玄武岩纤维布/不饱和聚酯复合材料耐老化性能

为探明玄武岩纤维/不饱和聚酯(UP,unsaturated polyester resin)复合材料的耐候性和力学性能,通过人工模拟加速气候箱对复合材料进行紫外光和冷凝处理,并测试、分析老化前后复合材料的力学性能、微观结构及化学结构的变化。力学性能测试发现,老化后的复合材料力学性能下降明显,拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弹性模量与未老化相比分别下降了35%、20%、60%和52%。扫描电子显微镜(SEM,scan electron microscope)观察老化前后的复合材料,发现包裹在纤维周围的树脂逐渐脱落,基体降解并产生碎片和横向裂纹并不断扩展形成多级开裂。傅立叶红外光谱分析(FTIR,Fourier transform infrared spectrum)测试发现,老化后的复合材料在1 725 cm-1处的酯羰基吸收峰减弱,1 280和1 130 cm-1处酯基消失;同时,在747和702 cm-1处的邻苯型1,2-二取代吸收峰也消失。研究结果表明,不饱和聚酯上的羰基与双键或苯环上的羰基共轭体系发生变化,使酯羰基分解产生CO;同时,聚酯发生链断裂、自由基终止等交联反应。玄武岩纤维/UP复合材料的耐老化研究有利于延长该产品的使用寿命,对下一阶段制备玄武岩纤维/亚麻纤维混杂复合材料的耐候性和力学性能提供参考依据。     

玄武岩纤维改进亚麻纤维/不饱和聚酯复合材料的耐候性

为了研究玄武岩纤维和亚麻纤维增强不饱和聚酯(unsaturated polyester resin,UP)复合材料的耐候性能,通过人工模拟加速气候箱对混杂复合材料(hybrid composite materials,HCM)进行紫外光和喷凝处理,分析了老化前后对HCM的力学性能、动态热机械性能、吸水性能及微观结构变化的影响。力学测试结果表明,随紫外老化时间增加,H1、H2和H3(玄武岩纤维分别占总纤维质量的20.3%、41.5%和63.7%)的弯曲强度和冲击韧性先增大后降低,其中弯曲强度保持率分别为:62.5%、58.1%和57%;冲击韧性保持率分别为:66.8%、66.7%和53.2%。紫外老化时间对H3的弯曲强度影响显著(P0.05),而玄武岩纤维含量对HCM的弯曲强度保持率影响不显著(P0.05)。老化后的HCM的刚性增强,脆性增大,同时界面结合强度变差。老化600 h后,H1、H2和H3的吸水率与未老化相比分别增长了39.1%,44.9%和50.3%。与未老化的HCM相比,老化后亚麻纤维容易脱胶,空隙较多;玄武岩纤维与基体结合紧密,周围出现基体碎片。以上研究结果表明紫外老化使HCM进一步固化,力学性能增强;但随老化时间延长,基体发生不可逆硬度增加,脆性使纤维与基体的界面容易出现微裂纹,从而导致HCM性能下降;水分对亚麻纤维与基体的界面有影响并对破坏界面过程进行初步探索,验证了水分破坏存在的合理性。以上综合分析表明,H1的耐候性更好,而基体UP的降解将严重影响HCM的耐候性能。