浸润剂机理

玻璃纤维浸润剂技术是一门涉及许多学科领域的综合性应用技术。

涉及到 下列基础理论知识：

表面物理化学及粘结理论；

高分子物理化学理论；

乳液理论及乳化过程；

偶联剂机理及作用；

润滑剂机理及作用；

抗静电剂机理及作用。

这些基础理论始终贯穿并指导着浸润剂技术的研究开发工作。

（一）玻璃纤维的表面特征

玻璃纤维与同质量的块状玻璃相比，其表面积要大得多，例如 直径

5.6

～

9

μ

m

的纤维，

其比表面积可达

0.2

～

0.55m2/g

< br>，

比块状玻璃大

1000

～

2000

倍。

这么大的比表面积必然影响< /p>

到材料性质以及它与其它材料之间的粘结性。两个固体之间或一个固体与一个液体之间的粘

结是由材料表面的原子数及其组合状态决定的，受内部材料本身影响较少。当用玻璃纤维 做

复合增强材料时

（如增强塑料、

橡胶 或水泥等）

，

纤维表面特征对复合材料中界面的粘结影响

很大。这种界面粘结应力能否从强度和模量较低的基体树脂传递到强度和模量较高的玻璃纤

维上去，这是一个关键问题。浸润剂膜涂覆在玻璃纤维表面上，浸润剂中各组分在玻璃纤维< /p>

表面产生吸附和反应，

形成了新的固

-< /p>

气界面，

从而改变了原有裸露玻纤的界面特性。

< br>因此研

究玻璃纤维表面化学组成和结构特征，有利于深入了解界面上发生的反应， 这对于浸润剂在

玻璃纤维中的应用是非常重要的。

玻璃纤维表面构成一个不连续的玻 璃结构平面。

非二氧化硅组分作为微小的分散相存在，

它们的大 小估计为

1.5

～

20nm

因而玻璃纤维 最外层表面实际上是由负氧离子构成的，是阴离子性，对带正电的阳离子或基

团有亲和性 。

断开一块玻璃的表面，弱键和强键都被断开，自由价力伸向 空间，表面阳离子配位要求

不能满足，使表面产生很高的自由能。为降低自由能，形成一 个稳定表面，必然吸附大气中

水分来满足。因此玻璃纤维刚从漏板下拉出时，冷却过程中 立即吸附了多层水分子，此吸附

水在

300

℃

#

时亦不易驱走，需在

500< /p>

下真空加热才能基本去除。

吸附水的水 分子中带正电的

H+

会与玻璃表面的

S IO

或

ALO-

形成较强的化学键，即 形成

OH-

基团，以致水分子发生极化，其正电端朝玻璃，负电 端向外，导致进一步吸收水分子，在

温度

20

< br>℃、相对湿度

90%/

时，吸附水膜可达到

50-300

个单分子层。

不同的玻璃成分具有不同的吸水性，

*

玻璃吸附水

-

倍于

1

玻璃。吸附水层呈强碱性而

且或多或少地在表面运动着。

玻璃纤维表面的吸附水降低 了玻璃表面的反应能力，影响了玻璃表面与基体树脂之间的

粘结力。偶联剂的使用可使玻 璃亲水表面变为憎水表面，同时提高了玻璃纤维本身的强度，

因为玻璃纤维表面总是有微 裂缝存在，吸附水深入这些缝隙中，助长裂纹的扩张，同时碱性

的水会破坏玻璃纤维的< /p>

SIO2

骨架，更导致其强度下降，而偶联剂可有效地填补这些裂 缝。

玻璃表面反应能力取决于

Si-OH

上 的活泼氢。用滴定法测定玻璃纤维表面的硅醇浓度，

对

E

玻璃，硅醇浓度在每平方纳米

7-16

个之 间。

因 此，在某种意义上说，各种玻璃的表面状态都是相似的，因为它们表面都具有一层吸

附水 ，

而它们的不同之处，

则在于水层下真正玻璃表面的成分随玻璃 本身的平均成分而变化，

例如仅仅含

0.02%AL2O3

的高硅氧玻璃，

其表面

AL

浓度几乎是平均成分的

AL

浓度

300

倍，

对

于

E

玻璃，表面的

Na

、