玻璃纤维的表面处理
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高分子复合材料专业
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高分子复合材料专业
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表面处理剂不但能改善玻璃纤维及织物的性能，而且在玻璃钢中还有 它的独特作用。它既能与玻璃相连，又能与树脂作用；既保护了玻璃纤维表 面，又大大地增强了玻璃与树脂界面的粘结，防止水分或其他有害介质的侵 入，减少或消除界面的弱点，改善了界面状态，有效地传递了应力，使玻璃 钢这种复合材料的多种材料间能形成一个牢固的整体。同时，使用表面化学 处理剂的玻璃钢比未使用处理剂的，其长期耐候性、耐水性、耐化学腐蚀性 能均有大幅度改善；机械强度有成倍的提高；耐热性和电性能也有很大改善 。
KBM-503
γ-甲基丙
烯酸丙基 三甲氧基
CH2
硅烷
O CCO CH3
聚苯乙烯 聚甲基丙 (CH聚2)3酯Si(OCH烯3)酸3 甲酯 环氧 聚乙烯 聚丙烯
南大-42
苯胺甲基三 乙氧基硅烷
环氧
尼龙
NHCH2Si酚(O醛C2H5)3
KH-580
A-172
乙烯基三(β-
甲氧乙氧基) CH2
硅烷
CHSi(OC2H聚环4 酯氧OCH聚3)3丙烯
丝过程中直接被覆于玻璃纤维表面。增强型浸润剂在一定程度上能满足拉 丝工艺要求，而且对纤维与树脂粘结影响不大。因此，在玻璃钢成型时不 必除去，可直接使用。在选用玻璃纤维及其织物时。必须根据树脂类型考 虑采用何种浸润剂。
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1. 表面处理的意义 表面处理：在玻璃纤维表面被覆一种叫做表面处理剂的特殊物质，使玻
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（二） 界面理论
❖ 解释玻璃/树脂界面的理论：偶联理论、化学处理膜理论、物理吸附 理论等，各种理论均存在一些不尽完善之处。 ❖ 偶联理论
偶联剂是一种高分子化合物，这种化合物一般都含有两部分性质不同 的基团。一种官能团能很好与玻璃纤维表面结合；另一种官能团能很好与 合成树脂结合(产生共聚)。通过表面处理剂把两种性能截然不同的物质联 合起来，形成一个统一的整体。因此，把表面处理剂叫“架桥剂”，也叫 “偶联剂”。这种中间连接作用叫架桥作用或偶联作用。
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（三） 玻璃纤维表面处理剂的种类
❖ 有机铬、有机硅和钛酸酯
❖ 有 烯酸机氯铬化处铬理络剂合中物最物有。名的属“沃兰(Vo1an)”C，H它3 的化O学名Cr称C叫l2 做甲基丙 ❖ R有是机有硅机处基理团剂，：含结有构能通与式合为成R树nSi脂X4作-n。用。形成CC化HH学3 键C的O活性C基rC团l2。O如H；不
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3. 迁移法 迁移法是将化学处理剂直接加入到树脂胶液中进行整体渗合，在浸胶
的同时将处理剂施于玻璃纤维上，借处理剂从树脂胶液至纤维表面的“迁 移”作用而与纤维表面发生作用，从而在树脂固化过程中产生偶联作用。
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作业 1.为何玻璃纤维要使用浸润剂？ 2. 玻璃纤维表面处理方法有哪些？各有什么特点。
璃纤维与合成树脂牢固地粘结在一起，以达到提高玻璃钢性能的目的。表面 处理剂处于玻璃纤维与合成树脂之间而使这两种性质不同的材料牢固地连接 在一起。
事实证明，玻璃纤维及织物经过适当的表面处理后，不仅改进了玻璃纤 维的耐磨、防水、电磁绝缘等性能，而且对玻璃钢的强度，特别是湿态下的 强度提高有显著的效果。
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求，又不妨碍树脂对玻璃纤维的浸润和粘结。将化学处理剂加入到浸润剂中 。
与后处理法比较优点：省去了复杂的处理工艺及设备，使用简便；避免 了因热处理造成的玻璃纤维强度损失。
缺点：这种浸润剂一方面要满足拉丝、纺织工序的要求，同时又要满足 与树脂浸渍、粘结等要求，是一个比较复杂的技术问题，目前尚需进一步研 究。
须对纤维和织物进行表面处理。因为浸润剂中淀含粉石为蜡和主油要剂的，成影膜响与剂树优脂
的粘结。
淀粉浸润剂 主士要林成、分硬点：脂：石酸费蜡、用、变易低凡压除、掉成膜性好、 器油等
纺织型浸润剂
优点：润滑性、集束 性好
石蜡乳剂
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(2)增强型浸润剂 由中间粘合剂、润滑剂、乳化剂等组分，配成拉丝用的浸润剂，在拉
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处理剂对聚酯玻璃钢海水浸泡后 强度的影响 1—沃兰处理；2-A-151处理；3— A-172处理；4—未处理
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处理剂对玻璃钢的耐化学腐蚀性能的影响也很大。如将玻璃钢试样浸 在酸碱液中，通过观察表面树脂脱落布纹显露的情况证明，未经处理的树脂 脱落严重，凡经过处理的效果均好，特别是经KH—550前处理的效果更为明 显。
KH-560
A-187 Y-4087 Z-6040 KBM-403
γ-缩水甘 油醚丙基 三甲氧基
硅烷
CH2 O
CHCH2O(CH聚氧、2)3酯、三Si、酚聚(O环醛氰CH3聚聚)聚3碳尼苯丙酸龙乙烯酯烯
胺
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牌号
国内
国外
化学名称
结构式
适用范围 热固性 热塑性
A-174 KH-570 Z-6030
饱和双键 、环氧基团、氨基-NH2、巯基-SH等。X是易于水解的基团， 水解后能与玻璃作用。n 为1、2或3，绝大多数为1
CH CH2
CH CH2 O
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常用玻璃纤维表面处理剂
牌号
化学名称
结构式
适用范围
国内 沃兰
KH-550
国外 Volan A-151
A-1100 AYM-9
热固性
甲基丙烯 CH3 O CrCl2 酚醛
拉丝和纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象，而且刚拉出的纤维容易 受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其强度下降。 浸润剂的作用：使多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强 度；保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。
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2. 浸润剂的种类
(1) 纺织型浸润剂
主要是满足纺织工序的要求。
使用该类浸润剂的玻璃纤维和织物作为玻璃钢的增强材科时，事先必
二基氧乙丙基烯 基硅三 三H烷胺 乙2NC2H4NHC2H4NH三(C聚酚H氰醛2)胺3Si(O聚C尼碳2酸龙H5酯)3
A-186 Y-4086 KBM-303
β-(3, 4-环 氧环己基) 乙基三甲 氧基硅烷
O
环氧 聚酯 酚醛
CH2C三H聚2S氰i(O胺CH3)3
A-1120 γ-(乙二胺
环氧
Байду номын сангаас尼龙
Z-6020 X-6030
基)丙基三 甲氧基硅
NH2CH2CH2NH(CH三2)聚酚3S氰醛i(O胺CH3聚聚)3乙丙烯烯
BBM-603
烷
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（四）玻璃纤维表面处理方法
后处理法、前处理法和迁移法。 1. 后处理法
凡是使用纺织型浸润剂，制得的玻璃纤维及织物，在用于制作玻璃钢之前 原则上都采用此法进行表面处理。
酸氯化铬 CH C
盐
乙烯基三乙 CH3 O
O聚环H酯氧 CrCl2 聚酯
氧基硅烷
硅树脂
CH2 CHSi(OC聚2H酰5亚)3胺
γ-胺基丙
环氧
基三乙氧 基硅烷
H2N(CH2)3Si(OC三2H酚聚5醛氰)3胺
热塑性
聚乙烯 聚甲基丙 烯酸甲酯
聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯
PVC聚碳 酸酯 尼龙 聚乙烯 聚丙烯
玻璃纤维的表面处理
单丝处理(浸润剂) 纤维织物的表面处理(中间粘合剂) ❖1 浸润剂
在拉丝工艺中，当玻璃液从漏板拉出单丝以后，要经过浸润槽把浸润 剂涂敷在玻璃纤维表面上。浸润剂可分为纺织型浸润剂和增强型浸润剂 。
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❖（一） 浸润剂的作用 玻璃纤维突出的弱点：较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在
处理剂对聚酯玻璃钢自然曝晒后 强度的影响
1—沃兰处理；2-A-151处理；3— A-172处理；4—未处理
处理剂对聚酯玻璃钢人工气候老 化强度的影响
1—沃兰处理；2-A-151处理；3— A-172处理；4—未处理
无论是自然老化还是人工加速老化试验，玻璃纤维未经处理剂处 理而制作的玻璃钢，因老化而强度下降严重；经处理的强度下降缓慢， 且有更高的强度保留值。
分两步进行：首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂，然后经处理剂溶液 浸渍、水洗、烘干等工艺，使玻璃纤维表面被覆上一层处理剂。
特点：处理的各道工序都需要专门的设备，初投资较大，玻璃纤维强度损 失大．但处理效果好，比较稳定．是目前国内外最常使用的处理方法。
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2. 前处理法 适当改变浸润剂的配方，使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要
γ-巯基丙基 三乙氧基硅
环氧
HS(CH2)3Si(OC2H酚5)醛3
烷
PVC 聚苯乙烯 聚胺酯
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牌号
化学名称
结构式
适用范围
国内 KH-590
B201
国外
A-189 Z-6060 Y-5712
热固性 热塑性
γ-巯基丙 基三甲氧
基硅烷
HS(CH2)3Si(OCH3大)3部适分用都 聚苯乙烯
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表面处理剂不但能改善玻璃纤维及织物的性能，而且在玻璃钢中还有 它的独特作用。它既能与玻璃相连，又能与树脂作用；既保护了玻璃纤维表 面，又大大地增强了玻璃与树脂界面的粘结，防止水分或其他有害介质的侵 入，减少或消除界面的弱点，改善了界面状态，有效地传递了应力，使玻璃 钢这种复合材料的多种材料间能形成一个牢固的整体。同时，使用表面化学 处理剂的玻璃钢比未使用处理剂的，其长期耐候性、耐水性、耐化学腐蚀性 能均有大幅度改善；机械强度有成倍的提高；耐热性和电性能也有很大改善 。
KBM-503
γ-甲基丙
烯酸丙基 三甲氧基
CH2
硅烷
O CCO CH3
聚苯乙烯 聚甲基丙 (CH聚2)3酯Si(OCH烯3)酸3 甲酯 环氧 聚乙烯 聚丙烯
南大-42
苯胺甲基三 乙氧基硅烷
环氧
尼龙
NHCH2Si酚(O醛C2H5)3
KH-580
A-172
乙烯基三(β-
甲氧乙氧基) CH2
硅烷
CHSi(OC2H聚环4 酯氧OCH聚3)3丙烯
丝过程中直接被覆于玻璃纤维表面。增强型浸润剂在一定程度上能满足拉 丝工艺要求，而且对纤维与树脂粘结影响不大。因此，在玻璃钢成型时不 必除去，可直接使用。在选用玻璃纤维及其织物时。必须根据树脂类型考 虑采用何种浸润剂。
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1. 表面处理的意义 表面处理：在玻璃纤维表面被覆一种叫做表面处理剂的特殊物质，使玻
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（二） 界面理论
❖ 解释玻璃/树脂界面的理论：偶联理论、化学处理膜理论、物理吸附 理论等，各种理论均存在一些不尽完善之处。 ❖ 偶联理论
偶联剂是一种高分子化合物，这种化合物一般都含有两部分性质不同 的基团。一种官能团能很好与玻璃纤维表面结合；另一种官能团能很好与 合成树脂结合(产生共聚)。通过表面处理剂把两种性能截然不同的物质联 合起来，形成一个统一的整体。因此，把表面处理剂叫“架桥剂”，也叫 “偶联剂”。这种中间连接作用叫架桥作用或偶联作用。
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（三） 玻璃纤维表面处理剂的种类
❖ 有机铬、有机硅和钛酸酯
❖ 有 烯酸机氯铬化处铬理络剂合中物最物有。名的属“沃兰(Vo1an)”C，H它3 的化O学名Cr称C叫l2 做甲基丙 ❖ R有是机有硅机处基理团剂，：含结有构能通与式合为成R树nSi脂X4作-n。用。形成CC化HH学3 键C的O活性C基rC团l2。O如H；不
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3. 迁移法 迁移法是将化学处理剂直接加入到树脂胶液中进行整体渗合，在浸胶
的同时将处理剂施于玻璃纤维上，借处理剂从树脂胶液至纤维表面的“迁 移”作用而与纤维表面发生作用，从而在树脂固化过程中产生偶联作用。
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作业 1.为何玻璃纤维要使用浸润剂？ 2. 玻璃纤维表面处理方法有哪些？各有什么特点。
璃纤维与合成树脂牢固地粘结在一起，以达到提高玻璃钢性能的目的。表面 处理剂处于玻璃纤维与合成树脂之间而使这两种性质不同的材料牢固地连接 在一起。
事实证明，玻璃纤维及织物经过适当的表面处理后，不仅改进了玻璃纤 维的耐磨、防水、电磁绝缘等性能，而且对玻璃钢的强度，特别是湿态下的 强度提高有显著的效果。
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求，又不妨碍树脂对玻璃纤维的浸润和粘结。将化学处理剂加入到浸润剂中 。
与后处理法比较优点：省去了复杂的处理工艺及设备，使用简便；避免 了因热处理造成的玻璃纤维强度损失。
缺点：这种浸润剂一方面要满足拉丝、纺织工序的要求，同时又要满足 与树脂浸渍、粘结等要求，是一个比较复杂的技术问题，目前尚需进一步研 究。
须对纤维和织物进行表面处理。因为浸润剂中淀含粉石为蜡和主油要剂的，成影膜响与剂树优脂
的粘结。
淀粉浸润剂 主士要林成、分硬点：脂：石酸费蜡、用、变易低凡压除、掉成膜性好、 器油等
纺织型浸润剂
优点：润滑性、集束 性好
石蜡乳剂
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(2)增强型浸润剂 由中间粘合剂、润滑剂、乳化剂等组分，配成拉丝用的浸润剂，在拉
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处理剂对聚酯玻璃钢海水浸泡后 强度的影响 1—沃兰处理；2-A-151处理；3— A-172处理；4—未处理
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处理剂对玻璃钢的耐化学腐蚀性能的影响也很大。如将玻璃钢试样浸 在酸碱液中，通过观察表面树脂脱落布纹显露的情况证明，未经处理的树脂 脱落严重，凡经过处理的效果均好，特别是经KH—550前处理的效果更为明 显。
KH-560
A-187 Y-4087 Z-6040 KBM-403
γ-缩水甘 油醚丙基 三甲氧基
硅烷
CH2 O
CHCH2O(CH聚氧、2)3酯、三Si、酚聚(O环醛氰CH3聚聚)聚3碳尼苯丙酸龙乙烯酯烯
胺
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国内
国外
化学名称
结构式
适用范围 热固性 热塑性
A-174 KH-570 Z-6030
饱和双键 、环氧基团、氨基-NH2、巯基-SH等。X是易于水解的基团， 水解后能与玻璃作用。n 为1、2或3，绝大多数为1
CH CH2
CH CH2 O
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常用玻璃纤维表面处理剂
牌号
化学名称
结构式
适用范围
国内 沃兰
KH-550
国外 Volan A-151
A-1100 AYM-9
热固性
甲基丙烯 CH3 O CrCl2 酚醛
拉丝和纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象，而且刚拉出的纤维容易 受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其强度下降。 浸润剂的作用：使多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强 度；保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。
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(1) 纺织型浸润剂
主要是满足纺织工序的要求。
使用该类浸润剂的玻璃纤维和织物作为玻璃钢的增强材科时，事先必
二基氧乙丙基烯 基硅三 三H烷胺 乙2NC2H4NHC2H4NH三(C聚酚H氰醛2)胺3Si(O聚C尼碳2酸龙H5酯)3
A-186 Y-4086 KBM-303
β-(3, 4-环 氧环己基) 乙基三甲 氧基硅烷
O
环氧 聚酯 酚醛
CH2C三H聚2S氰i(O胺CH3)3
A-1120 γ-(乙二胺
环氧
Байду номын сангаас尼龙
Z-6020 X-6030
基)丙基三 甲氧基硅
NH2CH2CH2NH(CH三2)聚酚3S氰醛i(O胺CH3聚聚)3乙丙烯烯
BBM-603
烷
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（四）玻璃纤维表面处理方法
后处理法、前处理法和迁移法。 1. 后处理法
凡是使用纺织型浸润剂，制得的玻璃纤维及织物，在用于制作玻璃钢之前 原则上都采用此法进行表面处理。
酸氯化铬 CH C
盐
乙烯基三乙 CH3 O
O聚环H酯氧 CrCl2 聚酯
氧基硅烷
硅树脂
CH2 CHSi(OC聚2H酰5亚)3胺
γ-胺基丙
环氧
基三乙氧 基硅烷
H2N(CH2)3Si(OC三2H酚聚5醛氰)3胺
热塑性
聚乙烯 聚甲基丙 烯酸甲酯
聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯
PVC聚碳 酸酯 尼龙 聚乙烯 聚丙烯
玻璃纤维的表面处理
单丝处理(浸润剂) 纤维织物的表面处理(中间粘合剂) ❖1 浸润剂
在拉丝工艺中，当玻璃液从漏板拉出单丝以后，要经过浸润槽把浸润 剂涂敷在玻璃纤维表面上。浸润剂可分为纺织型浸润剂和增强型浸润剂 。
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❖（一） 浸润剂的作用 玻璃纤维突出的弱点：较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在
处理剂对聚酯玻璃钢自然曝晒后 强度的影响
1—沃兰处理；2-A-151处理；3— A-172处理；4—未处理
处理剂对聚酯玻璃钢人工气候老 化强度的影响
1—沃兰处理；2-A-151处理；3— A-172处理；4—未处理
无论是自然老化还是人工加速老化试验，玻璃纤维未经处理剂处 理而制作的玻璃钢，因老化而强度下降严重；经处理的强度下降缓慢， 且有更高的强度保留值。
分两步进行：首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂，然后经处理剂溶液 浸渍、水洗、烘干等工艺，使玻璃纤维表面被覆上一层处理剂。
特点：处理的各道工序都需要专门的设备，初投资较大，玻璃纤维强度损 失大．但处理效果好，比较稳定．是目前国内外最常使用的处理方法。
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2. 前处理法 适当改变浸润剂的配方，使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要
γ-巯基丙基 三乙氧基硅
环氧
HS(CH2)3Si(OC2H酚5)醛3
烷
PVC 聚苯乙烯 聚胺酯
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化学名称
结构式
适用范围
国内 KH-590
B201
国外
A-189 Z-6060 Y-5712
热固性 热塑性
γ-巯基丙 基三甲氧
基硅烷
HS(CH2)3Si(OCH3大)3部适分用都 聚苯乙烯