玄武巖纖維增強復合材料可用于多種海洋工程材料和結構。而在海洋溫度、濕度等長期環境因素的影響下，復合材料及其結構的性能會出現一定下降。國內外的相關研究多聚焦于玄武巖纖維增強復合材料在海水中的降解行為，而當前關于海水腐蝕后纖維表面結構及其性能變化的影響機制尚未形成統一認識。近期，中國科學院新疆理化技術研究所研究員馬鵬程團隊與香港科技大學博士段默龍團隊合作，探討了海水對玄武巖纖維力學性能和微觀形貌的影響。

該團隊以商業化玄武巖纖維為研究對象，剖析了模擬海水溶液的溫度、處理時間等因素對纖維力學性能的影響規律。結果表明，玄武巖纖維的力學性能呈現先增加后降低的趨勢。該研究通過觀察玄武巖纖維微觀形貌的變化發現，隨著海水腐蝕的加劇，纖維表面逐漸由光滑變得粗糙，并出現Mg(OH)2、NaCa2Al4(CO3)4(OH)8Cl等沉積顆粒和板狀腐蝕層。

基于上述成果，研究提出了玄武巖纖維在海水環境中的腐蝕機理，即海水中K+取代纖維中Na+，從而產生壓應力，這能夠提升玄武巖纖維的拉伸強度。隨著海水中OH-對纖維中Si-O-Si結構的破壞，纖維中部分金屬離子浸出，從而在纖維表面形成不溶性物質并附著在纖維表面。玄武巖纖維在海水中的腐蝕是動態的競爭過程，包含離子交換、離子浸出和纖維表面不溶性沉淀導致的纖維強度變化。

玄武巖纖維在海水中的腐蝕機理示意圖

進一步，該研究提出在玄武巖纖維表面涂覆納米復合浸潤劑，以提升纖維的力學性能并改善纖維的耐海水腐蝕性能。科研人員將自主研發的聚倍半硅氧烷納米片引入到浸潤劑，可以填充浸潤劑與纖維之間的空隙并起到傳遞應力的作用，從而提高纖維的力學性能。

研究表明，納米片的引入迫使海水中的離子以更曲折的路徑滲透到纖維表面，進而減緩纖維的腐蝕。此外，研究顯示，具有片狀結構的納米材料可以作為犧牲層，以延緩海水中多種離子對纖維表面的腐蝕。

相關研究成果發表在Construction and Building Materials雜志上。研究工作得到中國科學院和新疆維吾爾自治區等的支持。

文獻網址：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0950061824007232