补充1第一章 玻璃纤维表面处理

第一章玻璃纤维表面处理

§1-1 概述

1、意义：纤维——基体界面的结构和性能对复合材料的力学性能和物理性能起主要作用。如断裂、韧性、腐蚀、刚度、膨胀等。

§1-2表面复合材料的结构

1、结构：数种弹性性能不同的材料薄片交替铺叠而成。

如：

B’

2、决定因素：

纤维的原子排列，化学性能

高分子基体的分子结构和化学组成

例：

纤维的高模量、高强度性能使它成为理想的负荷载体，但必须有一种模量较低的基体把它牢固地粘结起来，使任何一根纤维的断裂，对整体的强度影响不大。这就要求纤维对基体有良好的浸润性，但玻纤和碳纤对树脂的浸润性是相当差的，表现在层间剪切上。

§1-3处理剂作用理论

1、耦联目的：增加玻纤与树脂间的粘结力

2、耦联作用：耦联剂具有两种或两种以上性质不同的官能团，一端亲玻纤，一端亲树脂。从而起到玻纤与树脂间的桥梁作用。

3、耦联机理：

不吸湿，带羟基

SiO2,Al2O3,Fe2O3

—M—OH, M=Si, Fe, Al

玻纤表面分布基团水合完以后，留下来由

不水合氧化物网络构成的疏松

表面。

吸水基，形成水合氧化层

※耦联剂的主要功能是在纤维表面的氧化物分子团和树脂的聚合物分子之间建立很强的

化学键合，产生很强的耐水键。

※耦联剂的部分作用是提高表面能以保证树脂很好的浸润。

§1-4处理剂种类和作用机理1、种类

有机硅烷型，非有机硅烷型

2、通式

R——SiX3

与聚合物作用端与Si键合的可水解基团

3、作用过程

（1）水解

R—SiX3＋H2O R—Si（OH）3＋3HX

（2）与纤维表面羟基结合

R R

HO—Si—OH HO—Si—OH

O O

H H H H

O O

M M

玻纤

（3）脱水

R R

聚硅氧烷层HO—Si—O—Si—OH

O O

M M

玻纤

（4）与树脂结合

R基团与树脂基团相似相容

R R

HO—Si—O—Si—OH 刚性键

O O

M M

玻纤

（5）克服刚性键

第一、形成改性区——改性树脂区——机械性能介于纤维和树脂的机械性能之间。

产生方法：

a、硅烷耦联剂改变纤维表面区域基体树脂的固化行为。

b、用含有长链R基团的硅烷耦联剂，使得固化以后在纤维和树脂之间出现一层性能不同于块状树脂的树脂层。

第二、Plueddemann机制

核心：两个表面相互滑移但不产生永久性的联键破坏。

1974年Plueddemann提出界面上的运动或滑移可以松弛局部应力，但却维持其化学键合。

如图：Plueddemann机制图

R R

R O—Si—O O—Si—O

H2O＋O—Si—O O

H H H H

O O

M M M

可逆水解

存在分子水时，水会扩散透过树脂进入界面，共价键M—O便发生可递的水解过程。因为过程的可逆性，当水扩散出去之后，共价键重新恢复。

聚合物聚合物

R R R R R R R R

M M M M M M M M

玻璃玻璃

滑移

于是当一个与界面相平行的简单剪应力作用时，两个表面会相互滑移但不产生永久性的联键破坏。

总之纤维——硅烷界面和硅烷——树脂

化学键合化学键合，相互扩散

§1-5纤维的表面处理工艺

1、玻纤

前处理，后处理，迁移法三种。

（1）前处理

耦联剂代替石蜡型浸润剂，直接用于玻纤拉丝集束，使用时勿须脱蜡处理。

强度完好，柔性较差。

（2）后处理

纤维先热处理脱蜡，然后浸渍耦联剂，再经预烘、蒸馏水洗涤、干燥工序。热处理导致强度下降。

（3）迁移法

耦联剂直接加入树脂配方中，让它在浸胶和成型过程中迁移到玻纤表面发生耦联作用。方法简便，可增加纤维与树脂间的粘结力，提高了强度与电性能。

2、碳纤

与玻纤不同，一般采用表面活化的办法，提高了碳纤与树脂复合材料的剪切强度。

有液相氧化、气相氧化、阳极氧化、Co60或中子辐照。

参考文献：