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【技术】玻璃纤维表面物理沉积改性技术及研究进展

来源：世展网分类：粉体工业行业资讯 2023-11-09 15:51 阅读：*****

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由于优异的力学性能，玻璃纤维增强树脂基复合材被广泛的研究应用。但玻璃纤维属于无机非金属材料，其表面光滑，化学性惰而限制了其应用。通过对玻璃纤维表面的改性，提高其表面化学活性和粗糙度，改善与树脂基体的界面结合。

玻璃纤维表面物理沉积改性是将改性物质在玻璃纤维表面上沉积一层或者多层，以提高玻璃纤维表面的粗糙度和与树脂基体的相容性。常见的改性物质可以分为有机化合物、无机化合物、有机-无机混合物等。1、玻璃纤维表面有机化合物物理沉积改性将特有的有机化合物包裹在玻璃纤维的表面，并将其作为桥梁使玻璃纤维与树脂基体有更好的界面结合。Zhu通过可逆加成断裂链转移（RAFT）聚合自组装合成了两亲型施胶剂PBAM和PBAMD。这种不含表面活性剂的施胶剂能在GF表面产生氢键和静电吸附。同时，能与聚丙烯（PP）基体形成分子纠缠、烷基阳离子和σ-π共轭，从而改善玻璃纤维与PP基体之间的界面结合性。研究表明，PBAMD改性的GF/PP复合材料的拉伸强度和弯曲强度比未改性的复合材料分别提高了25.8%和33.1%。

Mun等研究了不同纤维表面的聚多巴胺（PDA）改性对环氧树脂复合材料力学性能影响。研究表明，芳纶和玻璃纤维表面PDA改性对复合材料的抗拉强度，并没有得到有效的提高，而碳纤维表面改性对复合材料的强度和韧性都有所提高。2、玻璃纤维表面无机化合物物理沉积改性通过将一定结构的无机材料或者富含较多官能团的无机材料包覆在玻璃纤维的表面，提高其表面粗糙度和化学活性，增强纤维与树脂间的机械联锁和界面结合。Sabri等通过电喷雾沉积法（ESD）将碳纳米管沉积在玻璃纤维的表面，制备了玻璃纤维增强酚醛树脂基复合材料，并采用双悬臂梁试验方法（DBC）测定了Ｉ型层间断裂韧性。研究表明，玻璃纤维表面改性后的复合材料，其断裂韧性要比玻璃纤维表面未改性的复合材料提高34%。通过断口形貌分析揭示了层间断裂韧性增强的机制，改性玻璃纤维增强复合材料在断裂时存在纤维桥接行为，这种行为的发生可以有效地提高复合材料的断裂韧性。

Song等在原子尺度上研究了石墨烯和单壁碳纳米管（CNTs）涂层对玻璃纤维增强环氧树脂界面性能的影响。以二氧化硅结构表示玻璃纤维，将石墨烯和单壁碳纳米管夹在环氧树脂和二氧化硅之间，形成夹层结构。利用分子动力学模拟分析了夹芯结构的界面脱粘行为。脱粘从靠近界面的环氧树脂边缘开始，向环氧树脂内部扩散，表现出内聚破坏模式。尽管环氧树脂和碳纳米管之间开始了脱粘，但环氧树脂和碳纳米管之间的联锁阻止了聚合物链的进一步运动，导致在二氧化硅和碳纳米管之间的界面发生失效，呈现胶粘剂失效模式。研究表明，石墨烯和单壁碳纳米管的加入显著提高了环氧树脂和玻璃纤维之间的界面能，纤维与环氧树脂基体的界面结合力也得到了提升。

3、玻璃纤维表面有机-无机混合物物理沉积改性有机化合物和无机化合物共同对玻璃纤维表面进行沉积改性，其各自发挥独有的优势与特点，提升玻璃纤维与树脂基体的界面结合。Yuan等通过将聚多巴胺/碳化硅/聚乙烯亚胺共沉积在玻璃纤维的表面，制备了聚四氟乙烯纤维与改性玻璃纤维混杂织物复合材料。运用拉伸和剥离测试，得出改性玻璃纤维织物的界面黏附性增强了47.8%。这是由于功能涂层对玻璃纤维织物表面的改性，提高了织物表面的粗糙度和丰富的氨基，从而改善了玻璃纤维织物与聚四氟乙烯基体界面结合强度。

Liu等研发了一种新型的两亲性施胶剂，用来改善玻璃纤维增强聚丙烯复合材料之间因其化学惰性和两种原材料表面能的巨大不匹配而导致的界面结合弱的现象。研究表明，改性后的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，界面抗剪强度增加到了17.62MPa，分别比纯玻纤-聚丙烯界面（8.34MPa）和商用玻纤-聚丙烯界面（11.14MPa）提高了111.3%和51.2%。