玄武岩纤维与玻璃纤维相比,具有耐高温、耐腐蚀等优点,与碳纤维相比有性价比优势,是一种可以满足产业发展需求的新材料和高技术纤维。结合界面作用机理,研究玄武岩纤维增强热塑性复合材料的性能,将对纤维增强热塑性复合材料领域研究具有重要意义。本文首先研究了玄武岩纤维的耐腐蚀性能,将玄武岩纤维的耐高温性能及耐腐蚀性能与玻璃纤维进行比较,确定了其在极端条件下的优势。耐高温处理研究表明,玄武岩纤维在300℃高温下具有稳定的力学性能。耐腐蚀性能研究中发现,玄武岩纤维具有稳定的耐水性能、耐酸性能和常温耐碱性能。高温碱处理时,力学性能呈现先减后增又下降的过程,但总体性能都比玻璃纤维高。纤维与基体界面粘结情况是影响纤维增强热塑性复合材料综合性能的关键因素。良好的界面结合,能够将复合材料受到的外力作用均匀、有效地传递至增强纤维,使纤维最大程度上发挥增强的作用,同时还可以通过界面的形变、脱粘及纤维拔出等大量耗散能量,赋予复合材料良好的冲击韧性。本文采用原子转移自由基聚合方法(ATRP)合成了嵌段共聚物偶联剂聚苯乙烯-b-聚丙烯酸羟乙酯(PS-b-PHEA)。该嵌段共聚物中的嵌段PS与基体相容性较好,可与基体分子链形成程度较高的相互扩散及缠结与基体间形成牢固的界面结合。嵌段PHEA具有较低的玻璃化转变温度(Tg),可以作为柔性链段,在界面形成柔性层,可以松弛界面热应力,迅速分散外加载荷,吸收外界力的能量；而其链段上的多个羟基,可以与玄武岩纤维表面Si-OH反应形成稳定的化学键。分子链段中的多羟基还可以引入新的官能团,改变柔性链段的结构和性能,从而调节界面层结构。在此基础上,本文引入光敏链段,通过酰氯化及光交联程度控制界面层玻璃化转变温度,可以有效控制界面层的柔韧性及柔性层的强度。最终提高界面层的模量和强度,实现界面层的调控。嵌段共聚物处理纤维后,可以在纤维表面组装形成聚合物刷,使纤维的表面能和亲水性降低,从而改善纤维与树脂基体的相互作用。通过微脱粘测试发现,一定分子结构的嵌段聚合物溶液处理纤维,当质量浓度为5.00%,反应时间为24h时,相应复合材料的界面剪切强度最大。PHEA链段长度恒定时,复合材料的界面剪切强度随着PS链长的增长而增大,直到趋于恒值。而PS链段长度一定时,则当PHEA链长为120时,复合材料的界面剪切强度最大。较长柔性链段PHEA上引入一定量的光敏基团后,酰氯基团接枝率达到50%,紫外光照时间为2h时,复合材料的界面剪切强度达到最大值。当纤维与基体之间具有较强的界面作用时,缓慢降温或等温结晶处理能够在纤维表面诱导产生横晶。但是,由于成核密度的差异,横晶层与基体之间明显分层。在复合材料界面处引入了柔性层,一定程度上减少了异相成核间的差异,可以降低横晶层与基体之间出现明显的分层的可能性。当横晶层与基体之间存在一定程度的分层时,微脱粘过程中基体易发生内聚破坏。经过热处理,可以明显提高界面的粘结强度。说明热处理能够诱导基体再结晶以及使晶体进一步完善,使横晶层与基体相融合,从而基体由本身的内聚破坏,转为纤维和基体聚合物之间的界面脱粘破坏行为。采用湿法浸渍和在线混炼两种加工工艺制备了长玄武岩纤维增强热塑性复合材料,研究了加工工艺、纤维含量及分散情况及界面改性等对复合材料力学性能的影响。嵌段共聚物的引入,一定程度上提高了复合材料的力学性能,且复合材料的力学性能随相容链段PS链段的增加而增大并最终趋于缓和,随柔性链段PHEA的增加呈现先增大后减小的趋势,出现一个最优值。