玻璃纤维表面处理技术研究进展 曹淑伟张大海管艳丽高永栓范锦鹏 (航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室,北京100076) 文摘为了充分发挥玻璃纤维在玻璃纤维增强树脂基复合材料中的承載作用,需对其表面进行预处理, 以便形成有效的界面粘结,可大大提高复合材料综合性能。本文阐述了玻瑀纤维増强树脂碁复合材料界面改 性研究近况,并讨论了目前存在的主要问题及发展方向 关键词玻璃纤维,树脂基复合材料,界面 Surface mod ificat on Technology ofG lass fber Cao Shuwei Zhang Dahai Guan Y anli Gao Yongshuan Fan Jnpeng Natonal Key Laboratory of A dvanced FunctInal Campos ite M ate rials Aerospace Research Institu te ofM aterials& Processng Technology Beijng 100076) Abstr act In order to m prowe te perfomance of glass fiber rein forced res n matrix cam pos ite the surface of the glass fibers should be treated to exert he ir reinforc ng eflect In th is paper progress on the surace of glass fber re n2 breed res n m atrix campos ite is expat iated and he main problems and development d irect on are a lso d iscusse K ey words g lass fiber r esn matrx cam pos te Interface 1引言 成一些凹陷或微孔,使玻璃纤维表面产生大量的Sj 玻璃纤维増强树脂基复合材料,是目前技术比较OH键,待纤维与基体复合时,一些高聚物的链段进入 成熟且应用广泛的一类复合材料具有良好的易成型到空穴中起到类似锚固作用,增加了玻璃纤维与聚合 性、绝缘性能好、抗腐蚀和疲劳损伤等优异性能和低物界面之间的结合力,同时增加了玻璃纤维表面具有 廉的成本。由于玻璃纤维与树脂基体之间的模量相反应性硅烷醇的数量,此种方法的最终处理效果主 差很大,且二者间不易润湿,所以其复合材料界面结要与酸碱种类、浓度、处理时间和处理温度有关。 合较弱。为了充分发挥其承载作用,应提高玻璃纤维 柳华实等将玻璃纤维在1moL盐酸中浸泡 与树脂基体的相容性、浸润性和反应性,在纤维和基30min后,用扫描电子显微镜发现玻璃纤维表面形成 体间制备性能优异的界面层。本文阐述了玻璃纤维了少量微孔处理后的纤维和石膏界面接触紧密,玻 增强树脂基复合材料界面改性硏究近况,并讨论了目璃纤维増强石膏复合材料抗折强度提高2%。孙文 前存在的主要问题及发展方向 强等发现碱对玻璃纤维刻蚀作用强烈,难于控制 2常用表面处理方法 导致玻璃纤维强度明显下降,但用碱处理后的玻璃纤 21热处理 维表面仍很光滑,稀HC和稀H2SO可以有效的增加 刘雄亚发现热处理的最佳温度为350e,处理其表面积,改善玻璃纤维表面的浸润性。但是玻璃纤 时间为6s可除去玻璃纤维的吸附水或润滑剂。维在被酸碱刻蚀后,表面层遭到破坏,很容易造成应 L|等认为热处理的最佳温度为45e,处理时间为力集中,使其自身强度有所下降。Tma0等发现将 1h还应将经过热处理的玻璃纤维在肥皂水中超声玻璃纤维置于20%的HC中,100e下处理6h后,可 清洗5mn并用蒸馏水清洗。热处理法工艺简单、实以在提高纤维表面羟基含量和纤维自身强度的下降 用,但是单独使用效果欠佳 之间得到最好的处理效果。从力学性能的角度来说 22酸碱刻蚀处理 玻璃纤维酸碱刻蚀工艺不是一种有效的表面处理方 刻蚀处理是通过酸碱在纤维表面进行化学反应形法,但在增加玻璃纤维表面积和反应性官能团数量方 收稿日期:2008-0920 作者简介:曹淑伟,1984年出生,硕士,主要从事陶瓷基复合材料的研究。E- mai caoshe ia126cm 宇航材料工艺2009年第1期 )5)
收稿日期: 2008- 09- 20 作者简介: 曹淑伟, 1984年出生, 硕士, 主要从事陶瓷基复合材料的研究。 E- mai:l caoshuwe@i 126. com 玻璃纤维表面处理技术研究进展 曹淑伟 张大海 管艳丽 高永栓 范锦鹏 (航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室, 北京 100076) 文 摘 为了充分发挥玻璃纤维在玻璃纤维增强树脂基复合材料中的承载作用, 需对其表面进行预处理, 以便形成有效的界面粘结, 可大大提高复合材料综合性能。本文阐述了玻璃纤维增强树脂基复合材料界面改 性研究近况, 并讨论了目前存在的主要问题及发展方向。 关键词 玻璃纤维, 树脂基复合材料, 界面 SurfaceMod ification Technology ofG lass F iber Cao Shuwei Zhang Dahai Guan Yanli Gao Yongshuan Fan Jinpeng (Na tiona l Key Laboratory ofAdvanced Functional CompositeMate rials, Aerospace Research Institu te ofMate rials& Processing Technology, Be ijing 100076) Abstr act In order to improve the performance of glass fiber reinforced resin matrix composite, the surface of the glass fibers should be treated to exert the ir reinforc ing effec.t In th is paper, progress on the surface of glass fiber re in2 forced resin m atrix composite is expatiated and the main problems and development d irection are a lso d iscussed. K ey word s Glass fiber, R esin matrix composite, Interface 1 引言 玻璃纤维增强树脂基复合材料, 是目前技术比较 成熟且应用广泛的一类复合材料, 具有良好的易成型 性、绝缘性能好、抗腐蚀和疲劳损伤等优异性能和低 廉的成本。由于玻璃纤维与树脂基体之间的模量相 差很大, 且二者间不易润湿, 所以其复合材料界面结 合较弱。为了充分发挥其承载作用, 应提高玻璃纤维 与树脂基体的相容性、浸润性和反应性, 在纤维和基 体间制备性能优异的界面层。本文阐述了玻璃纤维 增强树脂基复合材料界面改性研究近况, 并讨论了目 前存在的主要问题及发展方向。 2 常用表面处理方法 2. 1 热处理 刘雄亚 [ 2]发现热处理的最佳温度为 350e , 处理 时间为 6 s, 可除去玻璃纤维的吸附水或润滑剂。 L i [ 3]等认为热处理的最佳温度为 450e , 处理时间为 1 h, 还应将经过热处理的玻璃纤维在肥皂水中超声 清洗 5 m in, 并用蒸馏水清洗。热处理法工艺简单、实 用, 但是单独使用效果欠佳。 2. 2 酸碱刻蚀处理 刻蚀处理是通过酸碱在纤维表面进行化学反应形 成一些凹陷或微孔, 使玻璃纤维表面产生大量的 Si) OH 键, 待纤维与基体复合时, 一些高聚物的链段进入 到空穴中, 起到类似锚固作用, 增加了玻璃纤维与聚合 物界面之间的结合力, 同时增加了玻璃纤维表面具有 反应性硅烷醇的数量 [ 4] , 此种方法的最终处理效果主 要与酸碱种类、浓度、处理时间和处理温度有关。 柳华实 [ 5]等将玻璃纤维在 1 mol/L盐酸中浸泡 30 m in后, 用扫描电子显微镜发现玻璃纤维表面形成 了少量微孔, 处理后的纤维和石膏界面接触紧密, 玻 璃纤维增强石膏复合材料抗折强度提高 20% 。孙文 强 [ 6 ]等发现碱对玻璃纤维刻蚀作用强烈, 难于控制, 导致玻璃纤维强度明显下降, 但用碱处理后的玻璃纤 维表面仍很光滑; 稀 HCl和稀 H2 SO4可以有效的增加 其表面积, 改善玻璃纤维表面的浸润性。但是玻璃纤 维在被酸碱刻蚀后, 表面层遭到破坏, 很容易造成应 力集中, 使其自身强度有所下降。 Tom ao [ 7] 等发现将 玻璃纤维置于 20% 的 HCl中, 100e 下处理 6 h后, 可 以在提高纤维表面羟基含量和纤维自身强度的下降 之间得到最好的处理效果。从力学性能的角度来说, 玻璃纤维酸碱刻蚀工艺不是一种有效的表面处理方 法, 但在增加玻璃纤维表面积和反应性官能团数量方 宇航材料工艺 2009年 第 1期 ) 5 )
面具有显著作用。 易长海等利用FT-R方法研究了经硅烷偶 23偶联剂处理 联剂处理的玻璃纤维,结果发现,经硅烷偶联剂处理 对于玻璃纤维增强热固性树脂或极性热塑性树的玻璃纤维虽然表面能有所降低,但玻璃纤维表面产 脂复合材料,可采用偶联剂对玻璃纤维进行表面处生与玻璃纤维有化学键合的活性官能团。 理,使树脂与玻璃纤维表面形成化学键,从而获得有 gesn等发现在界面区内互穿网络的分子结 效的界面粘结%。Lee等采用RM工艺并采用构对界面强度的提高贡献最大,并证明了水解作用导 硅烷偶联剂对玻璃纤维进行表面改性,测试和分析了致界面强度下降主要原因是由于界面上原有的Sⅳ 玻璃纤维APR(不饱和聚脂)复合材料的孔隙含量O)S键水解造成的。kkse2等研究了界面区的分 和弯曲强度,结果发现,用硅烷偶联剂C-MPS[ 子结构与力学性能的关系以及界面相疲劳损伤机理。 甲基丙烯酰氧基)丙基三甲基氧硅烷]处理玻璃纤维硅烷偶联剂在使用中易于自缩聚成硅氧烷低聚物,实 后,复合材料中的孔隙含量低于未处理过的复合材际的利用率很低,一般只占偶联剂总量的10~20 料。由于玻璃纤维表面和UPR界面结合力的提高以且与玻璃纤维表面的有效化学键合还极易水解2 及在树脂浸润的过程中孔隙含量的减少,经C-MPS 陈育如发现利用铝酸酯偶联剂对玻璃纤维的 处理过的玻璃纤维增强的UPR树脂复合材料的弯曲表面处理比用沃兰(甲基丙稀酰氯化铬络合物)硅 强度和弯曲模量都高于未经偶联剂处理的复合材料。烷偶联剂处理的效果要好,其弯曲、拉伸强度、弯曲模 Pa等采用C.氨氧丙基三乙氧基硅烷(APS)量都高于后者处理的结果 和C(甲基丙烯酰氧基兩基三甲氧基硅烷(MPS)的 硅烷偶联剂与其他助剂一起使用,能够显著提高 不同浓度的溶液(质量分数为0B~03)处理玻处理效果。Pak等将MPS接枝到聚丁二烯主链 璃纤维,并测量了URR陂璃纤维的层间剪切强度、临上,可在玻璃纤维和MPS间形成硅氧键,同时在乙烯 界应力强度因子以及经硅氧烷处理过的玻璃纤维的接基酯树脂和聚丁二烯之间化学键合。Lec31等验证 触角。结果表明,经硅氧烷处理过的玻璃纤维的表面了以上结论。 Laura31等采用了含有酸酐、环氧基和 自由能增加了。偶联剂也提髙了复合材料的层间剪切氨基的三种反应型硅烷偶联剂对玻璃纤维进行处理 强度。用质量分数为0的 MPS /APS处理的玻璃结果发现,当体系中不含有增韧剂乙丙橡胶时,三种 纤维复合材料的应力强度因子达到最大值,约为398硅烷偶联剂基本不起作用;当增韧剂的质量分数达到 MPa加m当继续増加 MPS/APS的浓度时,复合材料的2‰ω,含有酸酐的硅氧烷效果最好;复合材料的弹性 力学性能降低,这主要是由于MPS上的C=O和APS模量与采用的偶联剂种类无关,而屈服极限和冲击强 上的)NH之间的氢键的形成,说明玻璃纤维与偶联剂度则与所使用的偶联剂种类密切相关 之间的氢键发挥着重要的作用 3其他表面处理方法 对于玻璃纤维增强聚丙烯等非极性热塑性树脂31等离子体表面处理 复合材料21,由于此类材料的分子链是饱和的和 采用等离子体聚合技术改善玻璃纤维的浸润性和 非极性的,不能与偶联剂反应,很难获得有效的界面表面粗糙度,但在提高复合材料强度的同时造成了其 粘接。目前以硅烷偶联剂处理为基础的方法主要有模量下降。VCeh等发现分别经氩等离子体和乙 两种一是采用浸润剂对玻璃纤维直接浸润,浸润剂烯基三乙氧基硅烷(VIEO)处理的玻璃纤维增强聚酯 中除了含有偶联剂以外,还有聚合物成膜剂,二是对复合材料的界面剪切强度基本一致,但低于单独使用 玻璃纤维表面进行接枝,先对玻璃纤维表面进行偶联甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)处理的 剂处理,然后引入过氧化物、功能化聚丙烯或者柔性FSS7018%;A-1科4处理后的玻璃纤维再经氩等离 橡胶层,该法具有很好的应用价值。此外,向聚丙烯子体处理,其复合材料的层间剪切强度下降了50。 基体中添加功能化聚丙烯也可有效地提高界面粘接李志军发现,等离子体会使玻璃纤维表面的官能团 强度,所谓功能化聚丙烯是马来酸酐或丙烯酸与聚丙发生变化,并在纤维表面产生轻微刻蚀,提高了基体对 烯的接枝共聚物,它可以为基体提供极性基团与偶联玻璃纤维的浸润状况,复合材料界面黏合増强。采用 剂形成化学键,从而提高复合材料的界面强度。 等离子体处理的玻璃纤维,其复合材料力学性能比未 张志谦等在聚丙烯基体中加入马来酸酐接枝处理的高2~3倍,还能改善耐湿热稳定性。 改性的聚丙烯,显著提高了复合材料的界面强度。通32稀土元素处理 过对比改性前后复合材料样品的拉伸性能,结果表明 稀土元素通过化学键合与物理吸附被吸附到玻 基体中加入2(%接枝聚丙烯,复合材料的拉伸强度璃纤维表面并在靠近纤维表面产生畸变区,吸附在玻 提高了33。 璃纤维表面上的稀土元素改善了玻璃纤维与基体的 宇航材料工艺2009年第1期
面具有显著作用。 2. 3 偶联剂处理 对于玻璃纤维增强热固性树脂或极性热塑性树 脂复合材料, 可采用偶联剂对玻璃纤维进行表面处 理, 使树脂与玻璃纤维表面形成化学键, 从而获得有 效的界面粘结 [ 8~ 9]。Lee等 [ 10]采用 RTM工艺并采用 硅烷偶联剂对玻璃纤维进行表面改性, 测试和分析了 玻璃纤维 /UPR (不饱和聚脂 )复合材料的孔隙含量 和弯曲强度, 结果发现, 用硅烷偶联剂 C- MPS[ ( - 甲基丙烯酰氧基 )丙基三甲基氧硅烷 ]处理玻璃纤维 后, 复合材料中的孔隙含量低于未处理过的复合材 料。由于玻璃纤维表面和 UPR界面结合力的提高以 及在树脂浸润的过程中孔隙含量的减少, 经 C- MPS 处理过的玻璃纤维增强的 UPR树脂复合材料的弯曲 强度和弯曲模量都高于未经偶联剂处理的复合材料。 Park等 [ 11]采用 C- 氨氧丙基三乙氧基硅烷( APS) 和 C- (甲基丙烯酰氧基 )丙基三甲氧基硅烷 (MPS)的 不同浓度的溶液 (质量分数为 011% ~ 015% )处理玻 璃纤维, 并测量了 UPR /玻璃纤维的层间剪切强度、临 界应力强度因子以及经硅氧烷处理过的玻璃纤维的接 触角。结果表明, 经硅氧烷处理过的玻璃纤维的表面 自由能增加了。偶联剂也提高了复合材料的层间剪切 强度。用质量分数为 0. 2% 的 MPS/APS处理的玻璃 纤维复合材料的应力强度因子达到最大值, 约为 3. 98 MPa /m 2 ; 当继续增加 MPS/APS的浓度时, 复合材料的 力学性能降低, 这主要是由于 MPS上的 C O和 APS 上的 ) NH 之间的氢键的形成, 说明玻璃纤维与偶联剂 之间的氢键发挥着重要的作用。 对于玻璃纤维增强聚丙烯等非极性热塑性树脂 复合材料 [ 12, 17] , 由于此类材料的分子链是饱和的和 非极性的, 不能与偶联剂反应, 很难获得有效的界面 粘接。目前以硅烷偶联剂处理为基础的方法主要有 两种: 一是采用浸润剂对玻璃纤维直接浸润, 浸润剂 中除了含有偶联剂以外, 还有聚合物成膜剂; 二是对 玻璃纤维表面进行接枝, 先对玻璃纤维表面进行偶联 剂处理, 然后引入过氧化物、功能化聚丙烯或者柔性 橡胶层, 该法具有很好的应用价值。此外, 向聚丙烯 基体中添加功能化聚丙烯也可有效地提高界面粘接 强度, 所谓功能化聚丙烯是马来酸酐或丙烯酸与聚丙 烯的接枝共聚物, 它可以为基体提供极性基团与偶联 剂形成化学键, 从而提高复合材料的界面强度。 张志谦等 [ 18]在聚丙烯基体中加入马来酸酐接枝 改性的聚丙烯, 显著提高了复合材料的界面强度。通 过对比改性前后复合材料样品的拉伸性能, 结果表明 基体中加入 20% 接枝聚丙烯, 复合材料的拉伸强度 提高了 33%。 易长海 [ 19 ]等利用 FT - IR 方法研究了经硅烷偶 联剂处理的玻璃纤维, 结果发现, 经硅烷偶联剂处理 的玻璃纤维虽然表面能有所降低, 但玻璃纤维表面产 生与玻璃纤维有化学键合的活性官能团。 Iglesias [ 20]等发现在界面区内互穿网络的分子结 构对界面强度的提高贡献最大, 并证明了水解作用导 致界面强度下降主要原因是由于界面上原有的 Si) O) Si键水解造成的。 Iglesias [ 21]等研究了界面区的分 子结构与力学性能的关系以及界面相疲劳损伤机理。 硅烷偶联剂在使用中易于自缩聚成硅氧烷低聚物, 实 际的利用率很低, 一般只占偶联剂总量的 10% ~ 20%, 且与玻璃纤维表面的有效化学键合还极易水解 [ 22 ]。 陈育如 [ 23]发现利用铝酸酯偶联剂对玻璃纤维的 表面处理比用沃兰 (甲基丙稀酰氯化铬络合物 )、硅 烷偶联剂处理的效果要好, 其弯曲、拉伸强度、弯曲模 量都高于后者处理的结果。 硅烷偶联剂与其他助剂一起使用, 能够显著提高 处理效果。Park [ 24]等将 MPS接枝到聚丁二烯主链 上, 可在玻璃纤维和 MPS间形成硅氧键, 同时在乙烯 基酯树脂和聚丁二烯之间化学键合。Lee [ 25 ]等验证 了以上结论。 Laura [ 26 ]等采用了含有酸酐、环氧基和 氨基的三种反应型硅烷偶联剂对玻璃纤维进行处理, 结果发现, 当体系中不含有增韧剂乙丙橡胶时, 三种 硅烷偶联剂基本不起作用; 当增韧剂的质量分数达到 20% , 含有酸酐的硅氧烷效果最好; 复合材料的弹性 模量与采用的偶联剂种类无关, 而屈服极限和冲击强 度则与所使用的偶联剂种类密切相关。 3 其他表面处理方法 3. 1 等离子体表面处理 采用等离子体聚合技术改善玻璃纤维的浸润性和 表面粗糙度, 但在提高复合材料强度的同时造成了其 模量下降。V. Cech [ 27] 等发现分别经氩等离子体和乙 烯基三乙氧基硅烷 (VTEO)处理的玻璃纤维增强聚酯 复合材料的界面剪切强度基本一致, 但低于单独使用 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 ( A- 174)处理的 IFSS 7018 %; A- 174处理后的玻璃纤维再经氩等离 子体处理, 其复合材料的层间剪切强度下降了 50%。 李志军 [ 28]发现, 等离子体会使玻璃纤维表面的官能团 发生变化, 并在纤维表面产生轻微刻蚀, 提高了基体对 玻璃纤维的浸润状况, 复合材料界面黏合增强。采用 等离子体处理的玻璃纤维, 其复合材料力学性能比未 处理的高 2~ 3倍, 还能改善耐湿热稳定性。 3. 2 稀土元素处理 稀土元素通过化学键合与物理吸附被吸附到玻 璃纤维表面并在靠近纤维表面产生畸变区, 吸附在玻 璃纤维表面上的稀土元素改善了玻璃纤维与基体的 ) 6 ) 宇航材料工艺 2009年 第 1期
界面结合力。但是过多的稀土元素,会减弱了界面结2001242174~179 合力并导致复合材料拉伸性能下降。程先华和薛玉 12 Tham ason J L Schoolenberg g E AnInvestigaton of 君研究了sGS(含10%氨基硅烷偶联剂SG glass fber/polypropy lene nter fice strengh& its effect on am2 posite properties Composite 25197~203 S00的酒精溶液)、RES(含稀土元素0B~Q8 13 Scholtens B JR Brackm an JC Paper presen ted at IC 的酒精溶液)和SS/RES(含10%。SG-S100和稀C. V oonfe ren Goteborg Wenden June1994 土元素的酒精溶液)三种表面改性剂处理玻璃纤维 14 Mader Jaoobasch H IGrundke K In fuence of an opt2 的最佳用量及其对玻璃纤维增强PTFE复合材料冲 mized nterphase on the propertes of polypropy bne/ghss fbre cam posites Com posites 199 27A 079 击磨损和拉伸性能的影响,结果发现RES比SGS/ 15 Tham asn JL The nterface regin n ghss fbre- re n2 RES和sGS能够更好地提高玻璃纤维与PIHE之间 roed epay resn com pos ites 1. Sam ple preparaton vod con2 的界面结合力和提高复合材料的摩擦磨损性能,且当 tent and nterfacial strengt Com posites 1995, 26 467-475 稀土元素在表面改性剂中的质量分数为03时复 omu latins on the m echanical prperties of unid irect inal re n2 合材料的拉伸性能最佳 Droed ghss fbre/polyester resn lam nates Mater Sci Lett 4展望 199514942~947 玻璃纤维增强树脂基复合材料的界面研究较为 17周晓东,郭文军,戴干策.接枝改性聚烯烃在玻璃纤 维浸润剂中的应用.玻璃钢厦合材料;2000110~13 成熟,玻璃纤维的改性方法也较多而且己经得到普遍 18张志谦,龙军,刘立洵等.玻璃纤维增强聚丙烯复合 的应用。目前,采用硅烷类偶联剂对玻璃纤维进行表材料界面改性研究.宇航材料工艺,20032(4):28-31 面处理,制得树脂基复合材料其处理效果较好,但是 19易长海,周奇龙,许家瑞等.硅烷偶联剂处理玻璃纤 其利用率低。因此提高硅烷偶联剂与玻璃纤维表面维表面的形态及活化机理荆州师范学院学报,20024(2) 93~96 的键接效率,将成为今后的研究重点。 0 lglesas jG Gonza lez Ben ito I A mara Jet al Effect of 参考文献 glass fber surface tream ents n mechan cal strengh of epoxy 李新中玻璃纤维增强HDE及其硅烷交联改性研 based amos ite m ater a ls Joumal of Collod and Interface S2 究.2006 ence2002250251~260 2刘雄亚,谢怀勤复合材料工艺及设备.武汉:武汉工 21 Tom ozawa Peng Y L Surface relaxat in as a mecha 业大学出版社,1997 nim of static fatgue ofpr stne sil ica glass fibers Joumal ofNon2 3 LiZ F Ruckenste n E Strong adhes ion and smoot con2 Crystall ne Solids 1998 104-109 uctive surface va graft polymer vat on of aniline on a mod 22 W anew. dbenedet b A T. A modified sine tream ent glass fber surface Joumal ofColbi and Inter face Science 2002 superior hydrolytic stab il ity of ghss re nforced campos ites Joumal of A, 1998 68(3-4): 183- 201 4 Gmzalez b I Base ba I Amar A J Microstructural 23陈育如铝锆偶联剂的应用.塑料工业,200129(6) wettab ility sudy of surface pretreated ghss fbres Joumal ofM 44~46 rials Processng Technobgy 1999, 92-93 129- 134 24 Rohchoon Park Jyongsk Jang a sudy of the mpact 5柳华实,葛曷一,王冬至等玻璃纤维表面处理对玻璃 propertes of campos ites cons stng of surfaceamod ified glass fbers 纤维石膏复合材料力学性能的影响.山东建材,200425(5): n viyl ester resn Campos ires Scence and Technobgy1998 34~36 58979~985 6孙文强,曾辉,牛兰刚等.耐高温复合材料用玻璃纤维 25 Lee Gw, leen I j ang j etal Effects of surface m od2 表面处理研究(1)酸碱刻蚀处理的研究.玻璃钢厦合材料 ficat Dn on the resn2 transfer moulding (rIM)of ghss fbre/ur2 2000(1):33~35 saturated molester camposites Camposites Science and Technolo 7 Tom ao V, souffiA M DenoyeR Infuence of tme and tem pera ure of hydrothemal treament on ghss fibe rs surface g 2002 629-16 26 Laura D M, Keskku b H, Barlow Jw et al E fect of glass Jaurnal of Chroma g raphy A 199&- 376 fiber surface cham st ry n the m echan ical propertes of ghss fber 8 PleddeInam ann E P Silne Coupling A gepts Plenum re nbrced rubber2toughened nylon 6 Polm er 2002 4: 4 673-4 687 27 Cech V, PrikryIR Bakova R et al Plasma su 9 Ish da h. a rev iew of recent progress n the stud ies of treament and mod ifcatin of ghss fibers Camposites Part A molecular and m icostrucu re of coupling agents and he ir func 2002331367~1372 tons n campos ites coatings and athens Ne pnts Polmer Con2 李志军,程光旭,韦玮.离子体处理在玻璃纤维增强 pos ites B84 5 101 聚丙烯复合材料中的应用中国塑料,200014(6):45~49 10 Lee G W, Lee n I Jang v J et al E fects of sur fice φ程先华,薛玉君,谢超英稀土元素表面处理对玻璃 m od ifca tion on the res transfer mou ding of glass fber//msM2纤维填充金属塑料多层复合材料冲击磨损性能的影响中 a ted2polyester amos ites Cam pos ites Science and Tec 3国稀土学报,200119(4)373~375 2002629~16 30薛玉君,程先华稀土元素表面处理玻璃纤维增强PTFE 1 Park Soo n Jn Joong Seong E fect of silane coup Ing复合材料的拉伸性能中国稀土学报20220(1):4-44 agent on nte phase and perfom ance of glass fbers/unsaturated (编辑吴坚) polester campos ites Joumal of Colbd and Interface Science 宇航材料工艺2009年第1期 )7)
界面结合力。但是过多的稀土元素, 会减弱了界面结 合力并导致复合材料拉伸性能下降。程先华和薛玉 君 [ 29~ 30 ]研究了 SGS(含 1. 0%氨基硅烷偶联剂 SGSi900的酒精溶液 )、RES(含稀土元素 0. 1% ~ 0. 8% 的酒精溶液 )和 SGS/RES(含 1. 0% SG- Si900 和稀 土元素的酒精溶液 )三种表面改性剂处理玻璃纤维 的最佳用量及其对玻璃纤维增强 PTFE复合材料冲 击磨损和拉伸性能的影响, 结果发现 RES比 SGS/ RES和 SGS能够更好地提高玻璃纤维与 PTFE 之间 的界面结合力和提高复合材料的摩擦磨损性能, 且当 稀土元素在表面改性剂中的质量分数为 0. 3% 时复 合材料的拉伸性能最佳。 4 展望 玻璃纤维增强树脂基复合材料的界面研究较为 成熟, 玻璃纤维的改性方法也较多而且已经得到普遍 的应用。目前, 采用硅烷类偶联剂对玻璃纤维进行表 面处理, 制得树脂基复合材料其处理效果较好, 但是 其利用率低。因此, 提高硅烷偶联剂与玻璃纤维表面 的键接效率, 将成为今后的研究重点。 参考文献 1 李新中. 玻璃纤维增强 HDPE 及其硅烷交联改性研 究. 2006 2 刘雄亚, 谢怀勤. 复合材料工艺及设备. 武汉: 武汉工 业大学出版社, 1997 3 L i Z F, Ruckenste in E. Strong adhesion and smooth con2 ductive surface via graft polymerization of aniline on a modified glass fiber surface. Journa l ofColloid and Interface Science, 2002; 251: 343~ 349 4 Gonzalez B J, Base lga J, Aznar A J. Microstructura l and wettab ility study of surface pretreated glass fibres. Journal ofMate2 rials Processing Technology, 1999; 92~ 93: 129~ 134 5 柳华实, 葛曷一, 王冬至等. 玻璃纤维表面处理对玻璃 纤维 /石膏复合材料力学性能的影响. 山东建材, 2004; 25( 5): 34~ 36 6 孙文强, 曾辉, 牛兰刚等. 耐高温复合材料用玻璃纤维 表面处理研究 ( 1 )酸碱刻蚀处理的研究. 玻璃钢 /复合材料, 2000; ( 1): 33~ 35 7 Tomao V, SiouffiA M, Denoye l R. Influence of time and tempera ture of hydrotherma l treatment on glass fibe rs surface. Journa l of Chroma to G raphy A, 1998; 829: 367~ 376 8 Plueddelnamann E P. Silane Coupling Agepts Plenum. New York, 1982 9 Ish ida H. A Review of recen t progress in the stud ies of molecular and microstructu re of coupling agents and the ir func2 tions in composites, coatings and adhensive joints. Polymer Com2 posites, l984; 5: 101 10 Lee G W, Lee N J, Jang V J et a.l E ffects of surface mod ifica tion on the resin2transfer mou lding of glass2fiber/unsa tu2 ra ted2polyeste r composites. Composites Science and Technology, 2002; 62: 9~ 16 11 Park Soo Jin, Jin Joong Seong. E ffect of silane coup ling agent on inte rphase and performance of glass fibers/unsaturated polyester composites. Journal of Colloid and Interface Sc ience, 2001; 242: 174~ 179 12 Thomason J L. Schoolenberg G E. AnInvestigation of glass fiber/polypropylene interface strength & its effect on com2 posite properties. Composite, 1994; 25: 197~ 203 13 Scholtens B JR, Brackman J C. Paper presen ted at ICCI- V confe ren. Goteborg, Swenden, June, 1994 14 Mader Jacobasch H J, G rundke K. In fluence of an opti2 mized interphase on the properties of polypropylene / glass fibre composites. Composites, 1996; 27A: 079 15 Thomason J L. The interface region in glass fibre- re in2 forced epoxy resin composites: 1. Sample prepara tion, void con2 tent and interfacia l strength. Composites, 1995; 26: 467~ 475. 16 L indsey K A, Rudd C D, Dwen M. E ffects of fib re size formu lations on the mechanica l properties of unidirectional re in2 forced glass fibre / polyester resin lam inates. Mate r. Sc .i Lett. , 1995; 14: 942~ 947 17 周晓东, 郭文军, 戴干策. 接枝改性聚烯烃在玻璃纤 维浸润剂中的应用. 玻璃钢 /复合材料; 2000; 1: 10~ 13 18 张志谦, 龙军, 刘立洵等. 玻璃纤维增强聚丙烯复合 材料界面改性研究. 宇航材料工艺, 2002; 32( 4): 28~ 31 19 易长海, 周奇龙, 许家瑞等. 硅烷偶联剂处理玻璃纤 维表面的形态及活化机理. 荆州师范学院学报, 2001; 24( 2): 93~ 96 20 Iglesias J G, Gonza lezBen ito J, A zna rA J e t a.l Effect of glass fiber surface treatments on mechan ica l strength of epoxy based composite materia ls. Journal of Colloid and Interface Sc i2 ence, 2002; 250: 251~ 260 21 TomozawaM, Peng Y L. Surface relaxation as a mecha2 nism of sta tic fa tigue of pristine silica glass fibe rs. Journa l ofNon2 Crysta lline Solids, 1998; 240: 104~ 109 22 W angW, Dibenedet to A T. A modified silane treatment for superior hydrolytic stab ility of glass re inforced composites. Journa l ofAdhesion, 1998; 68( 3~ 4): 183~ 201 23 陈育如. 铝锆偶联剂的应用. 塑料工业, 2001; 29( 6): 44~ 46 24 Rohchoon Park, Jyongsik Jang. A study of the impact properties of composites consisting of surface2mod ified glass fibers in vinyl ester resin. Composires Sc ience and Technology, 1998; 58: 979~ 985 25 Lee GW, LeeN J, J ang J e t a .l Effects of surfacemodi2 fication on the resin2transfer moulding (RTM) of glass2fibre / un2 saturated 2polyester composites. Composites Science and Technolo2 gy, 2002; 62: 9~ 16 26 Laura D M, Keskku la H, Barlow JW et a.l E ffect of glass fiber surface chem ist ry on the mechanica l properties of glass fiber re inforced, rubber2toughened nylon 6. Polymer, 2002; 43: 4 673~ 4 687 27 Cech V, Prikryl R, Ba lkova R et a.l Plasma surface treatment and mod ification of glass fibers. Composites: Pa rt A, 2002; 33: 1 367~ 1 372 28 李志军, 程光旭, 韦玮. 离子体处理在玻璃纤维增强 聚丙烯复合材料中的应用. 中国塑料, 2000; 14( 6): 45~ 49 29 程先华, 薛玉君, 谢超英. 稀土元素表面处理对玻璃 纤维填充金属 - 塑料多层复合材料冲击磨损性能的影响. 中 国稀土学报, 2001; 19( 4): 373~ 375 30 薛玉君, 程先华. 稀土元素表面处理玻璃纤维增强 PTFE 复合材料的拉伸性能. 中国稀土学报, 2002; 20( 1): 41~ 44 (编辑 吴坚 ) 宇航材料工艺 2009年 第 1期 ) 7 )
