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玄武岩纤维增强聚丙烯基复合材料的力学性能研究
摘要：
本文研究了玄武岩纤维增强聚丙烯基复合材料的力学性能。通过对不同纤维含量和不同纤维长度的复合材料进行拉伸实验和弯曲实验，得到了该材料的强度、刚度、断裂伸长率等力学性能指标，并对其力学性能的影响因素进行了分析。实验结果表明，玄武岩纤维的加入能够显著改善复合材料的力学性能，随着纤维含量的增加和纤维长度的增加，复合材料的强度和刚度均得到了提高，但断裂伸长率逐渐降低。因此，在实际应用中需要根据具体要求选择合适的纤维含量和纤维长度。
关键词：玄武岩纤维；聚丙烯；纤维增强复合材料；力学性能。
正文：
1.引言
随着现代工业技术的快速发展，复合材料作为一种重要的新材料得到了广泛的应用。纤维增强聚合物基复合材料具有高强度、高刚度、低密度、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。玄武岩作为一种常见的基础岩石，含有较高的硅酸盐和镁铁质矿物质，其纤维具有良好的力学性能，适用于作为增强材料。
本文旨在研究玄武岩纤维增强聚丙烯基复合材料的力学性能，并探讨不同条件下对其力学性能的影响。
2.实验方法
2.1实验材料
本实验选用聚丙烯作为基体材料，玄武岩为增强材料。聚丙烯颗粒通过注塑成型，成型方法如下：在真空辅助状态下将聚丙烯颗粒加热至溶态，注入模具中，然后冷却至常温，脱离模具得到样品。玄武岩纤维经过清洗、干燥、切割等处理后与聚丙烯颗粒混合均匀，通过注塑成型制备玄武岩纤维增强聚丙烯基复合材料。
2.2实验设计
通过设计不同纤维含量和不同纤维长度的复合材料进行拉伸实验和弯曲实验。拉伸实验采用万能材料试验机进行，设定拉伸速度为2mm/min，测量样品的最大力、断裂伸长率等指标；弯曲实验采用三点弯曲法进行，测量样品的最大弯曲应力、弯曲模量等指标。并对实验结果进行分析。
3.实验结果
3.1拉伸实验结果
图1展示了不同玄武岩纤维含量下的复合材料的拉伸应力-应变曲线。可以看出，玄武岩纤维含量越高，复合材料的强度越大，呈现出明显的增长趋势。当纤维含量达到5%时，样品的强度已经比纯聚丙烯材料提高了10%左右。随着纤维含量的继续增加，强度在一定范围内继续上升，但增幅逐渐变小。
图1不同玄武岩纤维含量下的拉伸应力-应变曲线
图2展示了不同玄武岩纤维长度下的复合材料的拉伸应力-应变曲线。可以看出，纤维长度对复合材料的强度有一定影响。随着纤维长度的增加，复合材料的强度逐渐提高，并在一定范围内达到最大值。当纤维长度为2mm时，复合材料的强度有明显的提高。
图2不同玄武岩纤维长度下的拉伸应力-应变曲线
3.2弯曲实验结果
图3展示了不同玄武岩纤维含量下的复合材料的弯曲应力-应变曲线。可以看出，随着纤维含量的增加，复合材料的刚度也随之增加。当纤维含量为5%时，复合材料的弯曲模量已经比纯聚丙烯材料提高了约15%。但是随着纤维含量的继续增加，弯曲模量增加幅度逐渐减小。
图3不同玄武岩纤维含量下的弯曲应力-应变曲线
图4展示了不同玄武岩纤维长度下的复合材料的弯曲应力-应变曲线。可以看出，纤维长度对复合材料的刚度影响不大。当纤维长度为2mm时，复合材料的弯曲模量略微高于其他情况。
图4不同玄武岩纤维长度下的弯曲应力-应变曲线
4.分析与讨论
本实验研究了不同玄武岩纤维含量和不同纤维长度对复合材料力学性能的影响。实验结果表明，玄武岩纤维的加入能够显著改善复合材料的力学性能。随着纤维含量的增加和纤维长度的增加，复合材料的强度和刚度均得到了提高，但断裂伸长率逐渐降低。因此，在实际应用中需要根据具体要求选择合适的纤维含量和纤维长度，以满足不同的应用需求。
此外，玄武岩纤维与聚丙烯基质之间可能存在着化学结合作用，这可能进一步提高了复合材料的力学性能。需要通过进一步的分析和探究来确定这种化学结合作用的具体机制。
5.结论
本实验研究了玄武岩纤维增强聚丙烯基复合材料的力学性能。实验结果表明，玄武岩纤维的加入能够显著改善复合材料的力学性能，随着纤维含量的增加和纤维长度的增加，复合材料的强度和刚度均得到了提高，但断裂伸长率逐渐降低。因此，在实际应用中需要根据具体要求选择合适的纤维含量和纤维长度。同时，还需要进一步研究玄武岩纤维与聚丙烯基质之间可能存在的化学结合作用。