玄武巖纖維替代玻璃纖維用于成型汽車導流罩

梁繼才　龔光耀

摘? 要：玄武巖纖維是一種新型環保的高性能纖維，RTM成型是一種成本低，效率高，生產過程對人體友好的復合材料成型方式。該文將玄武巖纖維替代玻璃纖維應用于汽車導流罩生產中。將玄武巖纖維進行改性處理，對比改性玄武巖纖維以及多種纖維在RTM成型導流罩上的應用，對比不同纖維類型及不同纖維織物形式增強的復合材料的力學性能差異，探究鋪設方式對制品性能的影響，以及復合材料厚度不同給力學性能帶來的差異，綜合考量玄武巖纖維在汽車領域的應用前景。

關鍵詞：玄武巖纖維? 復合材料? RTM成型

中圖分類號：TB332 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（b）-0051-02

1? 研究背景

玄武巖纖維（Basalt Fiber，BF）符合當今的綠色發展理念，是性能優異的硅酸鹽纖維，它是由分布廣，易獲得的玄武巖礦石，加熱成熔融狀態后通過專門的漏板孔制成的纖維[1-3]。礦石的主成分是二氧化硅，同時還有部分氧化鈣及少量其他金屬氧化物存在。此外，玄武巖纖維的生產過程封閉且較為環保，基本無污染物的排放問題，纖維屬于玄武巖礦石物理轉變后的存在形式，廢棄在自然生態中，也不會對生態產生不好的影響，全程綠色環保[4]。

樹脂傳遞模塑成型（簡稱RTM）與傳統的手糊成型及噴射成型相比，有著生產更高效、制品的尺寸精度更好、表面狀況優良、苯乙烯揮發物更少等諸多優勢。該文嘗試采用玄武巖纖維（BF）來替代玻璃纖維（GF）氈用于RTM成型制備汽車駕駛室導流罩。首先對玄武巖纖維進行改性處理，得到改性玄武巖纖維（Modified Basalt Fiber，MBF）。對比不同纖維及改性前后的玄武巖纖維在RTM成型應用時的優劣表現，探究制品厚度對力學性能的影響。

2? 實驗對比

2.1 纖維改性及RTM成型工藝介紹

玄武巖纖維采用的是平紋布，特點是纖維層數低時具有較好的縱橫雙向性能穩定性。對其中兩組玄武巖纖維布進行改性處理，用硅烷偶聯劑改性后的硅炭黑懸濁液對纖維進行附著改性。

將由玄武巖纖維布、玻纖氈、碳纖維布（CF）3種纖維的不同組合方案用于RTM成型，每組方案均有GF氈做內襯。

采用RTM成型工藝生產的汽車導流罩制品如圖1所示，不同區域的數字標注為不同的纖維組合方案。

2.2 力學性能測試

方案1中采用的是雙層GF作為增強材料，其拉伸強度遠低于其余方案;方案2為單層BF加上單層GF的組合方案，復合材料的拉伸性能有了大幅提高，BF布在復合材料的拉伸性能上的作用要好于GF氈;方案3中經過改性處理后的玄武巖纖維（MBF）復合材料，其拉伸性能與未改性相比，有了一定的提高;當復合材料中的玄武巖纖維鋪設層數為2層時（方案4和方案5），其拉伸性能較單層又有了提高;方案6中的CF面密度較小，纖維含量大致相同的CF復合材料與BF復合材料的拉伸強度相當，略低于MBF復合材料。

方案1中的純GF氈增強復合材料的彎曲性能較好，要好于方案2和方案3中單層BF+GF的強度表現，方案3中的MBF+GF復合材料相比于方案2（BF+GF），彎曲強度提升了約11%。方案6中的CF+GF復合材料與方案2、3相比，彎曲強度要好于大致相同含量的玄武巖纖維復合材料。方案5與方案4的鋪設均為2層BF布，但方案5采用的是MBF，彎曲強度提高了26.6%。

3? 結語

對比不同類型纖維在RTM成型中的實際應用效果，純GF氈類的拉伸強度明顯不足，彎曲性能較好;BF增強方案與純GF增強方案相比，拉伸性能提升約75%，提升幅度較大，主要歸因于纖維氈和纖維布的整體結構差異。相同纖維含量時，同為纖維布結構的CF，其彎曲性能要高于BF復合材料;拉伸性能高于BF復合材料，低于MBF復合材料。

參考文獻

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