玻璃纤维的表面处理

高分子复合材料专业冀州市职业技术教育中心教学课件教师：玻璃纤维的表面处理冀州市职教中心玻璃纤维的表面处理单丝处理(浸润剂)纤维织物的表面处理(中间粘合剂)1浸润剂在拉丝工艺中，当玻璃液从漏板拉出单丝以后，要经过浸润槽把浸润剂涂敷在玻璃纤维表面上。浸润剂可分为纺织型浸润剂和增强型浸润剂。冀州市职教中心（一）浸润剂的作用玻璃纤维突出的弱点：较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在拉丝和纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象，而且刚拉出的纤维容易受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其强度下降。浸润剂的作用：使多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强度；保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。冀州市职教中心2.浸润剂的种类(1)纺织型浸润剂主要是满足纺织工序的要求。使用该类浸润剂的玻璃纤维和织物作为玻璃钢的增强材科时，事先必须对纤维和织物进行表面处理。因为浸润剂中含石蜡和油剂，影响与树脂的粘结。纺织型浸润剂淀粉浸润剂石蜡乳剂淀粉为主要的成膜剂优点：费用低、成膜性好、易除掉主要成分：石蜡、凡士林、硬脂酸、变压器油等优点：润滑性、集束性好冀州市职教中心(2)增强型浸润剂由中间粘合剂、润滑剂、乳化剂等组分，配成拉丝用的浸润剂，在拉丝过程中直接被覆于玻璃纤维表面。增强型浸润剂在一定程度上能满足拉丝工艺要求，而且对纤维与树脂粘结影响不大。因此，在玻璃钢成型时不必除去，可直接使用。在选用玻璃纤维及其织物时。必须根据树脂类型考虑采用何种浸润剂。冀州市职教中心1.表面处理的意义表面处理：在玻璃纤维表面被覆一种叫做表面处理剂的特殊物质，使玻璃纤维与合成树脂牢固地粘结在一起，以达到提高玻璃钢性能的目的。表面处理剂处于玻璃纤维与合成树脂之间而使这两种性质不同的材料牢固地连接在一起。事实证明，玻璃纤维及织物经过适当的表面处理后，不仅改进了玻璃纤维的耐磨、防水、电磁绝缘等性能，而且对玻璃钢的强度，特别是湿态下的强度提高有显著的效果。冀州市职教中心无论是自然老化还是人工加速老化试验，玻璃纤维未经处理剂处理而制作的玻璃钢，因老化而强度下降严重；经处理的强度下降缓慢，且有更高的强度保留值。处理剂对聚酯玻璃钢人工气候老化强度的影响1—沃兰处理；2-A-151处理；3—A-172处理；4—未处理处理剂对聚酯玻璃钢自然曝晒后强度的影响1—沃兰处理；2-A-151处理；3—A-172处理；4—未处理冀州市职教中心处理剂对玻璃钢海水浸泡后强度也有明显的影响。玻璃钢经处理的比末处理的原始强度只提高0.5倍左右，而经海水浸泡1年后强度保留率却高1倍以上。其中以沃兰处理的效果更好，在经1-3年的浸泡后，竞比未处理的高近2倍或更多。处理剂对聚酯玻璃钢海水浸泡后强度的影响1—沃兰处理；2-A-151处理；3—A-172处理；4—未处理冀州市职教中心处理剂对玻璃钢的耐化学腐蚀性能的影响也很大。如将玻璃钢试样浸在酸碱液中，通过观察表面树脂脱落布纹显露的情况证明，未经处理的树脂脱落严重，凡经过处理的效果均好，特别是经KH—550前处理的效果更为明显。表面处理剂不但能改善玻璃纤维及织物的性能，而且在玻璃钢中还有它的独特作用。它既能与玻璃相连，又能与树脂作用；既保护了玻璃纤维表面，又大大地增强了玻璃与树脂界面的粘结，防止水分或其他有害介质的侵入，减少或消除界面的弱点，改善了界面状态，有效地传递了应力，使玻璃钢这种复合材料的多种材料间能形成一个牢固的整体。同时，使用表面化学处理剂的玻璃钢比未使用处理剂的，其长期耐候性、耐水性、耐化学腐蚀性能均有大幅度改善；机械强度有成倍的提高；耐热性和电性能也有很大改善。冀州市职教中心（二）界面理论解释玻璃/树脂界面的理论：偶联理论、化学处理膜理论、物理吸附理论等，各种理论均存在一些不尽完善之处。偶联理论偶联剂是一种高分子化合物，这种化合物一般都含有两部分性质不同的基团。一种官能团能很好与玻璃纤维表面结合；另一种官能团能很好与合成树脂结合(产生共聚)。通过表面处理剂把两种性能截然不同的物质联合起来，形成一个统一的整体。因此，把表面处理剂叫“架桥剂”，也叫“偶联剂”。这种中间连接作用叫架桥作用或偶联作用。冀州市职教中心（三）玻璃纤维表面处理剂的种类有机铬、有机硅和钛酸酯有机铬处理剂中最有名的属“沃兰(Vo1an)”，它的化学名称叫做甲基丙烯酸氯化铬络合物物。有机硅处理剂：结构通式为RnSiX4-n。。R是有机基团，含有能与合成树脂作用形成化学键的活性基团。如；不饱和双键、环氧基团、氨基-NH2、巯基-SH等。X是易于水解的基团，水解后能与玻璃作用。n为1、2或3，绝大多数为1CHCH2CHCH2OCHCOOCrCl2OHCrCl2CH3CH3冀州市职教中心牌号化学名称结构式适用范围国内国外热固性热塑性沃兰Volan甲基丙烯酸氯化铬盐酚醛聚酯环氧聚乙烯聚甲基丙烯酸甲酯A-151乙烯基三乙氧基硅烷聚酯硅树脂聚酰亚胺聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯KH-550A-1100AYM-9γ-胺基丙基三乙氧基硅烷环氧酚醛三聚氰胺PVC聚碳酸酯尼龙聚乙烯聚丙烯KH-560A-187Y-4087Z-6040KBM-403γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷聚酯、环氧、酚醛、三聚氰胺聚碳酸酯尼龙聚苯乙烯聚丙烯CHCOOCrCl2OHCrCl2CH3CH3H2N(CH2)3Si(OC2H5)3OCH2CHCH2O(CH2)3Si(OCH3)3常用玻璃纤维表面处理剂CH2CHSi(OC2H5)3冀州市职教中心牌号化学名称结构式适用范围国内国外热固性热塑性KH-570A-174Z-6030KBM-503γ-甲基丙烯酸丙基三甲氧基硅烷聚酯环氧聚苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚乙烯聚丙烯南大-42苯胺甲基三乙氧基硅烷环氧酚醛尼龙A-172乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷聚酯环氧聚丙烯KH-580γ-巯基丙基三乙氧基硅烷环氧酚醛PVC聚苯乙烯聚胺酯CH2CCH3COO(CH2)3Si(OCH3)3CH2CHSi(OC2H4OCH3)3NHCH2Si(OC2H5)3HS(CH2)3Si(OC2H5)3冀州市职教中心牌号化学名称结构式适用范围国内国外热固性热塑性KH-590A-189Z-6060Y-5712γ-巯基丙基三甲氧基硅烷大部分都适用聚苯乙烯B201二乙烯三胺基丙基三乙氧基硅烷酚醛三聚氰胺尼龙聚碳酸酯A-186Y-4086KBM-303β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷环氧聚酯酚醛三聚氰胺A-1120Z-6020X-6030BBM-603γ-(乙二胺基)丙基三甲氧基硅烷环氧酚醛三聚氰胺尼龙聚乙烯聚丙烯HS(CH2)3Si(OCH3)3H2NC2H4NHC2H4NH(CH2)3Si(OC2H5)3CH2CH2Si(OCH3)3ONH2CH2CH2NH(CH2)3Si(OCH3)3冀州市职教中心（四）玻璃纤维表面处理方法后处理法、前处理法和迁移法。1.后处理法凡是使用纺织型浸润剂，制得的玻璃纤维及织物，在用于制作玻璃钢之前原则上都采用此法进行表面处理。分两步进行：首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂，然后经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺，使玻璃纤维表面被覆上一层处理剂。特点：处理的各道工序都需要专门的设备，初投资较大，玻璃纤维强度损失大．但处理效果好，比较稳定．是目前国内外最常使用的处理方法。冀州市职教中心2.前处理法适当改变浸润剂的配方，使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要求，又不妨碍树脂对玻璃纤维的浸润和粘结。将化学处理剂加入到浸润剂中。与后处理法比较优点：省去了复杂的处理工艺及设备，使用简便；避免了因热处理造成的玻璃纤维强度损失。缺点：这种浸润剂一方面要满足拉丝、纺织工序的要求，同时又要满足与树脂浸渍、粘结等要求，是一个比较复杂的技术问题，目前尚需进一步研究。冀州市职教中心3.迁移法迁移法是将化学处理剂直接加入到树脂胶液中进行整体渗合，在浸胶的同时将处理剂施于玻璃纤维上，借处理剂从树脂胶液至纤维表面的“迁移”作用而与纤维表面发生作用，从而在树脂固化过程中产生偶联作用。冀州市职教中心作业1.为何玻璃纤维要使用浸润剂？2.玻璃纤维表面处理方法有哪些？各有什么特点。高分子复合材料专业冀州市职业技术教育中心教学课件