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《北京林业大学》 2011年
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玄武岩纤维增强树脂复合机理的研究

刘亚兰  
【摘要】:纤维增强树脂是一种性能优良的复合材料,多采用玻璃纤维、碳纤维作为增强相,被广泛应用于许多领域。其复合界面的粘结质量是决定复合材料力学性能的重要因素。玄武岩纤维(Basalt fiber, BF)具有优于玻璃纤维的力学性能和稳定的化学性能,而且是一种环保型纤维。因此,研究玄武岩纤维增强树脂的复合界面就具有重要的理论和实用意义。本文利用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)研究了偶联剂处理浓度对纤维表面偶联剂吸附量的影响。其次,研究不同偶联剂浓度处理玄武岩纤维后,对玄武岩纤维增强环氧树脂、酚醛树脂的力学性能的影响;并利用扫描电镜观察复合材料表面胶合状况;再利用XPS、FTIR测试表征复合材料复合界面官能团。本文研究结论如下: (1)从BF的XPS和FTIR分析结果可知,经偶联剂KH-550处理后的纤维表面形成了新的化学键,即Si-O-Si键。在设定的试验浓度范围内,偶联剂处理浓度为0.8wt%时,纤维具有最低的O/C比、最少的氧化碳数量,最大的Si-O-Si峰面积比;说明纤维表面吸附的KH-550的量最大,偶联剂处理效果最好。当浓度继续增加时,纤维表面的偶联剂吸附量开始降低。 (2)偶联剂处理浓度分别为0.8wt%和1.0wt%的两组玄武岩纤维增强环氧树脂的力学性能测试结果显示:1.0wt%组具有更好地剪切强度。根据FTIR测试结果的分析,可推测出纤维与树脂之间产生了C-OR键,即C-O-NH和C-O-Si键。树脂的环氧基断裂与纤维表面氨基形成的C-O-NH键;树脂中羟基与纤维表面的硅醇基形成的C-O-Si键。XPS测试证实了1.0wt%组复合材料的化学键C-OR的峰面积比大于0.8wt%组,表明前者具有更好复合界面粘结效果。 (3)偶联剂处理浓度分别为0.8wt%和1.0wt%的两组玄武岩纤维增强酚醛树脂的力学性能测试结果显示:0.8wt%组具有更好地剪切强度。FTIR测试推测出复合界面新形成的化学键为C-N-C和C-O-Si。树脂中苯酚与纤维表面的氨基、硅醇基分别形成了C-N-C键、C-O-Si键。XPS测试证实了0.8wt%组C-O-Si键的峰面积比大于1.0wt%组,说明0.8wt%组复合材料具有更好的力学性能。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB332

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【引证文献】
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【参考文献】
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