CN102702543A

CN102702543A - 提高玄武岩纤维与环氧复合材料界面强韧性的方法及稀土处理液

Info

Publication number: CN102702543A
Application number: CN2012101688397A
Authority: CN
Inventors: 李翀; 武明; 宋以国; 吴滨
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明提供的是一种提高玄武岩纤维与环氧复合材料界面强韧性的方法及稀土处理液。（1）将玄武岩纤维在450-500℃温度下烘烤0.2-0.5小时；（2）将所述玄武岩纤维置于稀土处理液中，在超声波环境下浸泡1.5-2小时，过滤后烘干；所述的稀土处理液的重量分数组成为：1-9份稀土化合物、15-25份乙醇、46-68份去离子水、1-10份乙二胺四乙酸二钠、1-3份尿素和1-2份硝酸。本发明方法简单易行、成本低廉、节能环保。采用本发明制备的玄武岩纤维/环氧复合材料具有优异的力学性能。

Description

提高玄武岩纤维与环氧复合材料界面强韧性的方法及稀土处理液

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料的改性方法，具体地说是一种高玄武岩纤维与环氧复合材料的改性方法。本发明也涉及一种用于复合材料的改性的稀土处理液。

背景技术

玄武岩纤维是一种以纯天然玄武岩矿石为原料，将矿石破碎后加入熔窑中，经高温熔融拉丝而制成的新型矿物纤维。它具有力学性能好、热稳定性能佳、弹性模量高、耐酸碱腐蚀、吸湿性低等优异的性能。此外，玄武岩纤维的生产成本低、生产过程清洁，其主要成份与土壤相似，在自然环境中可全部降解为土壤母质，是一种取之于自然、又能回归于自然的很有开发前景的生态环境材料。维也纳科技大学的A.Bart在比较了玄武岩纤维与玻璃纤维和碳纤维的性能之后，指出玄武岩纤维及其复合材料完全能够进入目前由玻璃纤维和碳纤维主导的市场。

在连续玄武岩纤维增强树脂基复合材料体系中，玄武岩纤维起到了增强体的作用，树脂基体起到了连接增强体和传递载荷的作用，而介于玄武岩纤维与树脂基体之间的界面层则起到了纽带的作用，它是纤维增强体发挥有效作用的桥梁。当复合材料受到外部载荷作用的时候，基体将通过界面把载荷传递给纤维增强体，从而使玄武岩纤维与基体形成一个有效发挥综合性能的整体。若纤维与树脂基体的粘结性不好，则树脂不能将所承受的应力传递到纤维增强体上，而且还会导致复合材料内部裂纹萌生，致使材料性能劣化。与其他高性能纤维类似，玄武岩纤维表面呈化学惰性，与树脂间的界面粘结效果不理想，极大地影响了材料优异性能的发挥。因此，必须选用适当的方法对玄武岩纤维的表面及其复合材料的界面进行改性处理，从而增加纤维与树脂基体之间的结合强度，以提高玄武岩纤维与环氧基体之间的界面结合强度，获得具有优良力学性能的玄武岩纤维/环氧复合材料。

目前，针对玄武岩纤维表面与界面改性的方法主要有偶联剂改性、等离子体改性、涂层改性、酸碱刻蚀改性等。尽管玄武岩纤维表面改性处理方法各不相同，但其目的都是通过改善纤维与基体间的结合状态来提高复合材料的界面结合性能，进而提高复合材料的力学性能。但是，与碳纤维和玻璃纤维等高技术纤维相比，对玄武岩纤维表面改性的研究还不够成熟、不成体系。而且，有些方法对纤维损伤较大、形成的界面效果不理想，严重影响了玄武岩纤维/树脂基复合材料整体性能的提高，制约了玄武岩纤维复合材料的发展与应用。

发明内容

本发明的目的在于提供能够提高玄武岩纤维与环氧复合材料界面的强韧性能，增加复合材料的整体力学性能的提高玄武岩纤维与环氧复合材料界面强韧性的方法。本发明的目的还在于提供一种提高玄武岩纤维与环氧复合材料界面强韧性的方法所用的稀土处理液。

本发明的目的是这样实现的：

（1）将玄武岩纤维在450-500℃温度下烘烤0.2-0.5小时；

（2）将所述玄武岩纤维置于稀土处理液中，在超声波环境下浸泡1.5-2小时，过滤后烘干；所述的稀土处理液的重量分数组成为：1-9份稀土化合物、15-25份乙醇、46-68份去离子水、1-10份乙二胺四乙酸二钠、1-3份尿素和1-2份硝酸。

本发明还可以包括：

所述的稀土化合物为氯化铈、氯化镧或者氯化铈和氯化镧的混合物。

所述的玄武岩纤维为纤维丝和纤维布。

经本发明的方法处理后的玄武纤维与环氧树脂很合制成纤维板，然后采用模压固化方法使复合材料板固化成形。所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂。

本发明具有显著的界面强韧化效果。在玄武岩纤维/环氧复合材料的界面结构中引入稀土元素，可以改善复合材料的界面结合强度，从而增加了复合材料的整体力学性能。采用本发明方法制备的玄武岩纤维/环氧复合材料的拉伸性能提高了近30%。本发明方法工艺简单、成本低廉、节能环保。

具体实施方式

下面举例对本发明作进一步描述：

具体实施方式一：一、将BF-13型单向玄武岩纤维布放在450-500℃电阻炉中烘烤0.5小时，去除表面胶脂层；二、采用9份氯化镧、25份乙醇、68份去离子水、10份乙二胺四乙酸二钠、3份尿素、2份硝酸配置稀土溶液；三、将玄武岩纤维放入稀土溶液中，在超声波环境下浸泡1.5小时；四、采用E-51环氧树脂配置成环氧胶液，将处理后的纤维和环氧树脂复合，制成单向纤维预浸料，控制厚度2mm，在不锈钢模具中加压固化成形。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是稀土溶液由1份氯化镧、15份乙醇、46份去离子水、1份乙二胺四乙酸二钠、1份尿素、1份硝酸配置稀土溶液；

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是稀土溶液由5份氯化镧、20份乙醇、60份去离子水、5份乙二胺四乙酸二钠、2份尿素、1.5份硝酸配置稀土溶液；

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是稀土化合物由9份氯化铈组成。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二不同的是稀土化合物由1份稀土混合物组成。在这1份中，稀土氯化铈含量为0.25份、稀土氯化镧含量为0.75份。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二不同的是由1份稀土混合物组成。在这1份中，稀土氯化铈含量为0.5份、稀土氯化镧含量为0.5份。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是环氧胶液由环氧618组成。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是采用BF-13型玄武岩纤维丝，经湿法缠绕制成复合材料单向板，然后加压固化成形。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是采用BF-6型玄武岩纤维。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是稀土化合物由9份氯化铈组成。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式三不同的是稀土化合物由5份氯化铈组成。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式二不同的是环氧胶液由环氧618组成。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式二不同的是采用BF-13型玄武岩纤维丝，经湿法缠绕制成复合材料单向板，然后加压固化成形。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式二不同的是采用BF-6型玄武岩纤维。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式三不同的是环氧胶液由环氧618组成。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式三不同的是采用BF-13型玄武岩纤维丝，经湿法缠绕制成复合材料单向板，然后加压固化成形。

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式三不同的是采用BF-6型玄武岩纤维。

Claims

1.一种提高玄武岩纤维与环氧复合材料界面强韧性的方法，其特征是：

（1）将玄武岩纤维在450-500℃温度下烘烤0.2-0.5小时；

2.根据权利要求1所述的提高玄武岩纤维与环氧复合材料界面强韧性的方法，其特征是：所述的稀土化合物为氯化铈、氯化镧或者氯化铈和氯化镧的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的提高玄武岩纤维与环氧复合材料界面强韧性的方法，其特征是：所述的玄武岩纤维为纤维丝和纤维布。

4.一种用于权利要求1所述的提高玄武岩纤维与环氧复合材料界面强韧性的方法的稀土处理液，其特征是：重量分数组成为：1-9份稀土化合物、15-25份乙醇、46-68份去离子水、1-10份乙二胺四乙酸二钠、1-3份尿素和1-2份硝酸。