新技術：玄武岩繊維の耐海水腐食メカニズムの研究が進展

玄武岩繊維強化複合材料は多種の海洋工学材料と構造に使用することができる。海洋の温度、湿度などの長期的な環境要因の影響で、複合材料とその構造の性能は一定の低下が現れる。国内外の関連研究は玄武岩繊維強化複合材料の海水中での分解行為に焦点を当てている。現在、海水腐食後の繊維表面構造及びその性能変化の影響機序については統一的な認識が形成されていない。

最近、中国科学院新疆理化技術研究所の馬鵬程研究員チームは香港科学技術大学の段黙龍博士チームと協力し、玄武岩の繊維力学性能とミクロ形態に対する海水の影響を検討した。同チームは商業化玄武岩繊維を研究対象とし、模擬海水溶液の温度、処理時間などの要素が繊維力学性能に与える影響法則を分析した。

その結果、玄武岩繊維の力学性能は先に増加してから低下する傾向があることが明らかになった。この研究は玄武岩繊維のミクロ形態の変化を観察することにより、海水腐食の激化に伴い、繊維表面は次第に滑らかさから粗くなり、Mg（OH）2、NaCa 2 Al 4（CO 3）4（OH）8 Clなどの堆積粒子と板状腐食層が現れた。

上記の成果に基づいて、研究は玄武岩繊維の海水環境における腐食メカニズム、すなわち海水中のK+が繊維中のNa+を置換し、それによって圧縮応力を発生し、これは玄武岩繊維の引張強度を高めることができることを提案した。海水中のOH−による繊維中のSi−O−Si構造の破壊に伴い、繊維中の金属イオンの一部が浸出し、繊維表面に不溶性物質が形成され、繊維表面に付着する。海水中の玄武岩繊維の腐食は動的な競争過程であり、イオン交換、イオン浸出、繊維表面の不溶性沈殿による繊維強度の変化を含む。

さらに、本研究は玄武岩繊維表面にナノ複合浸潤剤を塗布し、繊維の力学性能を向上させ、繊維の耐海水腐食性能を改善することを提案した。科学研究者は自主開発したポリシルセスキオキサンナノプレートを浸潤剤に導入し、浸潤剤と繊維の間の空隙を充填し、応力を伝達する役割を果たし、それによって繊維の力学性能を高めることができる。研究によると、ナノプレートの導入は海水中のイオンをより曲がりくねった経路で繊維表面に浸透させ、繊維の腐食を遅らせることを余儀なくさせた。さらに、研究により、シート状構造を有するナノ材料は、海水中の複数のイオンによる繊維表面の腐食を遅らせるための犠牲層として使用できることが明らかになった。

関連研究成果は『構造と建築材料』（Construction and Building）に発表されたMaterials）に表示されます。研究は中国科学院や新疆ウイグル自治区などの支持を得ている。

海水中の玄武岩繊維の腐食メカニズムの概略図