纤维增强聚合物基复合材料的界面研究进展.pdf

第1期纤维复合材料No1153

2005年3月FIBERCOMPOSITESMar1,2005

综述

纤维增强聚合物基复合材料的界面研究进展

陈平于祺路春

(大连理工大学化工学院,116012)

摘要本文较系统的综述了国内外增强树脂用玻璃纤维、碳纤维及芳纶纤维表面处理的方法,对各种改性技术
的特点进行了评述,并指出了其进一步的发展趋势。
关键词玻纤,碳纤,芳纶,表面处理,界面

AdvanceintheStudyofInterfaceofFiberReinforcedPolymerMatrixComposites
ChenPingYuQiLuChun
(CollegeofChemicalEngineering,DalianUniversityofTechnology,China,116012)
ABSTRACTThesurfacetreatingmethodsofGF,CFandAFusedinresinmatrixaresummarizedinthispaper.Thecharacter2
isticsofthesemethodsandtheirfurtherdevelopmentarealsodiscussed.
KEYWORDSGlassfiber,Carbonfiber,Aramidfiber,Surfacemodification,Interface

1前言三废,有利于环保,因而倍受人们的重视,发展迅速。
对于增强热塑性复合材料来说,由于基体本身缺乏
界面是复合材料极为重要的微观结构,它作为可反应的活性官能团,很难与纤维产生良好化学键
增强体与基体连接的“桥梁”,对复合材料的物理机结合,因而界面结合的问题就显得更为重要。
械性能有至关重要的影响。随着对复合材料界面结
构及优化设计研究的不断深入,研究材料的界面力2玻璃纤维的表面处理方法
学行为与破坏机理是当代材料科学、力学、物理学的
玻璃纤维在复合材料中主要起承载作用。为了
前沿课题之一。复合材料一般是由增强相、基体相
充分发挥其作用,减少玻璃纤维和树脂基体差异对
和它们的中间相(界面相)组成,各自都有其独特的
复合材料界面的影响,以及减少玻璃纤维表面缺陷
结构、性能与作用,增强相主要起承载作用,基体相
所导致的与树脂基体不良的粘合,有必要对玻璃纤
主要起连接增强相和传载作用,界面是增强相和基
维的表面进行处理,使之能够很好地与树脂粘合,形
体相连接的桥梁,同时是应力的传递者。目前对增
成性能优异的界面层,从而提高复合材料的综合性
强相和基体相的研究已取得了许多成果,但对作为能。
复合材料三大微观结构之一的界面问题的研究却不
2.1玻璃纤维表面的偶联剂处理
够深入其原因是测试界面的精细方法运用起来较[2]
,Zisman于1963年发表关于粘结的表面化学与
困难,描述的理论尚不完整,尤其从力学的角度研究表面能,认为要获得完全的表面润湿,粘结剂起初必
界面的性质、作用及其对复合材料力学性能的影响须是低粘度且其表面张力须低于无机物的临界表面
和破坏机理等方面的工作正在开展。界面的性质直张力,这一结果引发了对采用偶联剂处理玻璃纤维
接影响着复合材料的各项力学性能,尤其是层间剪表面的研究。偶联剂是增强用玻璃纤维表面处理的
切、断裂、抗冲击等性能,因此随着复合材料科学和主要处理剂,种类很多,包括硅烷偶联剂、铝酸酯偶
应用的发展,复合材料界面及其力学行为将越来越联剂、钛酸酯偶联剂等,通过偶联剂能使两种不同性
受到重视。质的材料很好地“偶联”起来,从而使复合材料获得
热塑性复合材料不仅有优越的力学性能、耐腐较好的粘结强度。
蚀、无毒性和低价格指数,还由于具有热固性复合材2.1.1硅烷偶联剂处理
料所不具备的可重复加工和使用的特点,避免产生用偶联剂对玻璃纤维表面处理中研究较多的是
54纤维复合材料2005年

硅烷偶联剂。硅烷偶联剂的水解产物通过氢键与玻面层。薛志云[8]利用臭氧对表面涂有MAC(一种玻
纤表面作用,在玻纤表面形成具有一定结构的膜。璃纤维表面处理剂)试剂的玻璃纤维进行预处理,使
偶联剂膜含有物理吸附、化学吸附和化学键作用的玻璃纤维表面产生活化中心,引发甲基丙烯酸甲酯
三个部分,部分偶联剂会形成硅烷聚合物。在加热在玻璃纤维上进行接枝聚合。接枝甲基丙烯酸甲酯
的情况下,吸附于玻纤表面的偶联剂将与玻纤表面的玻璃纤维与树脂基体具有很大亲和性,处理后的
的羟基发生缩合,在两者之间形成牢固的化学键。玻璃纤维与树脂有充分的相容性,接枝聚甲基丙烯
氨基硅烷偶联剂也是偶联剂的一种,对其研究酸甲酯的玻璃纤维与树脂基体之间形成了过渡层,
后得出:含有氨基的偶联剂比不含氨基的对玻璃纤使复合材料的力学等性能获得极大的提高。杨卫
维的表面处理效果好,因为偶联剂的氨基与基体中疆[