玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料界面的FTIR和XPS表征

       分别用浓度为0. 8wt%和1.Owt%的KH550硅烷偶联剂处理玄武岩纤维布，并制作成玄武岩纤维增强环氧树脂(Basalt fiber reinforced epoxy resin，BFR-Epoxy)。根据FTIR测试结果的分析，可推测出纤维与树脂之间产生了C-OR键，即C -O -NH和C-0 -Si键。树脂的环氧基断裂与纤维表面氨基形成的C-O -NH键；树脂中羟基与纤维表面的硅醇基形成的C -O -Si键。XPS测试证实了1.Owt%组复合材料的化学键C-OR的峰面积比大于0.8wto-/o组，表明前者具有更好的粘结效果。

      玄武岩纤维是一种无机矿物纤维，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、抗辐射等一系列性能特点，因此在某些应用领域完全可以替代玻璃纤维乃至价格昂贵的碳纤维，应用前景十分广阔。复合材料的力学性能与纤维性能、树脂含量有关，主要还是取决于纤维与基体树脂的复合界面粘结强弱。复合界面的粘结状态是确保复合材料获得良好的力学性能最重要的因素。纤维与树脂之间的微观接触状况影响着复合材料的力学性能。

        早期研究发现，用硅烷偶联剂处理玻璃纤维GF，其表面的Si-0键以及其固有的羟基和树脂的羟基形成氢键，氢键的形成增强了不同纤维之间的结合力。硅烷水解成有机硅醇，并与纤维表面以氢键或共价键形式结合，形成网络，如图1所示。而BF的化学组成与玻璃纤维相似，主要成分都是硅化物。用硅烷偶联剂处理纤维后，可以使二者之间获得更好的结合，而且纤维增强树脂基复合材料也能获得更好的力学性能和理化性能。一大批研究人员在表征纤维与偶联剂的复合界面、FRP的复合界面等方面做了大量研究。而利用FTIR测试、XPS测试等方法探索偶联剂处理的纤维表面，以及FRP的复合界面的复合机理也成为FRP复合材料研究的主要趋势。

资料下载：  玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料界面的FTIR和XPS表征.pdf