调查玄武岩Particle-Filled SMC复合材料的机械性能

文摘

玄武岩颗粒进行了调查作为一种新型添加剂的生产玻璃纤维增强复合材料薄板成型化合物(SMC)方法。CaCO相比₃被广泛用作填料的SMC复合材料,得到的复合材料表现出改善力学性能。抗拉强度增加了大约15%,而在SMC复合材料抗弯强度提高8%由玄武岩颗粒。检验标本的表面形貌和界面脱胶是通过扫描电镜也表现的。优越的强度属性是观察到的玄武岩与CaCO particle-reinforced复合材料相比₃填料。

1。介绍

聚合物复合材料是由无机加固和聚合物基体,提供所需的机械、化学和热阻特性。由于其独特的优点,如设计灵活性,尺寸稳定性,整合部分,强度高、重量轻、中度工具和加工成本,和耐腐蚀、负债表成型化合物(SMC)是一种广泛使用的合成制备方法。SMC ready-to-mould复合材料的方法是一个表包含未硫化的热固性树脂和均匀分布短纤维和填料。通常,玻璃纤维作为增强材料和不饱和聚酯作为一个矩阵,以及各种填料和添加剂预浸材料配方。碳酸钙(CaCO₃)是廉价和容易填充,因此是最广泛使用的填料的复合制剂。由于其高的表面能,CaCO₃降低了复合材料的力学性能(1]。

玄武岩是一种刚性的、困难的和持久的火山矿物深灰色或黑色的颜色。它由SiO大约50%₂玄武岩和源于热岩浆流动的凝固从火山或地壳的裂缝。最近,玄武岩纤维作为一种强化材料,该展览相比异常特征和力学性能的玻璃纤维。Basalt-polymer材料主要是用于建筑,然后他们开始使用汽车,机器,航空航天工业代替传统的玻璃和碳纤维增援部队(2- - - - - -5]。此外玄武岩纤维耐火和保温形式对声音和热量,因此提出了一种更经济的替代碳纤维。例如,短切玄武岩纤维还可以与水泥混合提供低体重和高结构强度(6- - - - - -8]。同样,玄武岩颗粒也被用作聚合物复合材料的填料。玄武岩颗粒的一个重要特性是成型过程的适用性。通过添加玄武岩颗粒以特定的速度到聚合物基质通过造型产生的相应的复合材料。这些材料的各种性质涉及穿着、机械性能和耐化学性,没有显著提高泡沫或毛孔中观察到的结构9,10]。

已研制出的一种新策略,提高纤维增强复合属性通过引入额外的粒子在聚合物基质。例如,碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能提高了石墨烯纳米粒子的加入,这增强了界面力学通过化学键(11]。在另一项研究中,必要Subagia等人研究了不同的电气石的影响微/纳米填料在玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料通过真空辅助树脂传递模塑生产。粒子的添加,增加获得的复合材料拉伸和弯曲性能(2]。

在这项研究中,比较研究的SMC复合材料和玻璃纤维增强复合材料包含CaCO准备₃或玄武岩颗粒报道基于他们的微观结构和力学性能。复合材料由玄武岩颗粒与CaCO相比有更好的机械性能₃particle-reinforced SMC复合材料。试样的力学性能研究按照标准测试。标本的表面形态通过扫描电子显微镜详细检查。

2。材料和方法

2.1。材料

玄武岩粒子从Basaltex购买(Masureel集团、比利时)及其化学成分表1。

的e玻璃纤维束直径15μm是由凸轮Elyaf A.S. (smc3 - 2400),切成65毫米长度和随机添加到树脂的浓度20%的体重。不饱和聚酯树脂,Polipol™347 - bmc smc (Poliya,伊斯坦布尔,土耳其)在实验中,和树脂性能表2。

2.2。SMC复合材料的制备

SMC复合材料生产的两个步骤。在第一步中,预浸材料配方是根据给定的配方(表准备3),孵化成熟时期(图1)。这个时期起着至关重要的作用在树脂和纤维之间的结合。因此,这个键也会影响复合材料的力学性能。

在第二步中,SMC盘子被保留在一个专门准备了140×280毫米²板模具的温度在140 - 150°C下80条的恒压的影响大约4分钟(图2)。

2.3。描述

用金刚石锯切生产板块和标本准备根据ISO527 ISO178,分别为抗拉和抗弯强度测试。拉伸测试执行与Shimadzu-AG-I机5毫米/分钟的速度和弯曲测试是通过使用(图茨威格- 1446机器3在2毫米/分钟)。

破碎的形态学特征复合表面获得的拉伸和弯曲试验的特点是SEM(卡尔蔡司EVO 40)的加速电压20 kV。试样表面涂以金钯和减压下观察。

3所示。结果与讨论

复合材料的强度直接相关矩阵和纤维之间的界面力学。界面强度增加了复合材料的强度。近年来,一些已经有人尝试去改善这些化学和机械的债券。粒子添加剂通常旨在降低成本,但复合材料的化学和物理性质,颗粒生产添加剂也得到改善。玄武岩填料用于道路建设,以矿物形式为热量和隔音。作为补强剂材料,用于复合材料在改善机械性能。此外,它还可以用于改善磨损和耐蚀性。在这项研究中,与玄武岩颗粒产生的标本,而不是常用的CaCO₃填料和这些新的复合材料的力学性能。标本被使用测试设备根据标准程序,如图4。

一般来说,玻璃纤维提供了最大的优点在SMC复合材料用作加固材料时,而CaCO₃填料是有用的调糊粘度和降低成本。本研究的主要目的是改善SMC复合材料的力学性能的改善矩阵性质的而不是CaCO玄武岩颗粒₃填料。更换CaCO₃填料与玄武岩颗粒带来许多杰出的特性,比如防火,防爆,无毒、不与空气或水的反应矩阵。拉伸和弯曲试验证实,SMC复合材料由玄武岩填料相比,具有更好的力学性能包含CaCO复合₃填料。不改变钢筋的材料(玻璃纤维),通过简单的矩阵力学性能改性的增加是一个重大发现。拉伸和弯曲试验结果中可以找到数据5和6。抗拉强度增加了大约15%,而抗弯强度提高8%(图7)。

在文献中,复合材料的破坏机制通常是解释三个阶段。在第一阶段,微裂隙形成的矩阵,其次是fibre-matrix脱胶和界面分离,最终由纤维断裂13- - - - - -17]。在我们的例子中,玄武岩颗粒不仅防止最终复合材料的微裂隙,也改善玻璃纤维和矩阵之间的凝聚力;因此SMC复合材料的力学性能显著提高。获得的平均抗拉和抗弯强度值与使用CaCO样本₃和玄武岩填充物在图7。这个图表显示了一个递增的趋势在拉伸和弯曲应力。

SMC复合材料的形态也调查了通过扫描电镜设备使用断裂表面拉伸和弯曲的标本。在CaCO₃SMC复合材料,纤维表面可以观察到包络图8和减少纤维和基体之间的界面强度。由于界面强度不足,玻璃纤维的拉拔力容易发生在矩阵。因此,界面脱胶导致抗拉和抗弯强度下降。

另一方面,玄武岩particle-reinforced复合,玄武岩颗粒有助于保持玻璃纤维与矩阵的组合(图9)。因此,微裂隙的形成在矩阵粒子相对延迟在第一阶段的伤害。因此,SMC板的力学性能有显著的改善和失效机理已被推迟。

4所示。结论

总之,玄武岩颗粒作为替代玻璃纤维增强SMC复合材料填料一直调查。CaCO相比₃一般用于SMC复合填料,玄武岩颗粒填充样品展览在抗拉和抗弯强度显著提高。的形态获得SMC材料进行扫描电镜分析。在CaCO₃复合材料,纤维拉拔力和界面脱胶更容易发生由于表面能较高。这可能是负责减少非极性的机械性能矩阵。相反,玄武岩颗粒玻璃纤维和矩阵在一起,导致改善力量属性。在未来的研究中,玄武岩填料的比例和新SMC生产方法将检查以达到更好的机械性能。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本文是基于Uludağ大学(科研补助金不支持的工作。UAP (M) 2011 - 29)。作者感谢Mehmet Atilla Tasdelen Yalova大学聚合物工程系有价值的贡献。

引用

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