、运用。这篇文章阐发延续玄武岩纤维及其复合质料的遵从,并与玻璃纤维和玻璃纤维复合质料作相比。

 

斲丧延续玄武岩纤维的质料玄武岩的技术规格

玄武岩是火山,是硅酸盐。其化学组成见表1.铁氧化物使得玄武岩纤维呈灰褐色,玄武岩熔体是一个含一定玻璃相的多晶布局。玄武岩纤维的斲丧技术与玻璃纤维类似。

1  玄武岩纤维与玻璃纤维化学构成相比


化学构成改造小对延续玄武岩纤维的呆板遵从影响小。对延续玄武岩纤维的呆板遵从影响最大的是纤维成型条件(拉丝温度、熔体均化的时间、纤维直径)。比如,敷衍化学构成类似的玄武岩,拉丝温度高涨160(从1220-1380),强度从1.3增长到2.23GPa,弹性模量从78增长到90.3GPa。单丝直径从1-4μm增长到7-10μm,强度从2.8降到1.8 GPa.2列出差异时间,差异斲丧技术斲丧的玄武岩纤维的呆板遵从。

玄武岩纤维无捻粗纱和S玻纤在线密度和单丝直径相近的环境下,玄武岩纤维无捻粗纱的强度比E玻纤的低16-20%,与E玻纤相近。


玄武岩纤维无捻粗纱的弹模高于E玻纤,与S玻纤相近。

2  玄武岩纤维无捻粗纱和玻纤无捻粗纱呆板遵从相比


粘结遵从

玄武岩纤维与种种高聚物质料(酚醛、酰亚胺)的粘结遵从由于玻璃纤维,这与铁氧化物的高含量(抵达15%)有关,环氧低聚物在纤维外貌的打仗应声约莫发生。

玄武岩纤维复合质料的高粘结应声颠末高聚物基体应声层的高渣滓应力来证明。依据Trostyanskaya(1997),依据基体模范,这些应力抵达24-50MPa。颠末在纤维外貌涂覆外貌改性剂(鸡冠外形的嵌段共聚物KEP无机硅)可以大约飞扬玄武岩纤维复合质料的渣滓应力,这种外貌改性剂具有明白的外貌活性。由于具有明白的外貌活性,这种嵌段共聚物在复合质猜中,可以大约飞扬粘结剂的外貌张力,提高纤维的润湿性,被吸附在纤维外貌,环氧乙烷链与粘结剂连合。分子量7000-8000的共聚物被用于纤维外貌,构成一个弹性壮实的吸取层,吸取层厚度20-25nm。这是渣滓应力淘汰、呆板强度提高的缘故缘故原因。

 

延续玄武岩纤维的耐化学蜕化遵从

延续玄武岩纤维的耐化学蜕化遵从颠末纤维在介质中(酸和碱)陈设一点时间后的强度改造来评价。化学蜕化性受纤维的化学构成介质和温度-时间作用的影响。硅、铝、钙、镁及铁的含量十分告急,铁氧化物是的玄武岩纤维的耐化学蜕化性和耐热性高于玻璃纤维。除了化学构成,介质的外貌活性、纤维外貌层的遵从(外貌有缺陷),及热历史对化学蜕化性都有影响。

 

耐酸性

玄武岩纤维的耐酸性由于E-玻纤和S-玻纤,低于锆玻纤。在强酸中浸泡时间短,观察不到强度改造。在盐酸中陈设时间长(超越跨过100h),强度飞扬15-20%。从图1动力区县可以看出,在盐酸中浸泡一段时间后的断裂强度,玄武岩纤维无捻粗纱强度飞扬速率低于E-玻纤。单丝直径越小,飞扬的越慢。

众所周知,E-玻纤与强酸应声时,纤维外貌没有构成二氧化硅的掩护层,强酸可以大约机动把纤维革新为高孔隙率的氧化硅。玄武岩纤维浸泡在酸中,末端断裂强度机动飞扬,这与吸取介质和化学构成局部溶解有关;随后掩护膜冉冉构成,纤维蜕化和强度飞扬因疏散停滞物的构成而飞扬。

玄武岩纤维的精良的呆板遵从、耐化学蜕化性、耐热性及高过滤性,是的他被用于种种财富过滤布局,如气体、液体。

应该过细到玄武岩纤维无捻粗纱没有最佳的(从化学蜕化性的角度思量)氧化硅、碱土金属和氧化铝含量。


1  20%HCl中浸泡后,无捻粗纱的断裂强度丧失值。(1)玄武岩纤维捻粗纱,No.13;(2)玄武岩纤维无捻粗纱No.1;(3E-玻纤,No.5.

 

碱蜕化

玄武岩纤维的耐碱性由于玻璃纤维,这是玄武岩纤维用于波特兰水泥的缘故缘故原因。关于玄武岩纤维耐碱性的数据可分为两组:

第一组:早先,人们紧张研讨碱介质((NaOH, KÎí, Ca(OH)2水泥等)与玄武岩纤维和玻璃纤维的相互作用,碱蜕化惹起强度飞扬。按蜕化水平由大到小:

 


碱蜕化缘故缘故原因是纤维化学构成与碱介质在差异阶段物理化学应声。第一阶段:快速应声阶段(有事是紧张阶段),纤维外貌吸附水和碱熔液中的组分,液体外貌活性剂使得外貌充满缺陷(气孔和微裂纹),随同纤维强度飞扬。较慢的应声惹起氧化物的溶解。

纤维抗化学蜕化由小到大:

锆纤维>玄武岩纤维>石英纤维>碱纤维>冷静碱纤维

第二组:人们试图用动力学标明纤维与碱媒介的应声。人们创立了纤维与碱媒介的应声的动力学模型,这个模型区分对吸附惹起强度飞扬和化学构成溶解惹起强度改造做了评价。断裂强度的动力曲线表现,研讨分为两方面:单调飞扬和具有极值。

玄武岩纤维经碱浸泡,断裂强度单调飞扬的力气见图2.


玻璃纤维无捻粗纱(1,3)与玄武岩纤维无捻粗纱(2,4)在1.25N NaOH 浸泡后的断裂强度动力学曲线。(1)玻纤No.6(锆玻纤);(2)玄武岩纤维No.1;(3)玻璃纤维No.5E玻纤);(4)玄武岩纤维No.13.

依据这个模型,无捻粗纱在碱介质中浸泡的末端阶段,断裂强度的机动飞扬与外貌处置处分剂被冲走,碱介质被吸附在纤维外貌的缺陷上有关。纤维外貌的吸附进程和断裂强度的飞扬遵从以及动力学定律。在蜕化阶段,由于化学构成溶解惹起的质量丧失和纤维直径变小,对强度的影响可以敷衍不计。





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