玄武巖纖維(wei)的(de)力學特性

　　玄武(wu)巖纖(xian)(xian)維(wei)(wei)是一種脆(cui)性材料,其理論(lun)抗(kang)拉(la)(la)(la)強(qiang)度(du)(du)為(wei)3 000~4 840 MPa,彈性模量為(wei)90~110 GPa,斷裂伸長率為(wei)3.2%左右。其抗(kang)拉(la)(la)(la)強(qiang)度(du)(du)是E型玻(bo)璃纖(xian)(xian)維(wei)(wei)的(de)1.4~1.5倍,與S型玻(bo)璃纖(xian)(xian)維(wei)(wei)的(de)抗(kang)拉(la)(la)(la)強(qiang)度(du)(du)相(xiang)當,明(ming)(ming)顯優于芳綸、聚丙烯纖(xian)(xian)維(wei)(wei)、氧化鋁纖(xian)(xian)維(wei)(wei)等。目(mu)前,市(shi)場上玄武(wu)巖纖(xian)(xian)維(wei)(wei)的(de)抗(kang)拉(la)(la)(la)強(qiang)度(du)(du)普遍(bian)在2 000~2 500 MPa,明(ming)(ming)顯低于其理論(lun)抗(kang)拉(la)(la)(la)強(qiang)度(du)(du),因此研究(jiu)影響玄武(wu)巖纖(xian)(xian)維(wei)(wei)力學性能(neng)的(de)因素,進而(er)優化這(zhe)些因素,對于提高玄武(wu)巖纖(xian)(xian)維(wei)(wei)的(de)力學性能(neng)至關重要。

　　影響玄武(wu)巖纖維力學(xue)特(te)性的主要因素

　　化學(xue)(xue)成分對玄武巖纖維力學(xue)(xue)性(xing)能的(de)影響(xiang)

　　玄(xuan)武(wu)巖纖維(wei)的(de)(de)空間(jian)(jian)網(wang)絡(luo)結(jie)構是影響其(qi)(qi)(qi)力學性能的(de)(de)關鍵(jian)因素,其(qi)(qi)(qi)空間(jian)(jian)網(wang)絡(luo)結(jie)構連接越(yue)緊(jin)密(mi),力學性能越(yue)高(gao)。SiO2與Al2O3是構成玄(xuan)武(wu)巖纖維(wei)空間(jian)(jian)網(wang)絡(luo)結(jie)構骨(gu)架(jia)的(de)(de)氧化物(wu),其(qi)(qi)(qi)含量的(de)(de)高(gao)低決(jue)定(ding)了纖維(wei)空間(jian)(jian)網(wang)絡(luo)結(jie)構的(de)(de)緊(jin)密(mi)程(cheng)度(du)。Mg、Ca、Na、K等堿(jian)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)與堿(jian)土(tu)(tu)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)會破(po)壞(huai)(huai)纖維(wei)的(de)(de)空間(jian)(jian)網(wang)絡(luo)結(jie)構,使(shi)其(qi)(qi)(qi)聚合度(du)降低。王寧對玄(xuan)武(wu)巖纖維(wei)進(jin)行(xing)紅外光(guang)譜與拉曼光(guang)譜表(biao)征發現：在1 002 cm-1處(chu)的(de)(de)Si—Onb極性鍵(jian),表(biao)明(ming)其(qi)(qi)(qi)主要成分(fen)為(wei)硅(gui)酸鹽(yan);450 cm-1處(chu)由(you)Al—Obr—Al對稱彎曲振動(dong)引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)峰(feng)(feng),說明(ming)部(bu)分(fen)Al取(qu)代Si進(jin)入骨(gu)架(jia)結(jie)構,起(qi)(qi)到空間(jian)(jian)網(wang)絡(luo)形成體的(de)(de)作用;720 cm-1處(chu)由(you)AlⅣ—Onb對稱伸縮振動(dong)引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)弱峰(feng)(feng),表(biao)明(ming)部(bu)分(fen)Al—Obr—Al被堿(jian)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)或堿(jian)土(tu)(tu)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)破(po)壞(huai)(huai),且330 cm-1處(chu)的(de)(de)峰(feng)(feng)是典型(xing)堿(jian)(堿(jian)土(tu)(tu))金(jin)屬(shu)(shu)(shu)R+—O(R2+—O)的(de)(de)振動(dong)峰(feng)(feng)。

　　統計學研(yan)究表(biao)明,Fe3+的(de)(de)含(han)量越高(gao),玄武(wu)巖纖維的(de)(de)表(biao)面缺陷(xian)越多,力學性能(neng)越差。對玄武(wu)巖纖維進(jin)行SEM-EDS表(biao)征發現,纖維表(biao)面比較(jiao)光(guang)滑,但是(shi)存在大小不(bu)一(yi)、形狀(zhuang)各異的(de)(de)凸起缺陷(xian),凸起處(chu)與(yu)纖維本(ben)(ben)體結構的(de)(de)主(zhu)要化學成分基本(ben)(ben)一(yi)致,但含(han)量不(bu)同,Fe的(de)(de)含(han)量明顯(xian)較(jiao)高(gao)。

　　礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)組(zu)(zu)分對玄(xuan)武巖纖維(wei)(wei)力學性(xing)(xing)能的(de)(de)影響(xiang)。玄(xuan)武巖的(de)(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)組(zu)(zu)成主要有斜長(chang)(chang)石(shi)、輝石(shi)、石(shi)英(ying)、正長(chang)(chang)石(shi)與(yu)橄(gan)欖(lan)石(shi)等硅酸鹽(yan)礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)及(ji)其他雜質(zhi),這些(xie)礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)是其化(hua)學元素(su)的(de)(de)存在形式。理論上硅酸鹽(yan)礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)含量(liang)越(yue)高,纖維(wei)(wei)的(de)(de)空間網絡結構(gou)越(yue)緊密,抗拉強度(du)也越(yue)高,但礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)組(zu)(zu)分對玄(xuan)武巖的(de)(de)熔融(rong)溫(wen)度(du)、熔體黏度(du)、析晶(jing)溫(wen)度(du)等均(jun)有影響(xiang),從而(er)影響(xiang)玄(xuan)武巖纖維(wei)(wei)熔融(rong)拉絲的(de)(de)過程,進(jin)而(er)影響(xiang)該纖維(wei)(wei)的(de)(de)力學性(xing)(xing)能。例(li)如玄(xuan)武巖各礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)組(zu)(zu)分熔點不同(斜長(chang)(chang)石(shi)、輝石(shi)、石(shi)英(ying)與(yu)正長(chang)(chang)石(shi)等礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)熔點較(jiao)低,橄(gan)欖(lan)石(shi)熔點較(jiao)高),在高溫(wen)條(tiao)件(jian)下,熔點高的(de)(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)難以(yi)完(wan)全融(rong)化(hua),會造成熔體的(de)(de)不均(jun)質(zhi)性(xing)(xing),進(jin)而(er)引起玄(xuan)武巖纖維(wei)(wei)內部(bu)結構(gou)的(de)(de)不均(jun)勻性(xing)(xing),在微不均(jun)勻處(chu)易產生應力集中現象,從而(er)造成纖維(wei)(wei)力學性(xing)(xing)能下降。

　　浸潤劑(ji)涂層對玄武巖纖維(wei)力學性(xing)能的影(ying)響(xiang)

　　如(ru)前所述,玄(xuan)(xuan)武(wu)(wu)巖(yan)(yan)纖(xian)(xian)維表面(mian)(mian)存在凸起等缺陷,浸潤(run)(run)劑(ji)(ji)(ji)(ji)主(zhu)要是通過修(xiu)復玄(xuan)(xuan)武(wu)(wu)巖(yan)(yan)纖(xian)(xian)維的表面(mian)(mian)缺陷來(lai)增強其(qi)(qi)力學性(xing)(xing)能(neng)。由于玄(xuan)(xuan)武(wu)(wu)巖(yan)(yan)纖(xian)(xian)維是一種(zhong)無機纖(xian)(xian)維,脆(cui)性(xing)(xing)大是該(gai)纖(xian)(xian)維原(yuan)絲的一大特性(xing)(xing),浸潤(run)(run)劑(ji)(ji)(ji)(ji)涂層(ceng)能(neng)夠有效改變該(gai)纖(xian)(xian)維的集束性(xing)(xing)與柔順性(xing)(xing),從而提(ti)高(gao)其(qi)(qi)力學性(xing)(xing)能(neng)。通過力學試(shi)驗證明,涂覆(fu)浸潤(run)(run)劑(ji)(ji)(ji)(ji)之后,玄(xuan)(xuan)武(wu)(wu)巖(yan)(yan)纖(xian)(xian)維的抗拉強度能(neng)夠提(ti)高(gao)25%,其(qi)(qi)原(yuan)因是浸潤(run)(run)劑(ji)(ji)(ji)(ji)涂層(ceng)可(ke)以有效地降(jiang)低玄(xuan)(xuan)武(wu)(wu)巖(yan)(yan)纖(xian)(xian)維表面(mian)(mian)沖擊(ji)裂紋(wen)尖端的應力集中,提(ti)供(gong)可(ke)靠的愈(yu)合功(gong)能(neng),從而大大提(ti)高(gao)纖(xian)(xian)維的抗拉強度。

　　利用(yong)(yong)原子(zi)力(li)顯微鏡(AFM)對涂覆(fu)浸潤劑(ji)(ji)前后的(de)(de)玄武巖(yan)纖維(wei)表(biao)面粗糙度進行表(biao)征,如圖(tu)2、圖(tu)3所(suo)示,發現涂覆(fu)浸潤劑(ji)(ji)后的(de)(de)玄武巖(yan)纖維(wei)表(biao)面比相同區域未涂覆(fu)浸潤劑(ji)(ji)的(de)(de)纖維(wei)表(biao)面粗糙度明(ming)顯提高,這有助于玄武巖(yan)纖維(wei)增(zeng)強復合材料中纖維(wei)與(yu)基體材料的(de)(de)相互作用(yong)(yong),進而(er)增(zeng)強玄武巖(yan)纖維(wei)增(zeng)韌(ren)復合材料的(de)(de)力(li)學性能(neng)。

　　玄(xuan)(xuan)武巖纖(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)的(de)空間網絡結構決(jue)定了其具有優良的(de)物理與(yu)(yu)力學(xue)特性(xing)(xing)(xing),其化學(xue)成分(fen)決(jue)定了其有良好的(de)化學(xue)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)。2)玄(xuan)(xuan)武巖的(de)成分(fen)是影(ying)響(xiang)其纖(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)的(de)內因,全面(mian)系(xi)(xi)統地研究(jiu)玄(xuan)(xuan)武巖的(de)化學(xue)成分(fen)與(yu)(yu)礦物組分(fen)對其熔融拉(la)絲(si)過程的(de)影(ying)響(xiang),是提高玄(xuan)(xuan)武巖纖(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)力學(xue)性(xing)(xing)(xing)能的(de)根本所在(zai)。3)目前,玄(xuan)(xuan)武巖纖(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)用(yong)浸(jin)(jin)潤(run)劑(ji)多(duo)(duo)為(wei)有機試劑(ji),且多(duo)(duo)借用(yong)于(yu)玻璃(li)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)的(de)浸(jin)(jin)潤(run)劑(ji),而該纖(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)為(wei)無(wu)機物,因此(ci)在(zai)浸(jin)(jin)潤(run)劑(ji)的(de)專(zhuan)用(yong)性(xing)(xing)(xing)及浸(jin)(jin)潤(run)劑(ji)與(yu)(yu)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)基體的(de)結合性(xing)(xing)(xing)上(shang)均表現(xian)不(bu)理想(xiang),故(gu)體系(xi)(xi)化開發(fa)玄(xuan)(xuan)武巖纖(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)專(zhuan)用(yong)無(wu)機浸(jin)(jin)潤(run)劑(ji)迫在(zai)眉睫。中國(guo)的(de)玄(xuan)(xuan)武巖纖(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)產(chan)業發(fa)展(zhan)迅(xun)速,但是還有許多(duo)(duo)問題(ti)需要解決(jue),在(zai)今(jin)后的(de)發(fa)展(zhan)中,希望國(guo)家在(zai)科學(xue)研究(jiu)投入、政策導(dao)向、人(ren)才培養等方面(mian)給予玄(xuan)(xuan)武巖纖(xian)(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)產(chan)業更多(duo)(duo)的(de)支持。

　　陳鵬, 張諶虎, 王成勇(yong), 石開儀(yi), 雷以柱.玄武巖纖維主要特性(xing)研究(jiu)現狀[J].無機鹽工業, 2020, 52(10): 64-67 doi:10.11962/1006-4990.2019-0592

　　埃爾派(pai)位于山東省濰坊(fang)市安丘市先進制(zhi)造(zao)業(ye)(ye)產(chan)業(ye)(ye)園，擁(yong)有逾50000平方(fang)米的機械生產(chan)基地和現代化的管理制(zhi)度，自成(cheng)立以(yi)(yi)來(lai)，牢記“以(yi)(yi)粉(fen)體技(ji)術開創先進材料的未(wei)來(lai)”的使(shi)命(ming)，秉(bing)承“合(he)規篤(du)信，和合(he)共生”的價值(zhi)觀，制(zhi)定了“不求所有，但求所用”的人才戰略(lve)，與多所高等(deng)院校合(he)作簽署“產(chan)學(xue)研(yan)”發展(zhan)計劃。

　　由埃(ai)爾派自(zi)主研制的粉碎(sui)機、分級機，以及(ji)顆粒整形、包覆、修(xiu)飾等關(guan)鍵技(ji)術(shu)的突破，打破了(le)國外技(ji)術(shu)壁壘，填補了(le)國內行業(ye)空白，大大推(tui)進了(le)醫藥、食品、化工(gong)、礦(kuang)物、新材(cai)料、固廢處(chu)理(li)等領域(yu)的技(ji)術(shu)進步和(he)產(chan)業(ye)升級。先后榮獲(huo)科(ke)技(ji)部“科(ke)技(ji)型中(zhong)小企業(ye)技(ji)術(shu)創新基金”、“山東(dong)省首批瞪羚企業(ye)”、“山東(dong)省隱形冠軍企業(ye)”、“高新技(ji)術(shu)企業(ye)”、“中(zhong)國專利山東(dong)明星(xing)企業(ye)”等榮譽稱號。

　　從問題咨詢到方(fang)案設計(ji)，埃(ai)(ai)爾(er)派為客戶提供(gong)最專業的解(jie)(jie)答和最全面(mian)的解(jie)(jie)決辦法，并協助客戶擬定施(shi)工(gong)方(fang)案，為客戶提供(gong)最專業的“保姆級(ji)”私(si)人(ren)訂制服務(wu)。埃(ai)(ai)爾(er)派已服務(wu)超過(guo)3000家海(hai)內外客戶，銷路遍布亞、非、歐(ou)、美與大洋洲的100多(duo)個國家和地(di)區，歸(gui)納統計(ji)了上萬種(zhong)物料(liao)的超微粉碎分級(ji)解(jie)(jie)決方(fang)案，贏得了客戶們的廣泛贊譽。

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