近日，来自中科院新疆理化所的一支科研团队，通过对国内7种商用玄武岩纤维的分析研究，确定了影响其力学性能的关键因子，为开发高强度玄武岩纤维材料提供了理论支持，相关成果近期发表在复合材料领域专业杂志《复合材料a：应用科学与制造》上。
作为检验纤维性能的重要指标之一，拉伸强度的高低十分关键，强度越高，纤维的质量越好。目前，国内各厂家生产的玄武岩纤维由于生产工艺不同，在拉伸强度上差距明显，而且均未达到理论强度。学术界对影响玄武岩纤维力学性能的关键因素也一直没有定论。
对此，中科院新疆理化所环境科学与技术研究室马鹏程研究员带领的科研团队，与贵州中科玄武岩纤维材料创新孵化研究院有限公司合作，在前期建成的国内玄武岩纤维大数据库的基础上，以国内7种不同厂家生产的直径均为13微米的玄武岩纤维为研究样本，系统分析了其在成分和拉伸强度等参数上的差异，发现浸润剂、材料的化学组成以及不同组分之间的结构状态是影响纤维拉伸强度的关键因子。马鹏程介绍，涂覆浸润剂后，材料表面的粗糙程度显著增加，这有利于通过锚定作用实现复合材料中纤维和基体的有效结合。此外，统计学结果表明，浸润剂可部分修复玄武岩纤维在拉丝过程中形成的表面缺陷，从而降低材料的应力集中现象，可使单根纤维的拉伸强度提升最高达25%。
科研团队还发现，不同化学组分在玄武岩纤维形成的硅酸盐网络结构中起到形成体或改变体的作用，其中铝和铁元素所形成的氧化物对纤维的拉伸强度具有显著影响。当纤维中的铝氧化物含量增加时，将会改善纤维网络结构连接的紧密程度，从而提升玄武岩纤维的拉伸强度。而当三价铁元素比值增加时，纤维在拉丝过程中容易析出晶体，这会增加纤维表面的缺陷，反而使得纤维的拉伸强度显著降低。
据悉，这一研究工作得到了国家自然科学基金、中科院新疆理化所所长基金等项目支持，为调控玄武岩纤维力学性能提供了一种有效的方法，也为开发高强度玄武岩纤维材料提供了理论支持。
（原载于《乌鲁木齐晚报》2019-3-10）
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