玄武岩纤维增强复合材料的制备及其特性研究

李晓天 ,  王丽珍 ,  高翼强

内蒙古工业大学学报(自然科学版) ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (06) : 508 -516.

PDF (2562KB)
内蒙古工业大学学报(自然科学版) ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (06) : 508 -516. DOI: 10.13785/j.cnki.nmggydxxbzrkxb.2025.06.004
材料科学与工程

玄武岩纤维增强复合材料的制备及其特性研究

作者信息 +

Preparation and mechanical properties of basalt fiber reinforced composites

Author information +
文章历史 +
PDF (2623K)

摘要

选用玄武岩纤维为增强体,环氧树脂和聚酰胺树脂混合为基体,开发设计新型试验装置,制备了3种不同截面结构的轻质空芯玄武岩纤维增强复合材料,分别测量不同截面结构玄武岩纤维增强复合材料的抗压缩性能、拉伸性能、抗冲击性能和保温性能。结果表明,截面为三角形的A试样拉伸性能较好,最大拉伸力近300 N;截面为椭圆形的C试样的压缩性能较好,压缩强度为1.068 MPa;相同冲击功条件下,C试样抗冲击性能较好,抗冲击力最大可达1 274 N;截面为圆形的B试样拉伸性能和抗冲击性较差,抗压缩性能介于两者之间。试样具有良好的保温隔热性能,A试样保温性能最好。

Abstract

Basalt fiber was selected as the reinforcing material, and a mixture of epoxy resin and polyamide resin was used as the matrix. A novel testing apparatus was designed and developed to prepare three types of lightweight hollow-core basalt fiber-reinforced composite materials with different cross-sectional structures. The compressive strength, tensile strength, impact resistance, and thermal insulation properties of the basalt fiber-reinforced composite materials with different cross-sectional structures were measured. The results showed that the C sample with a triangular cross-section had better tensile properties, with a maximum tensile force of nearly 300 N. While the elliptical cross-section C specimen exhibited superior compressive performance, with a compressive strength of 1.068 MPa. Under identical impact energy conditions, the C specimen demonstrated superior impact resistance, with a maximum impact force of 1 274 N. B specimen with circular cross-section exhibited poorer tensile property and impact resistance properties, with intermediate compression between C and A. The specimens exhibited excellent thermal insulation properties, with the A specimen demonstrating the best thermal insulation performance.

Graphical abstract

关键词

玄武岩纤维 / 复合材料 / 抗压缩性能 / 拉伸性能 / 抗冲击性能

Key words

basalt fiber / composite material / compression resistance performance / tensile property / impact resistance

引用本文

引用格式 ▾
李晓天,王丽珍,高翼强. 玄武岩纤维增强复合材料的制备及其特性研究[J]. 内蒙古工业大学学报(自然科学版), 2025, 44(06): 508-516 DOI:10.13785/j.cnki.nmggydxxbzrkxb.2025.06.004

登录浏览全文

4963

注册一个新账户 忘记密码

玄武岩纤维是一种将天然玄武岩经过高温熔融、拉丝而得的无机纤维[1]。玄武岩纤维由多种氧化物组成,主要包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁等[2],具有优异的力学性能和良好的隔热性能,耐高温、耐酸碱[3-5]。玄武岩纤维较好的性能与较低的生产成本使其成为碳纤维、玻璃纤维的替代品[6]。同时,玄武岩纤维还被广泛应用于航空航天、船舶、石油化工、土木建筑等领域[7-9],然而,玄武岩纤维只以自身的特点难以实现高性能的产业化发展,须要与其他材料复合才能实现规模化发展。
近年来,玄武岩纤维增强复合材料以其优良的综合性能吸引了很多研究人员的关注。胡先刚[10]研究了不同玄武岩纤维含量对玄武岩微纤维/酚醛树脂复合材料性能的影响,当玄武岩纤维的质量分数为5%时,复合材料具有最佳的拉伸强度。谢奥林等[11]采用热压成型工艺制备了改性玄武岩纤维增强橡胶基复合材料,结果表明,聚醋酸乙烯酯和硅烷偶联剂改性玄武岩纤维增强橡胶基复合材料的力学性能要优于硅烷偶联剂改性后的复合材料。马银龙等[12]研究了玄武岩纤维对7075铝合金钻杆材料和碳化钨(WC)基金刚石复合材料性能的影响,发现适量玄武岩纤维的加入,使得玄武岩纤维/铝基复合材料的力学性能和耐腐蚀性能得到提升。此外,玄武岩纤维还具有较低的热传导系数和良好的耐热性,使其成为各种隔热和保温材料的理想选择[13]。赵克秦等[14]基于冷态稳态循环(WHTC)对比研究了排气管包覆玄武岩纤维和玻璃纤维的保温性能,发现玄武岩纤维材料保温性能优于玻璃纤维。王彬等[15]研究了玄武岩纤维和玻璃纤维以不同编织形式(毡、套、带)制备保温材料的隔热性能,结果表明,玄武岩纤维毡保温隔热性能较好,其内部平均温度比玻璃纤维毡高4 ℃,外壁温度比玻璃纤维毡高15 ℃。充分利用玄武岩纤维力学性能优异、保温性好、绿色环保等优势,进一步扩展其复合材料的实际应用是必然发展趋势。Su等[16]制备出一种新型玄武岩纤维增强塑料(BFRP)夹芯屋面板,研究其热性能及保温性能,通过对BFRP面板表面的温度分布分析发现,BFRP具有优异的热性能、低传热系数和良好的保温性能。
现有的建筑外墙材料存在施工难度大、价格高、保温性差和环境污染等问题[17],市场上亟需一种轻质、耐压、保温的新材料。与传统钢筋、陶瓷等建筑材料相比,纤维增强复合材料具有优越的物理、机械和化学性能,因此,在民用、环境、能源和航空航天工程等领域应用广泛[18-20]。玄武岩纤维具有优异的抗压、抗折、防火和耐磨性能,同时吸水率低,是一种理想的建筑保温绝热材料[21]。玄武岩纤维与环氧树脂复合后,可形成附着力强、力学性能与隔热性能优异的复合材料,在建筑保温等领域具有重要应用价值[22-24]。鉴于此,本文中以玄武岩纤维为增强体,环氧树脂和聚酰胺混合为基体,采用自制辅助试验装置制备了3种不同截面结构的轻质空芯玄武岩纤维增强复合材料,测量并研究3种不同结构玄武岩纤维复合材料的抗压缩、抗冲击、拉伸性能和保温性能,旨在为玄武岩纤维复合材料的特性研究及其制备应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验材料

玄武岩纤维单向布,厚度为3 mm,宽度为1 m,织物体积质量为309.6 g/m2,东莞俄金玄武岩有限公司;玄武岩纤维平纹布,厚度为0.18 mm,织物体积质量为290 g/m2

铸工胶(CD311),义乌市速翼粘剂有限公司;强力铸工胶A/B胶(1823),徐州欧得创新材料有限公司;热熔胶棒(7 mm),东莞环宝包装有限公司;环氧树脂(E-44)和聚酰胺树脂(650),宜春市卓越化工有限公司;无水乙醇,广州皓生物科技有限公司。

不同规格的不锈钢圆管及方管若干,包括长为120 cm、宽为2 cm、厚度为1 cm的矩形管,长为120 cm、直径为5 mm的实心圆形杆和长为100 cm、宽为2.5 cm、厚度为1.5 cm机架材料等。不锈钢滑轨6根,长度为1.5 m;方管机架材料若干;木板、弹簧、铁链、罗拉、轴承、金属钩、隔距块、温度计等。

1.1.2 试验设备

UTM5305型电子万能强力机,深圳三思纵横科技股份有限公司;ZCJ9302型落锤冲击试验机,美特斯工业系统(中国)有限公司;恒温水浴锅、自制辅助装置、旋转黏度计、保温性测试装置和切割机等。

1.2 方法

1.2.1 装置构建

新设计的试验装置主要包括喂入装置、张力夹持装置(前/后)和空芯结构成形装置3部分。

喂入装置由2个支撑架和1个截面为圆形的实心杆组成,其主要作用是承载成卷的玄武岩纤维布,手动退绕出定量的玄武岩纤维布,为制造试样提供原料。

后张力夹持装置由夹持板(上/下)、加压杆、定位销、防滑橡胶、加压螺栓和直角零件等组成,通过两边的定位销连接加压杆和夹持板(上/下),共同为夹持板间的纤维布提供压力。由于布面较宽,中部压力较小,因此安装加压螺栓和弹簧可为布面整体加压,从而能更好地夹紧布料。前张力夹持装置与后张力夹持装置的协同作用使木板上的布面平整并维持一定张力。为了保证布料在夹持板(上/下)间移动时具有一定的摩擦力而不打滑,在夹持板间粘贴防滑橡胶。通过改变加压螺栓的距离来改变夹持间隙的大小,从而控制布面张力。喂入装置和张力夹持装置合称辅助装置,其整体结构如图1

空芯结构成形装置主要由导轨、夹芯杆、轴承、隔距块、矩形管和垫片等组成,放置于木板表面,左右导轨各由3根实心杆、螺栓和加固零件等组成,空芯结构成形装置见图2。其主要作用是控制夹层形状,从而改变试样中芯结构。导轨可以为夹持成形装置提供准确的定位和支撑。在导轨最前侧两孔之间固定的2根矩形管与轨道平行,能够满足不同夹芯管厚度的空间,方便空芯结构矩形管或圆形杆插入或移动。通过将矩形管更换为其他厚度的圆杆来调节试样整体厚度。空芯结构成形装置是独立于机架和木板的可拆卸装置,具有操作方便、搭建拆卸简单、高强度和高稳定性等优点。该装置可与轴承和木板侧面的链条共同作用,将整个导轨举起45°,方便举起装置对试样的反面涂抹热熔胶。

自制保温性能测试装置如图3所示。温度测试传感器放置于两侧箱体内,圆形温度显示屏被固定在装置外侧。在箱体左侧放入电热炉,在箱体上打孔将线引出连接电源。箱体上方中部盖板可以开合,方便取出和放入不同试样。箱体缝隙用填充物密封并在箱体外层粘一层泡沫板,减少因热量散失而导致的试验数据误差。

1.2.2 材料制备

选用不同类型的玄武岩纤维布进行小样制备,对比表面平整度、有无线痕等因素后,挑选其中一种作为后续试样制备的原料。在保证机械性能的前提下,轻质材料一般采用中间夹层结构来减小材料的质量。中间夹层结构由芯层和表层组成,预设玄武岩纤维布既作为表层又作为芯层。试样的模拟结构如图4所示,不同纹理表示纤维布的正反面,E为试样厚度,D为试样循环宽度,F为试样空隙。

试样的制备流程是:喂入装置卷出一定布长,通过张力夹持装置夹紧→空芯成形装置成形→分别用热熔胶和铸工胶涂抹缝隙→将混合好的树脂均匀涂抹到整个试样上→获得空芯复合材料。具体过程如下:

喂入装置手工退绕出一定长度的纤维布,分别用夹持装置(前/后)固定,从前侧2根固定矩形管下穿过,然后依次将夹芯杆放入空芯结构成形装置。将小隔距块放入杆与杆之间,再将夹芯杆按顺序依次插入,每2根管之间放置1个小隔距块,使其能够撑起布面形成空芯结构。随着构成空芯结构的夹芯杆数量增加,所做试样长度也增加。在此工作过程中,喂入装置持续退绕出纤维布。A、B、C试样的夹芯杆分别是矩形管(高度10 mm)、圆杆(直径7 mm)和椭圆杆(高度7 mm)。此外,C试样制作要重新设计导轨,将第2根导轨替换为更薄的材料。确定所需要试样长度后,用热熔胶对装置上的正反面涂抹缝隙,固定基本形状,再裁剪并抽出夹芯杆得到空芯结构的试样。

3种试样的制作方法相似,其截面结构各异,调整导轨或夹芯杆以调控试样的厚度,试样宽度保持一致。3种试样制作过程如图5所示。

1.2.3 性能测试

根据《纤维增强聚合物基体复合材料抗落锤撞击损失测量的标准试验方法》(ASTM D7136/D7136M—12),使用切割机裁切长度和宽度为10 cm×15 cm大小的A、B、C试样,分别测量3种试样的冲击性能。确定锤体质量为2 kg,冲击高度为408 mm,冲击速度为3 m/s。点击夹具压紧按钮,依次对3种试样进行抓锤、定位、提锤、冲击测试。每次测试完成后,取出试样观察并记录试验数据。

根据《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》(GB/T 1447—2005),选取黏结点为8个的A、B、C试样,由于试样循环长度有差别,制备用于测量的试样具体长度不相同,因此该类试样用于测定拉伸性能。设定方向为拉向,拉伸速度为10 mm/min,设定好后点击运行,进行拉伸并观察记录拉断的时间。

根据《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》(GB/T 1447—2005),选取长度和宽度为6 cm×6 cm的A、B、C试样各2个,选取最大量程为5 kPa的压力传感器。通过计算机上的试验软件设置参数,方向选定压向,压缩速度为4 mm/min,根据试样厚度不同,A、B、C试样的位移分别定为40、35、30 mm。检查传感器和连接线后开始测试。

在自制保温测试装置中,箱体内温度随电压的改变而变化,综合考虑电压升温快慢及两边温差等因素,决定选用125 V电压进行试验。将电压调至125 V,夹持不同试样,盖上盖板并粘上泡沫板,用重物将其压紧。在电热炉的作用下,左侧箱体从室温升温至80 ℃,再将电压调至50 V,使左侧箱体温度保持在80 ℃。在此过程中,分别夹持A、B、C和空白试样,记录相同时间间隔下右侧箱体显示的温度。

2 结果与讨论

2.1 玄武岩纤维复合材料的形态

A、B、C试样的截面结构如图6所示。A、B、C试样制作原理相同,形态不同。A试样的截面结构类似于三角形,其体积较大,表面较为平整,循环间隙较小,使用热熔胶少,所用玄武岩纤维布长度最长。B试样的空芯侧面结构类似于圆形,表面轻微凸起,圆杆与圆杆接触面的间隙较大。C试样空芯侧面结构近似于椭圆形,整体较为扁平,其夹芯管为厚度小的椭圆杆,所用夹芯结构成形装置的导轨厚度较小。椭圆杆与椭圆杆之间缝隙较大,所用热熔胶和铸工胶量较多,因此,试样长度相同的情况下,C试样质量较大。

环氧树脂易于浸渍纤维,是应用在树脂基复合材料中最多的基体热固性树脂,具有良好的黏结性、力学性能和优异的介电性能[25]。环氧固化剂主要包括脂肪胺、聚酰胺树脂、曼尼希碱改性胺等[26]。聚酰胺树脂价格低廉,具有优异的力学性能、冲击韧性和耐热性能[27]。本试验将环氧树脂和聚酰胺树脂以1∶1体积比混合。为选取最佳涂抹树脂的温度,在烧杯中加入环氧树脂,放在水浴锅中加热。当温度升高时,用旋转黏度计迅速测量环氧树脂黏度并记录。环氧树脂的黏度随温度变化如图7所示。由图7可见,随着温度升高,环氧树脂的黏度先快速后缓慢减小。当温度增加到80 ℃,黏度达到最小并趋于平稳。

试验中选取环氧树脂黏度最小且涂抹的温度为80 ℃,此时,环氧树脂黏度为113 MPa·s。将环氧树脂和聚酰胺树脂以1∶1的体积比混合,然后将混合树脂与无水乙醇以10∶1的体积比进行稀释[28],以调节树脂的黏度和流动性,将稀释后的试剂均匀地涂抹到试样的正反面及内部。

静置24 h后树脂完全固化,试样表面光滑,尺寸稳定性增强。经树脂固化后的试样在物理和耐化学性能上均得到提升,试样表面光滑耐磨损,具有较好的防水性能。试样硬度显著增加,能承受较大拉伸、弯曲等力的作用。试样的厚度可调节,试样越长,其所用纤维布长度越长,循环次数越多;A、B、C试样长度分别为37、30、28 cm,其所用纤维布长度分别为292、244、200 cm。宽度相同,均为100 cm。厚度因为夹芯杆或导轨的设计不同而存在差异,A、B、C试样夹芯杆分别为矩形杆、圆形杆和椭圆形杆,厚度分别为45、40、30 mm。经计算可得3种试样的体积密度分别为0.029、0.035、0.054 g/cm3,试样平均体积密度约是钢材的0.6%、木材的26.5%、陶瓷的1.3%、实心彩砖的1.3%,说明玄武岩纤维复合材料较其他常用建筑材料具有质轻而强度高的特性[29]。A、B、C试样尺寸、物理性能等指标测量数据如表1所示。

2.2 玄武岩纤维复合材料的抗压缩特性

压缩测试后3种试样出现裂痕情况如图8所示。试样被压缩时,选取5 kPa的传感器,机器运行方向选定压向,压缩速度为4 mm/min,A、B、C试样所定位移分别为45、40、30 mm。压缩过程结束后,A试样在边界黏结处出现1条长裂痕;B试样在中间黏结处和边界黏结处均出现裂痕,中间黏结处有2条长裂痕,边界有1条不明显的轻微裂痕;C试样只在边界黏结处出现1条长裂痕。具体裂痕位置如图中方框所示。由于试样具有一定弹性,因此当压力较小时,其表面会有缓冲作用。压力增加到一定数值后,试样表面上的铸工胶所在的黏结处发生断裂,试样发生形变。随着压力急剧增加,其内部芯层发生变形,试样整体被压缩变形。测试完成后取出试样,观察发现试样变形程度较小,试样出现裂痕后不明显,说明试样具有一定弹性恢复能力。

试样的抗压缩强力变化曲线如图9所示。使用万能电子强力机,以压缩夹具下降的位移为横坐标,试样所受到的压力为纵坐标绘制3种试样的抗压缩强力变化曲线。3种试样所受压力的总体变化趋势均为先不变后迅速增加,当夹具位移增加到一定值后,所受压力随位移的增加而急剧增加。当压缩夹具位移小于25 mm时,试样所受压力均未发生变化,当位移增加到27 mm时,C试样所受压力最先发生变化,且其斜率最大,变化速度最快,接近直线上升。B、C试样变化趋势相似,A、B试样在夹具位移分别增加到30 mm时,其所受压力均开始变化,A试样所受压力变化较快,B试样平稳增加后开始急剧增加。3种试样抗压缩强力不同可能是因为在涂抹树脂过程中,涂抹速度不能达到完全一致,树脂黏度不均匀,纤维和树脂界面存在细小孔隙,也有可能是树脂涂抹不均匀使得复合材料表面树脂渗透率不均匀所致。

C试样所能承受的最大负荷大于A和B试样,且C试样表面黏结点出现裂痕较小,说明C试样的抗压缩性能较好。玄武岩纤维增强树脂基复合材料的力学性能很大程度上取决于纤维与基体之间的结合程度,可以通过改性纤维性能减少纤维/树脂界面的孔隙,进一步提升玄武岩纤维复合材料的力学性能[30]。孙正等[31]对连续纤维增强热塑性树脂复合材料(CFRTP)进行研究,采用纳米改性的方式,将纳米粒子通过共混的方式引入CFRTP中,提高了树脂基体在CFRTP表面的铺展性,树脂基体更容易浸润到CFRTP表面,改善了CFRTP与树脂界面的相容性。试样A、B和C的压缩数据对比如表2所示。

2.3 玄武岩纤维复合材料的拉伸特性

A、B、C试样拉伸力随拉伸位移变化曲线如图10所示。由图10可见,A、B、C试样的拉伸位移变化曲线均呈先增加至最大拉伸力处后,出现下降,再增加至略低于最大拉伸力的某一拉伸力后骤减接近零拉伸力的趋势。A、B、C试样在拉伸夹具位移分别为60、40、28 mm时,拉伸力最大。再次上升时的拉伸力均低于最大拉伸力,其中A试样的变化最为明显,3种试样发生骤然下降时,拉伸夹具的位移分别为66、42、31 mm。

A、B、C试样拉伸过程中,连接点处均出现断裂现象,B试样在拉伸过程中,距离夹具最近的黏结处更容易被破坏。A试样出现拉断时间较晚。C试样拉伸曲线整体变化与其他2种试样大致相同,当拉伸力增加至某一数值后出现断裂时,拉伸力骤减。由于试样存在多个连接点,第一个连接点开始断裂但试样整体并未完全被破坏,其他连接处会继续被拉伸,因此出现短暂的拉力上升。当试样间的连接处被完全破坏时,拉伸力骤减。

3种试样的拉伸力做功、最大拉伸力和最大拉伸变形的对比如表3所示。通过表3对比可得,A试样所能承受拉伸力最大,接近300 N,A试样拉伸性能最好,C试样次之,B试样拉伸性能最差。A试样拉伸变形长度最大,是因为黏结点个数相同时,A试样长度最长。3种试样的拉伸性能存在差异是因为树脂在高温状态下黏度较大,而涂抹是在室温条件下进行的,树脂固化过程受到影响、黏结点上胶不均匀降低了铸工胶的性能等,这些不可控因素也会对试样拉伸性能造成影响。此外,玄武岩纤维复合材料的拉伸力与纤维特性、成型工艺等有关,目前常用的成型工艺有模压成型、真空灌注成型工艺等,模压和真空灌注成型的复合材料层合板的拉伸强度分别为529.6、436.25 MPa[32]

2.4 玄武岩纤维复合材料的抗冲击特性

A、B、C试样抗冲击力与抗冲击屈服力柱状图如图11所示。对落锤冲击试验机的参数设定冲击高度为408 mm,冲击速度为3 m/s,压紧夹具依次进行抓锤、定位、提锤、冲击等操作。A试样厚度为45 mm,弹性恢复力大,手感较软,采用12 J的冲击功对其进行冲击。B、C试样厚度分别为40、35 mm,这2种试样具有一定硬度,采用8 J冲击功进行试验。每次操作完成后,取出试样观察并记录试验数据。A试样韧性较大,抗冲击能力强。在相同冲击功作用下,C试样承受力和屈服力较大,说明其抗冲击性比B试样好。各试样冲击性能存在差异的原因一方面可能是试样截面结构不同,另一方面可能是不同试样中树脂与玄武岩纤维的浸透程度不同。另外,研究表明,提高纤维含量或者对纤维进行改性能显著改善玄武岩纤维复合材料的抗冲击性能。刘玉美[33]研究织物密度以及纤维体积含量对玄武岩纤维增强树脂基复合材料抗冲击性能的影响,发现适当的织物密度和增加纤维含量可提高其抗冲击性能。Yao等[34]对玄武岩纤维进行改性,采用熔融共混法制备玄武岩纤维增强复合材料,与改性前复合材料相比,其冲击性能提高47.8%。

2.5 玄武岩纤维复合材料的保温性

3种试样保温性能测试结论如图12所示。在室温条件下,选用自制保温测试装置,将箱体内部加热侧和未加热侧中间没有夹持试样作为空白对照组,其他3组分别为夹持A、B、C试样,空白对照组未加热侧的温度曲线变化趋势为先升高后趋于水平,未加热侧温度在20 min内快速升高到80 ℃。3种试样被夹持在箱体中间,隔断左右两侧的热量传递,未加热侧温度随时间的变化趋势为先增加后稳定不变。未加热侧温度变化较小,变化差值均小于10 ℃,其中A试样的保温隔热性能最好。因为相同长度的3种试样,A试样所用玄武岩纤维布最多,黏结点最少,缝隙较小。B、C试样均具有优良的保温性能,C试样保温性能较B试样好,能够阻隔热量的传播。孟琳[35]制备了轻质环保型玄武岩多功能层合板材,对其保温性能进行测试,证明了玄武岩纤维环氧树脂板是典型的轻质保温材料。玄武岩纤维用于建筑外墙保温板最大的优势是其良好的力学性能和较好的耐候性,使玄武岩纤维复合材料在日常的光照环境下能够长时间使用,有效延长了使用寿命。玄武岩纤维增强复合材料价格低廉,力学性能优异,避免了传统玻璃纤维或碳纤维的加工污染,兼顾了材料的保温隔热性能,与现有的建筑复合材料相比,玄武岩纤维复合材料还具有耐高温、耐酸碱、耐腐蚀等特性[36-37],在建筑、水利、交通等工程领域具有一定的应用潜力。

3 结论

本文设计开发了一种空芯材料辅助成形装置,以玄武岩纤维为增强体,环氧树脂与聚酰胺树脂混合为基体,制备了截面为矩形、椭圆形和圆形3种不同结构的玄武岩纤维增强复合材料。得出的结论如下:

1) 截面为三角形的A试样拉伸性能较好,最大拉伸力为298.63 N;截面为圆形的B试样拉伸性能较差,最大拉伸力196.65 N;截面为椭圆形的C试样拉伸性能介于两者之间,最大拉伸力为240.35 N。

2) C试样的抗压缩性能较好,C试样的压缩强度为1.068 MPa;A试样的抗压缩性能较差,A试样的压缩强度为0.427 MPa;B试样的抗压缩性能介于两者之间,其压缩强度为0.456 MPa。

3) 相同冲击功条件下,C试样抗冲击性优于B试样。

4) 3种试样均具有良好的保温性能,其中A试样保温隔热性能最好。

本研究成功开发了一种新型玄武岩纤维增强复合材料,为建筑外墙提供了新的材料选择,然而,当前人工涂覆工艺存在涂抹不均匀和效率低下的问题,须要开发自动化生产工艺以提高产品一致性。同时,试样的抗压缩性能仍有优化空间,须要进一步调控树脂-纤维配比并探究其界面结合机制,以提升力学性能。

参考文献

[1]

LI C, WANG H, ZHAO X, et al. Investigation of mechanical properties for basalt fiber/epoxy resin composites modified with La[J]. Coatings, 2021, 11(6): 666.

[2]

邢磊. 玄武岩纤维产业的发展综述[J]. 化学工业, 2020, 38(2): 34-42.

[3]

王淼, 沈艳琴, 武海良. 玄武岩纤维的发展现状及趋势[J]. 纺织导报, 2021(5): 50-53.

[4]

石钱华, 周琳, 李成均, . 高质量玄武岩纤维技术发展的历程及拓展[J]. 高科技纤维与应用, 2023, 48(1): 13-21.

[5]

王崇杰, 杨明君, 周松, . 玄武岩纤维/聚丙烯复合材料的力学性能与摩擦磨损特性[J]. 塑料工业, 2022, 50(9): 160-167.

[6]

吴凤, 刘彤, 廖万鹏, . 玄武岩纤维增强树脂复合材料的现状与发展[J]. 塑料, 2023, 52(2): 89-93.

[7]

陈鹏, 张谌虎, 王成勇, . 玄武岩纤维主要特性研究现状[J]. 无机盐工业, 2020, 52(10): 64-67.

[8]

李年华, 刘元坤, 崔正浩, . 玄武岩纤维的性能及其应用[J]. 合成纤维, 2022, 51(12): 16-23.

[9]

张永军. 玄武岩纤维增强沥青混合料的路用性能及流变特性研究[D]. 湘潭: 湘潭大学, 2021.

[10]

胡先刚. 玄武岩微纤维表面改性增强酚醛树脂复合材料及摩擦性能研究[D]. 南京: 东南大学, 2019.

[11]

谢奥林, 尹彩流, 王秀飞, . 改性玄武岩纤维增强橡胶基摩擦材料的摩擦学性能[J]. 润滑与密封, 2020, 45(8): 101-106.

[12]

马银龙, 孙志刚, 任杰, . 玄武岩纤维在钻探机具中的应用研究与展望[C]//第二十二届全国探矿工程(岩土钻掘工程)学术交流年会, 威海: 中国地质学会, 2023: 175-180.

[13]

乔慧敏. 建筑外墙外保温用岩棉板技术性能探讨[J]. 山西建筑, 2023, 49(15): 119-122.

[14]

赵克秦, 楼狄明, 张允华, . 基于玄武岩纤维包覆的汽车排气管保温特性试验研究[J]. 内燃机与配件, 2021(13): 3-5.

[15]

王彬, 易忠新, 赵克秦, . 汽车排气管用玄武岩纤维隔热保温性能研究[J]. 内燃机与配件, 2022(19): 34-36.

[16]

SU B, ZHANG T Y, CHEN S X, et al. Thermal properties of novel sandwich roof panel made of basalt fiber reinforced plastic material[J]. Journal of Building Engineering, 2022, 52: 104478.

[17]

贾锐澜. 绿色建筑节能下的外墙保温材料应用分析[J]. 陶瓷, 2023(1): 116-118.

[18]

MIAO Y C, CHEN H L, CUI G, et al. Preparation of new conductive organic coating for the fiber reinforced polymer composite oil pipe[J]. Surface and Coatings Technology, 2021, 412: 127017.

[19]

WANG M, GAN M, CHEN Y, et al. Basalt fiber-based electrical insulating paper: fabrication, characterization, and performance[J]. Journal of Natural Fibers, 2022, 19(17): 15614-15624.

[20]

KRAJEWSKI D, OLEKSY M, OLIWA R, et al. Methods for enhancing the electrical properties of epoxy matrix composites[J]. Energies, 2022, 15(13): 4562.

[21]

李义, 黄东迪, 于开锋, . 硅炭黑改性玄武岩纤维增强聚酰胺6复合材料性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2021, 51(1): 181-187.

[22]

李琪, 游国强, 王磊, . 玄武岩纤维增强树脂基复合材料的最新研究进展[J]. 汽车零部件, 2022(9): 82-92.

[23]

ELMAHDY A, VERLEYSEN P. Mechanical behavior of basalt and glass textile composites at high strain rates: a comparison[J]. Polymer Testing, 2020, 81: 106224.

[24]

邓艺博. 玄武岩纤维增强复合材料的制备及性能调控[D]. 淮南: 安徽理工大学, 2023.

[25]

王波, 张乾, 邢晶凯, . 环氧树脂基导热复合材料的研究现状及展望[J]. 化工新型材料, 2024, 52(): 19-24, 31.

[26]

徐姗姗, 白师豪, 马志超, . 海工混凝土结构用环氧树脂固化体系性能研究[J]. 材料开发与应用, 2023, 38(1): 81-84.

[27]

费芙蓉, 唐晓东, 李晶晶. 聚酰胺树脂的合成研究进展[J]. 化工新型材料, 2023, 51(): 7-11, 15.

[28]

杜红霞. 建筑用聚酰胺树脂改性E-51环氧树脂胶黏剂的性能研究[J]. 科学技术与工程, 2021, 21(10): 4153-4158.

[29]

柳鑫. 住宅建筑外墙材料的选择与绿色环保对策分析[J]. 陶瓷, 2024(3): 143-144, 148.

[30]

闫昭朴, 王扬卫, 张燕, . 玄武岩纤维复合材料静、动态力学性能和抗弹性能研究进展[J]. 材料导报, 2022, 36(4): 239-247.

[31]

孙正, 刘力源, 刘德博, . 纳米改性连续纤维增强热塑性树脂复合材料及其力学性能研究进展[J]. 复合材料学报, 2019, 36(4): 771-783.

[32]

郑志才, 葛林海, 陈艳, . 玄武岩纤维增强树脂基复合材料力学性能研究[J]. 航空制造技术, 2011(17): 66-68, 72.

[33]

刘玉美. 连续玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料抗冲击性能研究[J]. 化工新型材料, 2009, 37(4): 76-77, 91.

[34]

YAO D W, YIN G Z, BI Q Q, et al. Basalt fiber modified ethylene vinyl acetate/magnesium hydroxide composites with balanced flame retardancy and improved mechanical properties[J]. Polymers, 2020, 12(9): 2107.

[35]

孟琳. 轻质环保型玄武岩多功能建材的研发[D]. 石家庄: 河北科技大学, 2019.

[36]

张洪静. 玄武岩纤维增强乙烯基树脂隔热复合材料研究[D]. 大连: 大连海事大学, 2023.

[37]

贾明皓, 肖学良, 冯古雨, . 玄武岩纤维增强复合材料及其应用最新研究进展[J]. 化工新型材料, 2019, 47(11): 6-8, 12.

基金资助

内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(RZ2300001798)

内蒙古工业大学2021年科研启动金项目(DC2200000939)

AI Summary AI Mindmap
PDF (2562KB)

806

访问

0

被引

详细

导航
相关文章

AI思维导图

/