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 )