纳米SiO2-硅烷协同改性对玄武岩纤维/环氧树脂复合材料力学性能及蠕变性能的影响

分别采用硅烷偶联剂和纳米SiO2粒子-硅烷偶联剂对玄武岩纤维(BF)进行表面改性,通过缠绕成型工艺制备了玄武岩纤维/环氧树脂(BF/EP)复合材料.采用万能材料试验机测定了BF的拉伸性能和BF/EP复合材料的弯曲性能,借助FESEM观察了纤维表面及其复合材料弯曲断裂断口的形貌,自制三点弯曲蠕变测试装置测定了BF/EP复合材料2544 h的长期蠕变性能,采用万能材料试验机在不同应力水平下测定了BF/EP复合材料6000 s的短时蠕变性能,并分析了纤维表面改性对各项力学性能的影响.结果表明,在BF上浆剂中引入纳米SiO2粒子后,纤维的拉伸性能、BF/EP复合材料的弯曲性能均得到有效改善.FESEM形貌显示BF的协同改性提高了纤维与树脂界面的粘结性能;2544 h的低应力长期蠕变实验及6000 s的不同应力水平短时蠕变实验中,均表现出蠕变柔量及其增长速率的显著降低;在20％、30％、40％及50％初始弯曲强度加载时的短时蠕变实验中,由蠕变曲线重合的应力值,可大致得到材料线性蠕变的应力阈值.使用Hooke-Kelvin-Kelvin(HKK)模型可有效描述BF/EP复合材料在低应力水平下的长期蠕变性能,由此可进行其蠕变性能指标的长期预测.