②与玻璃纤维表面作用.ppt

* 2）碳纤维的表面化学特征 石墨纤维的本体化学组成：C、O、N、H及微量的金属杂质， 表面化学组成为C、H、O。 碳纤维表面存在酮基、羧基、羟基等极性的高反应性的官能团 碱性的吡喃酮类、中性的醌类和酸性基团：羟基和羧基 * 3）其他纤维的表面化学特性 表面含有含氧官能团，提高浸润和反应性。 硼纤维表面有氧化硼，碳化硅表面有氧化硅。 * 3. 增强材料的表面吉布斯自由能（表面张力） 增强材料与基体的粘接的重要条件是两种紧密接触，相互之间完全润湿，这取决于它们的表面吉布斯自由能，即表面张力。 固体表面张力液体表面张力，液体可以湿润固体。 一般基体材料的表面张力：3.5~4.5?10-4N/cm， 则增强材料的表面张力要大于4.5?10-4N/cm。 接触角θ-----(P147) * 粘接过程的动力学：润湿速度 润湿速度：则与体系的表面粗糙度、粘度、分子量等因素有关。 为了得到良好的粘合： 润湿速度粘合剂的固化速度。 在粘合剂中加入适量表面活性剂，以降低其表面张力。 * 增强材料表面处理 目的是增加增强材料与基体材料界面粘接强度。主要是通过改变增强材料的表面特性，具体为： ①增加增强材料的比表面积（m2/g） ②增强纤维与基体的反应活性 ③提高纤维表面张力（大于树脂表面张力，有利于浸润） * 4.4.2 玻璃纤维的表面处理 玻璃纤维在复合材料中主要起承载作用。 为了充分发挥其作用，进行表面处理：减少玻璃纤维和树脂基体差异对复合材料界面的影响 , 减少玻璃纤维表面缺陷所导致的与树脂基体不良的粘合。 1. 脱蜡处理 在拉丝纺织工序中——纺织型浸润剂 浸润剂在与基体复合之前，必须除去浸润剂。 浸润剂除去的程度用残留量来表示。-玻璃纤维织物上残留的蜡等物质百分含量。 去除方法：洗涤法、热处理 * 热处理法：低温、中温、高温 间歇、分批、连续 低温 高温 中温 强度下降 ①洗涤法（碱液、肥皂水、有机溶剂）： 残留量0.3~0.5% ②热处理法 （低温250~300℃，中温300~450 ℃ ，高温＞450 ℃ ） * 间歇法（大量玻纤一次处理） 300 ℃ /65~75h 分批法（分阶段处理） 230 ℃ /10~20h+ 350 ℃ /60h 连续法（连续热处理，自动卷取） 550~650 ℃ /1min 热处理效果：浸润剂残留量、玻纤强度损失 玻纤热处理后，在空气中极易吸附水分，应及时涂覆偶联剂 * 2. 化学处理 采用偶联剂剂处理玻璃纤维，使纤维与基体之间形成化学键，获得良好的粘接、并有效地降低水的侵蚀。 1）有机硅烷类偶联剂的结构和作用机理 X-可水解的基团，与无机增强材料表面发生作用； R-有机官能团，与基体起反应 * 2011第10次课 KH550 KH560 KH792，KH570 * 偶联剂的作用机理： ①有机硅烷水解生成硅醇 ② 与玻璃纤维表面作用 硅烷水解后生成的三醇： 一个OH—：与硅醇结合； 余下OH—：与邻近的分子脱水形成Si—O—Si键 * 硅烷水解后生成三醇 硅三醇当中有一个羟基与玻璃纤维表面的羟基结合，形成氢键。 其余的羟基与邻近的分子脱水形成Si—O—Si键 * 2010第十次课 ③与树脂基体作用 硅烷偶联剂的R基：与树脂发生反应 热固性树脂中：R基一般参与固化反应 热塑性树脂中：发生溶解、扩散和缠结或通过添加交联剂实现分子交联 树脂基体不同，选择含有不同R基的硅烷偶联剂。 * 2）有机铬络合物偶联剂的结构和作用机理 有机铬的生成：氯化铬和有机酸反应 ① “沃兰”水解 当R为 即为常见的“沃兰”， 甲基丙烯酸氯化铬络合物。 * ② 与玻璃纤维表面作用 1.生成抗水的Si—O—Cr键 2.沃兰分子间脱水形成Cr-O-Cr键 “沃兰”吸附于玻璃纤维表面与玻纤表面的硅羟基发生脱水缩合： 使玻璃表面具有疏水性，化学键结合占35%。 * ③与树脂基体作用 适用于不饱和聚酯、酚醛和环氧树脂。 可参与聚酯的固化反应与之共聚； 可参与环氧与酚醛的固化反应与之缩聚；