低表面張力玻璃纖維增強復合材料分析

葛凱

摘 要：玻璃纖維增強復合材料是一種低成本、低消耗的一種新型材料。本文主要講述的是如何合理結合纖維，運用玻璃纖維較好的熱穩定性能以及等各種優良的性能制造玻璃纖維增強復合材料，并對此種復合材料進行了深入分析。

關鍵詞：低表面張力；玻璃纖維；復合材料；抗腐蝕性

中圖分類號：TB332 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.111

1 纖維增強復合材料簡介

纖維增強復合材料是一種新型的復合材料，它具有許多優點，比如質量較輕、抗腐蝕性較強、保溫效果好等。較為常見的纖維增強復合材料包括玻璃纖維增強復合材料，由于其各個方面具有的優勢，能充分滿足極為惡劣條件下的工作需求，還能充分滿足現代建筑施工的要求。因此，這種復合材料被運用到越來越多的領域。其主要產品以玻璃鋼制品和鐵氟龍制品為主，占領了70%～80%的材料市場。作為新興產業的代表者，在這個提倡節能環保的社會中，玻璃鋼復合材料有著非常大的優勢，因為它不僅有著節能環保的特點，比較符合現如今市場的需求，且我國一直在發展基礎設施的建設以及災區重建等各項工程，這都會帶動該產業的迅速發展。

2 主要合成材料

玻璃纖維增強復合材料的主要合成材料分為玻璃纖維和合成樹脂兩種。玻璃纖維在其中起著極其重要的作用，合成樹脂起著輔助作用，使其能有效融合。在玻璃纖維增強復合材料中，玻璃纖維與樹脂兩種物質既是兩個獨立的個體，也是不可分割的一個整體。只有玻璃纖維是無法合成完整的工程結構材料的。只有它們融合成一個完整的個體，才能最大限度地發揮各自的作用。因此，玻璃纖維增強復合材料是集玻璃纖維與樹脂兩種材料所有優點的一種新型復合材料，它不僅能在普遍條件下提升產品的各項性能，還能在高溫條件下使用，前景美好。

3 背景、現狀及發展前景

3.1 背景和發現現狀

經過盡20年的發展，我國的玻璃纖維行業終于走上了正軌，也使我國成為了玻璃纖維的生產強國，在世界上也占據著較為重要的位置。但我們都知道，要想開拓一個新行業，是一件非常困難的事情。在發展初期，常常會走入誤區，導致產品深加工發展嚴重停滯，產品的競爭力大幅度下滑。2009年底，我國的玻璃纖維也剛剛走過寒冬，盼望著春天的到來，但現實總是不盡如人意，我們連連遭受了來自歐盟、印度等各國的反傾銷訴訟，這使我們的玻璃纖維行業的前景更加惡化。我國多年以來的玻璃纖維制品一直以無捻粗紗等初級產品作為主要方向，明顯的缺點是產業的競爭力不足。對此，我們進行了必要的改革，進行了全面的更新，重點發展玻璃纖維制品加工行業，擴大產品開發的應用的區域，更加重視建設高品質的制品深加工體系。經過我們的不斷努力，獲得了令人高興的成績，積極地融入節能環保、新能源的新領域，不斷地向高層次的方向發展，以便能更好地滿足日益變化的市場需求。

冷卻塔是我國最為普遍，也是發展最好的應用玻璃鋼材料的設備，甚至已經接近國際水平。此產品應用到了很多領域，比如石油、化工、供水、交通運輸、運動以及游樂器材等。與許多國家相比，我國雖然仍處于玻璃鋼工業初級階段，但應用市場的開發空間較大。

3.2 玻璃纖維增強復核材料的發展前景

3.2.1 美國

美國的玻璃鋼產量占全世界的40%，最大的應用方向為陸上運輸，大約是總銷量的1/3，主要的用途就是用在汽車的車身板件以及發動機室的零部件等方面。建筑方面運用復合材料也占據了一定的地位，建筑行業的飛速發展使玻璃纖維復合材料在淋浴室、住宅其他設備方面都有著較為廣泛的應用。此外，還應用在船舶領域，比如應用在玻璃鋼船、噴氣艇等方面。

隨著對復合材料的不斷研究以及技術的不斷更新，人類對航空、通信等方面的研究越來越多，對復合材料的需求也在不斷增加。由此可見，復合材料在航天航空方面會越來越受到重視。

3.2.2 德國

德國復合材料之所以能發展起來的大部分原因是其化學產業、汽車行業等的快速發展。我們都知道德國是一個生產名牌汽車的大國，比如我們所熟知的奔馳、大眾等知名品牌，因此，生產這些汽車所需要的前臉、車門、頂棚等許多部位都會采用復合材料，因此，復合材料在汽車行業的發展前景是非常可觀的。

4 發展過程中存在的問題

在玻璃纖維增強復合材料應用的過程中，也存在著許多問題，尤其是在疏水性這一方面。纖維有一個明顯的特點是在表面吸收水分之后會加速微裂紋的擴展，機械性變差，進而導致纖維的耐磨性、耐折性變差。因此，我們對纖維的表面進行了疏水處理，使其表面阻力變小，這可有效提升城市輸水系統的送水效率，同時做到節能環保。此外，我們對水上的運動器械也進行了合理的疏水處理，使其的運動阻力變小，有效提升了其各方面的運動效果，使水上運動的發展前景變更加樂觀。

5 改變性能的技術

5.1 添加氟化碳粒子

據研究表明，氟化碳粒子有著非常高的分散性和粉末流動性，且對水的接觸角為140°。對于這種粒子，我們可以用于復合材料的疏水、疏油等處理，其是一種固體粉末，即使在非常惡劣的條件下也能表現出非常優良的性能。但是這種物質也有一定的缺點，即很難在其他材料上以一種穩定的形式分散，所以，可能不會完全發揮疏水性能。

5.2 低溫等離子體處理

低溫等離子體技術在近年來發展非常迅速，其操作簡單明了，可以在常溫條件下產生高速電子，氣體能發生許多不同的化學反應。因此，其常用于復合材料的疏水性聚合物加工。這種方法是不會對材料本身的性能造成任何影響的，因此，許多科研人員都致力于研究低溫等離子體技術。

在氟系氣體在低溫等離子表面的疏水處理方面和離子注入表面疏水處理方面，我們常常運用四氟化碳作為非聚合氣體，經過一系列的處理可產生大量的氟原子。放電后，各方面的疏水能力都得到了較為有效的優化，1 min后就能實現接觸角為110°，且極其穩定。根據科學的測量發現，這種情況發生原因是其表面上生成了多種疏水的離子基。但它也存在著一定的缺點，因為這種反應屬于氣相反應，這種反應的主要特點是反應較為復雜、反應不方便控制等，還有待我們進行更加深入的研究和探討。

在研究輝光放電等離子處理時，使四氟乙烯在其表面沉淀，并進行有效的連續處理，間歇進行等離子處理。與連續處理的結果相比，當DC大于10%時，水的接觸角也不會大于120°。然而，當DC值較低時，就能得到更好的疏水性能，接觸角甚至最大能達到165°。XPS分析顯示，當DC值變得較低時，碳氟化率會變得更高，導致這一現象出現的主要原因是二氟化碳的出現。圖1為當DC值達到5%時超疏水膜材料的XPS譜線圖。從圖1中我們可以看出，二氟化碳的強度比其他元素更強。圖2中的IR圖譜更加可以證明，當DC值變得較小時，碳碳雙鍵明顯有所減少，等離子處理中分子發生了變化，進而導致譜帶發生了較大的改變。

6 張力玻璃纖維增強復合材料的原理

材料表面的疏水性能主要的影響因素在于材料的臨界表面張力、水的接觸角。表面張力越小或對水的接觸角越大，材料的疏水性能會越來越強。同時，其他具有腐蝕性的液體也較難對此材料有所影響。因此，臨界表面張力和水的接觸角都會對材料的各項性能造成較大的影響，從而延長材料的使用時間。

實現疏水理想化狀態的原理之一就是使復核材料形成具有低表面張力、有一定厚度的物質，從而使復合材料具有較高的疏水能力。為了使復合材料表面的疏水性能變得更強，必須增強其表面張力或增大其對水的接觸角，在不改變其本質的條件下，在表面材料中加入含氟基因，從而達到提升液體浸潤性的目的。同時，可提升材料的穩定性，使其具有較高的疏水性。

碳氟表面的活性劑水溶液的表面張力最低可至15 mN/m。當它在溶液中的質量分數達到0.005 3～0.13時，就能使水中的表面張力降至最低。然而，一般碳氫表面的張力要想達到30 mN/m，活性劑在溶液中的質量分數就需要控制在0.13左右。如圖3和圖4所示，由于一系列的化學反應，使固體表面的張力有所下降，因此，能更好地提升材料的疏水能力。

7 抗腐蝕性能方面的評價方法

如何正確使用玻璃纖維增強復合材料是人們一直所關注的問題，延長其使用的壽命也是人們所期望的。因此，依據測出玻璃纖維復合材料的耐腐蝕性，然后進行較為明確的評價是極其重要的。有關這種測驗的方法，現在有許多種，我們能運用這些方法測出玻璃纖維復合材料抗腐蝕性的具體數據。但因評價方法不具有統一性，不同的使用者會給出各種各樣的評價，有時甚至相差十萬八千里，因此，會導致在應用上出現一定的困難。我們可以依據試樣及介質的變化數據進行直接評價，這種試驗評價的相關標準如表1所示。

8 結束語

隨著如今社會各個行業的逐漸發展，我國的玻璃纖維增強復合材料工業也獲得了一定的發展，在產品的種類、產量以及技術水平等各個方面都有了巨大的提升，在我國的經濟發展中起著極為重要的作用。近年來，我國從其他各個國家先后引入了較多的先進設備，裝備水平大大提升了。筆者相信，我國以后在復合材料這一方面的發展前景將會變得越來越好，也將帶動我國社會經濟等方面的發展。

參考文獻

[1]戚德海，徐永軍，沈開亮.長玻璃纖維增強熱塑性塑料的開發應用[J].工程塑料應用，2007（04）.

[2]王秋峰，周曉東，侯靜強.長纖維增強熱塑性復合材料的浸漬技術與成型工藝[J].纖維復合材料，2006（02）.

[3]張寧，李忠恒，陶宇.長玻纖增強聚丙烯復合材料的研究[J].塑料工業，2006（12）.

[4]楊景鋒，王齊華，楊麗君.纖維增強聚合物基復合材料的界面性能[J].高分子材料科學與工程，2005（03）.

[5]姜潤喜，周洪梅，韓克清.長玻纖增強PET復合材料的力學性能研究[J].塑料工業，2005（07）.

[6]劉正軍，韓克清，周洪梅.長玻璃纖維增強尼龍6的力學性能研究[J].工程塑料應用，2005（05）.

〔編輯：張思楠〕