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改性玻璃纖維橫斷面形狀

 

眾多研究者通過對玻璃纖維復合材料界面的研究,從理論上合理解釋了界面層的形成和作用,也先后提出適合玻璃纖維增強復合材料界面作用的機理,并由此產生了表面形態理論。該理論認為,玻璃纖維復合材料界面性能主要取決于玻璃纖維表面的物理狀態,包括玻璃纖維的表面積、粗糙度等。而玻璃纖維斷面形狀通常呈圓形,為了提高玻璃纖維材料的性能,根據表面形態理論,人們開始研究對玻璃纖維斷面形狀進行改性,并由此產生異形玻璃纖維。從總體上看,異形玻璃纖維分3類,一類是恒截面異形纖維,即纖維截面形狀和截面積在長度方向上保持不變;另一類是變截面異形纖維,纖維截面形狀和截面積呈周期性變化;還有一類是圓形/異形空心纖維。與圓形纖維相比,異形玻璃纖維比表面積大,有利于提高纖維和樹脂的界面粘結力,這對提高玻璃鋼的強度具有重要意義,并且有利于提高纖維本身的力學性質。由于圓纖維之間近似線接觸,而帶凹部的纖維之間近似面接觸,與當量圓纖維(即截面積相同的圓纖維)相比,異形纖維的剛性和抗拉強度都高出許多,表面帶凹部纖維相互交纏性好,纖維與纖維之間不易分離、滑動。變截面異形纖維的瘤狀突起部分起釘鉚作用,阻止纖維與樹脂相對滑移的作用,這同樣有利于提高玻璃鋼抗拉強度。另外,空心纖維有利于提高玻璃鋼的剛性。玻璃鋼具有很高的強度特性,主要是由于應力能夠從低強度、低模量的樹脂到高強度、高模量的纖維之間進行有效的傳導。因此,玻璃鋼的性能除了決定于所選用的增強材料與基體性能外,在很大程度上還決定于增強材料與基體界面結合的狀況。這就使人們開始研究玻璃纖維表面的處理劑。處理劑的作用在于它能與玻璃纖維表面反應或被吸附到表面,又能與基體反應而形成一個具有增強材料與基體中間性能的“相界層”。處理劑的應用改善了玻璃纖維-樹脂界面的狀態。


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