玄武岩纤维增强树脂基复合材料力学性能研究.pdf

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1、学术论文玄武岩纤维增强树脂基复合材料力学性能研究木ResearchonMechanicalPropertiesofContinuousBasaltFiberReinforcedResinComposites中国兵器工业集团第五三研究所郑志才葛林海陈艳孙士祥王强[摘要】玄武岩纤维作为一种新型的树脂基复合材料用高性能增强纤维，具有较好的性价比，通过对连续玄武岩增强环氧树脂复合材料单向板、织物复合材料层合板、缠绕NOL环、缠绕西60mm复合材料管的力学性能等研究，可为玄武岩纤维应用于结构复合材料提供设计依据。关键词：玄武岩纤维复合材料力学性能【ABSTRACT】Asanewtypereinfo

2、rcingfiberofresin—basedcomposites，basaltfiberhashigh—performanceandlowcost，themechanicalpropertiesofunidirec·tionalandfabriccompositeslaminates，windingNOLrings，西60mmcompoundtubearestudied，theresultscanprovidedesignbasistotheapplicationofbasaltfiberinstructurecomposites．Keywords：BasaltfiberComposi

3、tesMechani-ealproperties玄武岩纤维(CBF)是以天然玄武岩矿石作为原料，通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维。玄武岩纤维具有一系列优异的性能⋯：(1)较高的抗拉强度；(2)高的耐蚀性及高化学稳定性；(3)耐高温，可在一269℃～650'E范围内连续工作；(4)高隔热隔音性；(5胝吸湿性；(6)绝缘性好；(7)良好的透波性能等。大力开发玄武岩纤维及其制品，具有很好的经济效益和社会效益。用连续玄武岩纤维增强的玻璃钢体的强度、热稳定性、电绝缘性能均优于玻璃纤维增强材料，可在很大程度上替代玻纤、碳纤维和石棉制品。玄武岩纤维在机械制造、航空、船舶、汽车、建材、石化和化学等领域

4、均有很好的应用前景，因此近年来对玄武岩纤维的开发应用引起了很大的关注12-31。本文主要开展了玄武岩纤维复合材料用树脂基体、玄武岩纤维复合材料单向板、织物复合材料层合板、缠绕NOL环、缠绕西60mm复合材料管等研究H】，并与高强玻璃纤维、无碱玻璃纤维等进行了比较，研究结果为玄武岩纤维结构复合材料的深入研究提供了参考。+国防基础科研计划(D0920060327o66航空制造技术·2011年第17期1试验部分1．1主要原材料玄武岩纤维：线密度400tex，横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司：高强一2玻璃纤维：线密度4801ex，南京玻璃纤维研究院；无碱玻璃纤维：线密度480tex，南京玻璃纤

5、维研究院；玄武岩纤维织物：BW一100，横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司；环氧树脂E一5l：环氧值为0．51eq／1009，蓝星新材料无锡树脂厂；环氧树脂TDE一85：环氧值为0．85eq／lOOg，蓝星新材料无锡树脂厂；固化剂：自制；丙酮：工业用。1．2主要设备、仪器数控缠绕机：FWAlLS＼I，德国BSD公司；25t平板硫化机：上海伟力机械厂；电子拉力试验机：SINTECH2／DL，美国MTS公司；液压伺服电子拉力试验机：Instron8032；电动试压泵：4DY一30／40，海门试压泵厂。1．3试样制备(1)树脂浇铸体制备。将树脂、固化剂与促进剂按比例称量，混合、搅拌均匀后浇人打

6、好蜡的金属模具中，然后将模具置人烘箱中，按确定的程序进行升温固化，自然冷却至室温，脱模机加工成标准试样。(2)复合材料单向板制备。采用辊筒法制备单向预浸料，晾置、裁剪、铺层，后置于模具中热压成型单向板，高压水切割制成试样。(3)织物复合材料层合板制备。·玄武岩纤维织物手工涂刷环氧树脂胶液制成预浸料，晾置、裁剪、铺层，后置于模具中热压成型层合板。·将玄武岩纤维织物裁剪、铺叠后覆脱模布、导流网并密封于真空袋中，抽真空导人树脂制备层合板。温固化的多官能环氧，混合芳香胺，促进剂体系，其树脂浇铸体性能见表6。表6树脂浇铸体性能拉伸强度]MPa89．7拉伸模量／GPa3．77断裂延伸率，％4．47弯

7、曲强度／MPa121弯曲模量，GPa3．98压缩强度／MPa146压缩模量，cPa4．56从玄武岩纤维与高强一2玻纤NOL环拉伸性能比较可知，玄武岩纤维缠绕复合材料NOL环拉伸强度高于无碱玻璃纤维而略低于高强一2玻璃纤维缠绕复合材料NOL环拉伸强度。对玄武岩纤维复合材料NOL环拉伸试样断面、层间剪切切面进行了SEM分析，如图1、2所示。从图1、2可以看出，复合材料破坏后纤维表面粘满树脂并仍保持连续相状态，且纤维分布均匀，没有明显的贫