纖維復(fù)合材料的制備及其性能研究

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1、岌合材料—生命、環(huán)瑰與富技術(shù)纖維復(fù)合材料的制備及其性能研究王廣健‘，2尚德庫1胡琳娜，(‘河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院493信箱，天津,300130z淮北煤炭師范學(xué)院化學(xué)系，淮北，235000)摘要測定了玄武巖纖維的組成，并對玄武巖纖維進(jìn)行軟化、硅烷偶聯(lián)劑表面活化處理。在此基礎(chǔ)上，利用玄武巖纖維和植物纖維進(jìn)行復(fù)合，制備了生態(tài)環(huán)境復(fù)合過濾材料。結(jié)果表明，玄武巖纖維在植物纖維中均勻彌散，無機(jī)纖維和有機(jī)纖維各自的優(yōu)良特性得到了充分的發(fā)揮。利用無規(guī)線團(tuán)模型對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，采用逾滲模型對其過濾性能進(jìn)行分析，并討論了打漿度、玄武巖纖維含量、膠粘劑等因素對復(fù)合材料性能的影響。制備的復(fù)合材料具有可重

2、復(fù)使用、性能價(jià)格比高、對環(huán)境無二次污染，符合對環(huán)境協(xié)調(diào)、環(huán)境友好的生態(tài)環(huán)境材料的要求。關(guān)銳詞生態(tài)復(fù)合材料纖維結(jié)構(gòu)模型傳統(tǒng)的材料研究、開發(fā)與生產(chǎn)往往過多地追求良好的使用性能，而對材料的生產(chǎn)使用和廢棄過程中需消耗大量的能源和資源，并造成環(huán)境污染，危及人類生存的嚴(yán)峻事實(shí)重視不夠。生態(tài)環(huán)境材料(Ecomaterials)由于具有滿意的使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性(對資源和能源消耗少，對環(huán)境污染小和循環(huán)再生利用率高)，有助于解決資源短缺，從源頭上控制污染，實(shí)現(xiàn)“零排放”，有利于促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，因此引起了研究者的廣泛關(guān)注[’一引。我國是一個(gè)貧林的國家，探討替代木漿生產(chǎn)功能材料的方法對

3、降低成本，減少環(huán)境污染具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義和歷史意義。生產(chǎn)玄武巖纖維的原料屬于玄武巖、輝綠巖與角閃巖，在地球上分布廣泛。玄武巖纖維含有三氧化二鋁、三氧化二鐵、二氧化欽及氧化鈉等成分，具有多孔結(jié)構(gòu)和無規(guī)則的排列方式，其中的氣孔可分為封閉氣孔和開放氣孔，分別呈圖球形和管狀，其比重小，空隙率高，比表面積大，耐腐蝕性強(qiáng)，具有無毒性、不燃性以及較好的力學(xué)性能，降解后即成為土鑲的母質(zhì)[61，因而對環(huán)境友好，可用于制備熱絕緣材料、抗震材料、復(fù)合材料等「7-91本文采用我們課題組經(jīng)熔融、拉絲等工藝制備的具有優(yōu)良的物理、力學(xué)性能和抗化學(xué)腐蝕性的玄武巖纖維[lo)，以研制的纖維軟化劑處理玄武巖纖維，制

4、備了無機(jī)纖維一植物纖維復(fù)合過濾材料，并利用無規(guī)線團(tuán)(網(wǎng)絡(luò))模型和逾滲理論對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步的探討。制備的含50%玄武巖纖維復(fù)合過濾材料具有耐折度較高、抗張強(qiáng)度好、價(jià)格低廉、使用壽命長、可完全降解以及較好的過濾性能和節(jié)省大量的植物纖維等優(yōu)點(diǎn)，使無機(jī)纖維和有機(jī)纖維的性能得到了充分的發(fā)揮。該纖維復(fù)合材料體現(xiàn)了環(huán)境協(xié)調(diào)性，從源頭上控制污染、符合污染“零排放”的綠色化要求。1玄武巖纖維特性與處理1.1玄武巖纖維的成分及主要物化性質(zhì)玄武巖纖維中的化學(xué)成分對其物理化學(xué)性能及表面處理的結(jié)果有著重要的影響。為此在P1ILIPSX130EDS電子探針能譜儀上進(jìn)行玄武巖纖維元素含量的測定，其主要成分如

5、下(原子wt%):O二42.80,Na=1.28,Mg二6.34,Al=7.97,Si=17.58,S二0.57,K二0.79,Ca=20.38,Ti二0.71,Mn=0.54,Fe=1.04。二氧化硅是最主要的成分，被稱為網(wǎng)絡(luò)形成物，它可保持玄武巖纖維的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，但其含量高時(shí)，玄武巖熔融的溫度和粘度較高，給拉絲帶來困難，故可根據(jù)需要添加其他氧化物以降低融點(diǎn)并賦予玄武巖纖維所需要的特性。另外，氧化鈣含量較高，這對提高玄武巖纖維的耐久性、耐水性及機(jī)械強(qiáng)度是有利的。玄武巖纖維中的三氧化二鋁的含量也較高，它可以提高玄武巖纖維的耐久性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，這為提高

6、復(fù)合材料的力學(xué)等性能提供了良好的基礎(chǔ)。玄武巖纖維為非晶態(tài)物質(zhì).使用沮度大于玻瑞纖維，一般在二、復(fù)合材料與環(huán)度一263℃一900℃，導(dǎo)熱系數(shù)低，在25℃下玄武巖纖維板的導(dǎo)熱系數(shù)為。04W"m.K。在耐水性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)手玻璃纖維，吸濕能力只有。.2%一0.396，而且其吸收能力不隨時(shí)間變化，這就保證了它在使用過程中的熱穩(wěn)定性和長壽命[n71.2玄武巖纖維軟化劑的制備和預(yù)處理k4將凡士林、石蠟、硬脂酸、變壓器油按一定的比例混合、加熱、攪拌及觸化，達(dá)一定溫度后，加人一定比例的非離子表面活性荊平平加，繼續(xù)攪拌一定時(shí)間再加人陽離子表面活性劑，攪拌一段時(shí)間，加人適量的水，繼續(xù)攪拌20min，即得

7、到穩(wěn)定的乳液。這里凡士林、石蠟、變壓器油對玄武巖纖維起潤滑、成膜和軟化作用;平平加的作用是降低水的表面張力，使油相均勻地分散在水中，形成均勻穩(wěn)定的乳液;硬脂酸是輔助乳化劑，因?yàn)槠狡郊硬荒苁故炄榛?，需加人一定量的硬脂酸后，平平加才能將石蠟乳?陽離子表面活性劑為雙佩雙胺與甲醛縮合物的醋酸鹽溶液，它在保證玄武巖纖維強(qiáng)度的同時(shí)，還具有一定的活性，降低水的表面張力，增加乳液的穩(wěn)定性。乳液穩(wěn)定性試驗(yàn)表明，在20g乳液中加人120g水稀釋，搖勻，放置三個(gè)月，無分層、破乳現(xiàn)象;乳液儲(chǔ)藏半年以