物理学

在制造玻璃纤维增强复合材料时，往往对玻璃纤维进行表面处理，说明其原因和目的。

题目

在制造玻璃纤维增强复合材料时，往往对玻璃纤维进行表面处理，说明其原因和目的。

参考答案和解析
正确答案: 由于聚合物通常是非极性的，而玻璃纤维通常是极性的，两者之间的粘接比较困难，通常用偶联剂对玻璃纤维表面进行处理，目的：
偶联剂的作用（functions of coupling agent）：
①在两相界面形成化学键，大幅度提高界面粘接强度
②改善了界面对应力的传递效果
③提供了一个可塑界面层，可部分消除界面残余应力
④提供了一个防水层，保护了界面，阻止了脱粘和腐蚀的发生
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相似问题和答案

第1题：

玻璃纤维增强复合材料主要由（）和（）构成。


正确答案:树脂基体；玻璃纤维

第2题：

玻璃纤维增强复合材料是由（）和（）构成，其中承受主要载荷的是玻璃纤维。


正确答案:树脂（基体）；玻璃纤维（增强材料）

第3题：

玻璃钢是玻璃纤维增强工程陶瓷的复合材料。()

此题为判断题(对，错)。


参考答案：错误

第4题：

（）通常用作复合材料中的增强材料。

  • A、GFRP
  • B、玻璃纤维
  • C、芳纶纤维
  • D、FRP材料

正确答案:B

第5题：

当采用玻璃纤维短切毡时，玻璃纤维短切毡的单位质量宜为（）g/m2；当采用玻璃纤维表面毡时，玻璃纤维表面毡的单位质量宜为（）g/m2。


正确答案:300～450；30～50

第6题：

为什么要对玻璃纤维进行表面处理？办法有哪些？


正确答案: 玻璃钢一般是由增强纤维与基体材料两相组成，两相之间存在着界面，界面使两类性质不同的、不能单独作为结构材料使用的材料形成一个整体。从而使玻璃钢具有优于原材料的特性，并且由于界面的存在，增强纤维和若何所发挥的作用是各自独立又相互依存的。因此，改变界面的结构与状态，就可以改变玻璃钢的某些性能和用途。也就是说，玻璃钢的性能除决定原材料外，在很大程度上还决定于界面。
将无机增强纤维与有机聚合物基体这两类本质上不相容的材料直接复合成玻璃钢时，是不能获得理想的界面的。为了使增强纤维与基体之间牢固的粘结在一起，以达到提高玻璃钢性能的目的，就需要对玻璃纤维进行表面处理，所谓表面处理，就是在玻璃纤维表面涂覆上一层称为表面处理剂的物质，这种表面处理剂包括浸润剂及一系列偶联剂和助剂等物质，以利用玻璃纤维与合成树脂间形成一个良好的粘结界面，从而达到提高玻璃钢各种性能的目的。
近10多年来，玻璃纤维的表面处理在玻璃钢工业生产和研究领域中越来越显得重要，事实也证明了玻璃钢及其织物，经过适当的表面处理剂处理后，可明显的改善其耐磨、耐折、耐水、电绝缘等性能，对其物品的强度，特别是湿态下的强度提高有着显著的效果。目前国内外对此都在不断研究、积极进行推广。玻璃纤维未经处理剂处理，其制成的玻璃钢最后弯曲强度都是较低的，而经处理后的玻璃钢其强度下降缓慢，表明了表面处理与否对提高玻璃钢的各种性能是十分明显的。表面处理的工艺方法有前处理法、后处理法和迁移法三种。
1、后处理法
这是目前国内外普遍采用的一种方法，凡是使用了纺织型浸润剂，例如用石蜡乳剂制得的玻璃纤维制品，在用于制作玻璃钢之前，原则上都采用此法处理。此法分为两步进行，先用洗涤法或者灼烧法除去拉丝过程中涂覆在玻璃纤维表面的纺织型浸润剂（石蜡或淀粉），再经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺，使纤维表面被覆上一层偶联剂。它与前处理法相比，处理效果好，处理质量稳定，但工艺及设备复杂、玻璃纤维强度损失大。
2、前处理法
这种方法是适当改变浸润剂的配方，使之即能满足拉丝、纺织各道工序的要求，又不妨碍树脂基体对玻璃纤维的浸润和粘结，将偶联剂等化学处理剂加入到上述的浸润剂中，在拉丝过程中表面处理剂就被覆到玻璃纤维表面上，用这种被覆了增强型浸润剂的纤绳织成的玻璃布叫前处理布。这种纤维在制作玻璃钢前就不需要再作任何处理而可以直接使用。
3、迁移法
这种处理方法是将处理剂直接加入到树脂胶液中，这样在玻璃纤维浸胶的同时就包覆了处理剂。处理剂在树脂胶液中将发生玻璃纤维表面的“迁移”，进而与玻璃纤维表面发生反应，产生偶联反应，这种方法叫迁移法。迁移法的处理效果比前处理法和后处理法差一些，但其工艺操作简单，不需要大的设备。
如何除去石蜡浸润剂及被覆偶联剂
（一）除去石蜡浸润剂
涂有古墓、淀粉等纺织型浸润剂的玻璃纤维及其织物，在用于玻璃钢制作前必须除去，除去的程度用残留量表示，即在织物上残存的没一、蜡等物质的百分含量。除去纺织型浸润剂主要有洗涤法和热处理法两种，常用的是热处理法。洗涤法是按浸润剂的组成，采用碱液、肥皂水、有机溶剂等，分解和洗去浸润剂，经洗涤后，玻璃布上的残留量一般可降低到0.3～0.5%。热处理法是对纤维及其织物加热，经挥发、碳化、烘烘除去其表面的纺织型浸润剂，根据加热温度可分为低温（250～300℃）、中温（300～450℃）、高温（>450℃）；处理过程分间歇法和连续法。通常采用连续法处理，此法是将玻璃布通过辊筒和牵引机构，连续通过一个用煤气或电加热的炉内进行灼烧，最后自动收卷，热处理的温度和时间视要求而定。一般高温热处理条件为550～600℃经几十秒钟即可。
经热处理的玻璃布，虽然保留强度较低，但由于残留物含量少，有利于表面处理剂与玻璃纤维表面的作用，最后所制得的玻璃钢的强度并不低。
热处理后的玻璃布，因纤维表面完全裸露在空气中，很易吸附空气中的水分，因此，应及时进行下一步的表面化学处理或直接使用。对于含碱量高的玻璃纤维更应该注意这一点，热处理后暂时不用的玻璃布，应放入塑料袋内密封保存，以免吸潮风化而报废。
（二）被覆偶联剂
玻璃纤维及其织物表面被覆偶联剂，可以在立式或卧式浸胶机中进行，也可在热处理与偶联剂处理同时进行的联合机组内进行。
联合机组处理布的流程如下：
送布—贮布—热处理—浸渍处理液—烘焙—水洗—烘干—收卷。
用不同的偶联剂进行后处理，其工艺流程都大致类同，只是处理液不同，烘焙温度和时间有所不同。
有机络合物类处理剂，其中最常用的是：甲基丙烯酸氯化铬盐，即沃兰，处理液配制时应在搅拌下慢慢滴入浓度为5%的氨水，调节PH值到5～6之间，配好的处理液再放置8小时后，待PH值稳定了再用更好。沃兰处理液浓度一般为1～3%。
此外常用的偶联剂还有A-151，KH-550，KH-560，KH-570，KH-590，ND-12，B-201，B-202等。

第7题：

玻璃纤维增强的树脂复合材料，在国内俗称（）。


正确答案:玻璃钢

第8题：

玻璃钢是（ ）。

A.玻璃纤维增强Al基复合材料
B.玻璃纤维增强塑料
C.碳纤维增强塑料
D.氧化铝纤维增强塑料

答案：B
解析：

第9题：

FRP是以连续纤维组成的复合材料，根据纤维种类的不同可以分为碳纤维增强复合材料、芳纶纤维增强复合材料和（）

  • A、玻璃纤维增强复合材料
  • B、芳纶纤维复合材料
  • C、碳纤维复合材料
  • D、玻璃纤维复合材料

正确答案:A

第10题：

玻璃纤维增强热塑性复合材料基体树脂可以是（）

  • A、PP
  • B、SMC
  • C、FRP

正确答案:A

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