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玻璃纖維主要以二氧化硅為主,配合其他金屬氧化物,按照一定的比例經(jīng)過(guò)高溫熔制成玻璃液,再借助外力拉伸、離心拉絲或者吹制成為纖維形態(tài)。

玻璃纖維具有絕緣性好、質(zhì)輕高強(qiáng)、耐腐蝕、吸濕低等優(yōu)點(diǎn),是一種綜合性能卓著的無(wú)機(jī)非金屬材料。由于機(jī)械性能強(qiáng)、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、產(chǎn)量大且成本適中,玻璃纖維是結(jié)構(gòu)輕量化的優(yōu)選高性能纖維增強(qiáng)體材料,目前已廣泛應(yīng)用于商業(yè)化的復(fù)合材料中,包括汽車(chē)、印刷電路板、風(fēng)渦輪機(jī)葉片、運(yùn)輸管道、基礎(chǔ)設(shè)施等。玻璃纖維表面呈現(xiàn)惰性,且比較光滑不易與其他物質(zhì)結(jié)合,為確保復(fù)合材料界面間的良好黏結(jié),應(yīng)力能進(jìn)行有效傳遞,玻璃纖維與基體材料間的界面黏結(jié)處理技術(shù)尤為重要。

玻璃纖維界面處理技術(shù)

玻璃纖維由于其綜合性能好、成本低、技術(shù)發(fā)展成熟等特點(diǎn),被廣泛用于纖維體增強(qiáng)復(fù)合材料中。復(fù)合材料的綜合性能取決于基體、增強(qiáng)體的性質(zhì)以及兩相黏結(jié)界面的強(qiáng)弱,兩相界面黏結(jié)較弱時(shí),外界應(yīng)力無(wú)法在材料中有效傳遞,使得復(fù)合材料綜合力學(xué)性能不能得到良好改善。因此,玻璃纖維與基體兩相界面間的黏結(jié)處理十分重要。

等離子體處理

氣體高度電離后,生成大量帶電粒子,此時(shí)氣體由未電離的中性粒子和具有能量的電子、離子、自由基組成,稱(chēng)為等離子體,是除固、液、氣態(tài)以外,物質(zhì)的第4種存在狀態(tài)。由于氣體中整體正負(fù)電荷數(shù)相等,因此系統(tǒng)呈現(xiàn)電中性。等離子體中的活性粒子能改變材料的形貌結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)成分,使用等離子體對(duì)纖維材料進(jìn)行表面改性時(shí),其反應(yīng)通常發(fā)生在100nm以?xún)?nèi)的厚度范圍,不會(huì)對(duì)纖維本質(zhì)特征影響太多。

等離子體處理技術(shù)就是利用等離子體(電子、離子、自由基、分子激發(fā)態(tài)、原子激發(fā)態(tài)等)使玻璃纖維表面產(chǎn)生輕度的刻蝕,改變其表面的某些官能團(tuán),從而增加玻璃纖維與基體之間的有效接觸面,降低表面接觸角,在纖維與樹(shù)脂基體進(jìn)行復(fù)合時(shí),樹(shù)脂的高聚物分子鏈鍛就能嵌入到纖維的“凹陷”里面,樹(shù)脂和纖維就能結(jié)合的更好。

作為一種新型處理方法，由于高效快捷、綠色環(huán)保,通常只需要幾十秒或者幾分鐘就能處理完,等離子體處理近些年來(lái)倍受青睞。相比酸堿刻蝕,等離子體處理不會(huì)帶來(lái)玻璃纖維拉伸強(qiáng)度的降低，通過(guò)等離子改性處理玻璃纖維表面，可以使改性后的玻璃纖維表面粗糙度增加，同時(shí)引入大量極性基團(tuán)，從而提升環(huán)氧-玻璃纖維的力學(xué)性能。