新疆理化所在玄武岩纤维耐海水腐蚀机理研究领域取得进展
玄武岩纤维增强复合材料可用于多种海洋工程材料和结构。但在海洋温度、湿度等长期环境因素作用下，复合材料及其结构性能会出现一定降低。目前，国内外研究主要关注玄武岩纤维增强复合材料在海水中的降解行为，虽然复合材料中的基体可以在一定程度上保护纤维，但海水中氯离子和水分子等仍可以扩散到纤维表面并腐蚀纤维，最终导致复合材料性能下降。目前针对海水腐蚀后纤维表面结构及其性能变化的影响机制尚未形成统一认识。
近期，中国科学院新疆理化技术研究所马鹏程研究员团队与香港科技大学段默龙博士团队合作，研究了海水对玄武岩纤维力学性能和微观形貌的影响。科研人员以商业化玄武岩纤维为研究对象，探究了模拟海水溶液的温度、处理时间等因素对纤维力学性能的影响规律。结果表明，玄武岩纤维的力学性能呈现先增加后降低的趋势。通过观察玄武岩纤维微观形貌的变化，发现随着海水腐蚀的加剧，纤维表面逐渐由光滑变得粗糙，同时出现mg(oh)2、naca2al4(co3)4(oh)8cl等沉积颗粒和板状腐蚀层。基于上述结果，研究人员提出了玄武岩纤维在海水环境中的腐蚀机理（图1）：海水中k 取代纤维中na ，从而会产生压应力，这可以提升玄武岩纤维的拉伸强度。随着海水中oh-对纤维中si-o-si结构的破坏，纤维中部分金属离子（如mg2 ）浸出，从而在纤维表面形成不溶性物质并附着在纤维表面。玄武岩纤维在海水中的腐蚀是一个动态的竞争过程，包含离子交换、离子浸出和纤维表面不溶性沉淀导致的纤维强度变化。
在此基础上，研究人员提出在玄武岩纤维表面涂覆纳米复合浸润剂，提升纤维的力学性能，同时改善纤维的耐海水腐蚀性能。将自主研发的聚倍半硅氧烷纳米片引入到浸润剂中，可以有效填充浸润剂与纤维之间的空隙，并起到传递应力的作用，从而显著提高纤维的力学性能。研究表明，由于纳米片的引入，迫使海水中的离子以更加曲折的路径渗透到纤维表面，从而减缓纤维的腐蚀（图2）。此外，具有片状结构的纳米材料还可以作为牺牲层，延缓海水中多种离子对纤维表面的腐蚀。
上述研究工作相关成果近期发表在construction and building materials杂志上，得到新疆天山英才、中国科学院人才计划等项目资助。
图1. 玄武岩纤维在海水中的腐蚀机理示意图
图2. 涂覆纳米复合浸润剂玄武岩纤维的耐腐蚀机理示意图
