氢氧化钠浓度对连续玄武岩纤维表面及力学性能的优化机制研究

（编辑推荐）本研究系统探究了1-30 w/v% NaOH处理对玄武岩纤维(BFs)的多尺度影响，发现5 w/v%浓度可显著提升纤维性能：表面粗糙度增加形成机械互锁结构，拉伸强度达1556±363 MPa（提升21.7%），密度由2.63 g/cm3降至2.31 g/cm3。通过威布尔分析(σ0=1698 MPa, m=4.79)验证了处理可靠性，为开发高性能BF增强复合材料提供了关键参数优化策略。

　　

Highlight
玄武岩纤维(BFs)因其可持续性和高性能成为复合材料增强领域的新宠，但其惰性表面限制了界面结合能力。本研究通过多浓度NaOH处理(1-30 w/v%)揭示了表面特性与力学性能的浓度依赖关系——5 w/v%处理使纤维平均拉伸强度飙升至1556±363 MPa，威布尔分析显示特征强度(σ₀)达1698 MPa。这种"黄金浓度"在蚀刻表面形成理想粗糙度的同时，保留了纤维核心结构完整性，密度降低至2.31 g/cm³印证了微孔结构的成功构建。

Introduction
全球对可持续材料的需求催生了玄武岩纤维(BFs)的崛起，其天然火山岩来源和>1 GPa的拉伸强度使其在航空航天等领域大放异彩。但光滑表面导致的"界面失效"成为致命弱点。NaOH处理通过攻击Si-O-Si键产生双重效应：一方面形成蜂巢状蚀刻坑增强机械锚定，另一方面生成的硅醇(Si-OH)基团像"分子级粘扣带"促进树脂浸润。值得注意的是，5-15 w/v%的"甜蜜区间"既能诱发表面活化，又避免过度腐蚀导致的纤维"骨质疏松"。

Section snippets
Materials
实验采用贵州石鑫提供的无浆料BFs，搭配天津百氏化工的99% NaOH试剂。

Surface treatment of BFs
通过梯度浓度浸泡实验(1-30 w/v%，24小时)构建"腐蚀浓度谱系"，每批次处理1米纤维束(0.20g)以控制变量。

Surface morphology and chemical composition of BFs
电镜图谱显示：1 w/v%处理时纤维表面开始出现"陨石坑"状蚀刻；5 w/v%浓度下形成理想的纳米级珊瑚结构；而30 w/v%组则出现灾难性的"纤维断崖"。能谱分析捕捉到Na⁺离子在纤维表面的"安营扎寨"，证实了硅酸盐反应层的形成。

Conclusions
5 w/v% NaOH处理如同为BFs施了"精准美容术"——既去除表面"惰性角质层"又强化"骨骼肌理"。21.7%的强度提升印证了"少即是多"的处理哲学，为绿色复合材料设计提供了新范式。