玻璃纖維與樹脂的潤濕性研究.pdf

1、環(huán)氧樹脂由于具有優(yōu)良的工藝性能、機(jī)械性能和物理性能、價(jià)格低廉，作為涂料、膠粘劑、復(fù)合材料樹脂基體、電子封裝材料等廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、電器、航空、航天、化工、交通運(yùn)輸、建筑等領(lǐng)域。作為一種液態(tài)體系的環(huán)氧樹脂具有在固化反應(yīng)過程中收縮率小，其固化物的粘結(jié)性、耐熱性、耐化學(xué)藥品性以及機(jī)械性能和電氣性能優(yōu)良的特點(diǎn)。聚酯樹脂具有良好的加工特性，可以在室溫、常壓下固化成型，不釋放出任何副產(chǎn)物，粘度比較適宜，工藝性能優(yōu)良，固化后樹脂綜合性能好，品種多

2、、適應(yīng)廣泛，價(jià)格較低。而玻璃纖維是電子信息、航空、航天等行業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，在國民經(jīng)濟(jì)和國防軍工的諸多領(lǐng)域有重要應(yīng)用，絕緣性、耐熱性好，機(jī)械強(qiáng)度高，故配合樹脂賦予形狀以后可以成為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用材，通常作為復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料，電絕緣材料和絕熱保溫材料，電路基板等。研究二者潤濕性，無論是對于復(fù)合材料新型制備工藝，還是具有較好發(fā)展前景的熱塑性樹脂基復(fù)合材料工藝，以及對提升我國玻璃纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和持續(xù)發(fā)展能力，推動(dòng)我國高端民用電子產(chǎn)業(yè)和國防工

3、業(yè)發(fā)展都有重要的現(xiàn)實(shí)意義和歷史意義。
　　 通過吊片法測定不同溫度條件下的樹脂表面張力，分析了溫度與表面張力關(guān)系，以及表面張力因液體溫度升高而減小的理論解釋。研究表明：聚酯樹脂表面張力大于環(huán)氧樹脂表面張力。
　　 樹脂傳遞模塑(ResinTransfer Molding，RTM)工藝是廣泛應(yīng)用在航天航空、汽車、機(jī)械、電子及建筑領(lǐng)域的一種先進(jìn)復(fù)合材料制備方法。RTM 工藝要求樹脂有好的工藝性能，其中樹脂的表面張力、粘度直接

4、影響樹脂的浸潤性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，本文中主要討論樹脂的粘度、表面張力對浸潤性能的影響，以滿足樹脂對纖維的充分浸潤及RTM 工藝中的流動(dòng)充模要求。樹脂浸潤玻璃纖維時(shí)，接觸角隨著樹脂粘度的增大而增大；隨表面張力的增大而減小，兩者表現(xiàn)為線性關(guān)系；四種玻璃纖維與聚酯樹脂的潤濕性好一些，在環(huán)氧樹脂中屬基本不潤濕。
　　 實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，對于同一種樹脂，ER、ECR、ECT、TM 四種玻璃纖維與其結(jié)合性能有差異，研究玻璃纖維的不同化學(xué)

5、成分對玻纖表面活性以及它與樹脂的潤濕性和結(jié)合能力的影響對生產(chǎn)將具有重大指導(dǎo)意義。所以本論文從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面討論了四種纖維的表面浸潤性。熱力學(xué)上，通過測量接觸角，得到四種纖維的表面能、極性、色散分量。動(dòng)力學(xué)上，測試了常溫下四種纖維的接觸角隨時(shí)間的變化，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和阿累尼烏斯方程計(jì)算出浸潤速率和浸潤活化能。綜合以上熱力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)對比分析四種纖維的浸潤性。研究結(jié)果表明：表面能ECT＞ECR＞TM＞ER，即ECT為實(shí)現(xiàn)良好的的

6、浸潤提供了最有利的熱力學(xué)條件；浸潤活化能TM＜ER＜ECT＜ECR，即TM為實(shí)現(xiàn)良好的浸潤提供了最有利的動(dòng)力學(xué)條件。以上研究對于復(fù)合材料成型工藝的合理選擇具有重要意義。
　　 玻璃纖維在SEM圖像中呈非規(guī)整的圓柱狀，表面分布有大量細(xì)小顆粒和褶皺，且表面經(jīng)常都牢固地吸附著一層水膜，影響了玻璃纖維與樹脂之間的粘結(jié)。因此有必要對玻璃纖維表面進(jìn)行涂覆處理，以增強(qiáng)玻璃纖維和樹脂的潤濕性，并保護(hù)纖維表面不受到侵蝕。涂覆的物質(zhì)稱表面處理劑，包

7、括偶聯(lián)劑、潤滑劑、成膜劑等物質(zhì)。近年來玻璃纖維的表面處理在復(fù)合材料生產(chǎn)和研究領(lǐng)域中越來越重要，國內(nèi)外都在不斷研究并大力推廣應(yīng)用。所以，本文采用動(dòng)態(tài)威廉法檢測了四種玻璃纖維分別與三種偶聯(lián)劑、一種潤滑劑、一種成膜劑的潤濕性以及經(jīng)偶聯(lián)劑、潤滑劑、成膜劑處理后的玻璃纖維與樹脂的潤濕性。研究發(fā)現(xiàn)：四種纖維與偶聯(lián)劑的潤濕性最好，接觸角都在55°以下；與潤滑劑潤濕性最差，在90°以上；經(jīng)偶聯(lián)劑處理后的玻璃纖維與樹脂的潤濕性要好于經(jīng)潤滑劑、成膜劑處理后