低表面张力玻璃纤维增强复合材料分析
时间：2020-03-30 05:18:15 来源：千叶帆 本文已影响人
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摘 要：玻璃纤维增强复合材料是一种低成本、低消耗的一种新型材料。本文主要讲述的是如何合理结合纤维，运用玻璃纤维较好的热稳定性能以及等各种优良的性能制造玻璃纤维增强复合材料，并对此种复合材料进行了深入分析。
关键词：低表面张力；玻璃纤维；复合材料；抗腐蚀性
中图分类号：TB332 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.111
1 纤维增强复合材料简介
纤维增强复合材料是一种新型的复合材料，它具有许多优点，比如质量较轻、抗腐蚀性较强、保温效果好等。较为常见的纤维增强复合材料包括玻璃纤维增强复合材料，由于其各个方面具有的优势，能充分满足极为恶劣条件下的工作需求，还能充分满足现代建筑施工的要求。因此，这种复合材料被运用到越来越多的领域。其主要产品以玻璃钢制品和铁氟龙制品为主，占领了70%～80%的材料市场。作为新兴产业的代表者，在这个提倡节能环保的社会中，玻璃钢复合材料有着非常大的优势，因为它不仅有着节能环保的特点，比较符合现如今市场的需求，且我国一直在发展基础设施的建设以及灾区重建等各项工程，这都会带动该产业的迅速发展。
2 主要合成材料
玻璃纤维增强复合材料的主要合成材料分为玻璃纤维和合成树脂两种。玻璃纤维在其中起着极其重要的作用，合成树脂起着辅助作用，使其能有效融合。在玻璃纤维增强复合材料中，玻璃纤维与树脂两种物质既是两个独立的个体，也是不可分割的一个整体。只有玻璃纤维是无法合成完整的工程结构材料的。只有它们融合成一个完整的个体，才能最大限度地发挥各自的作用。因此，玻璃纤维增强复合材料是集玻璃纤维与树脂两种材料所有优点的一种新型复合材料，它不仅能在普遍条件下提升产品的各项性能，还能在高温条件下使用，前景美好。
3 背景、现状及发展前景
3.1 背景和发现现状
经过尽20年的发展，我国的玻璃纤维行业终于走上了正轨，也使我国成为了玻璃纤维的生产强国，在世界上也占据着较为重要的位置。但我们都知道，要想开拓一个新行业，是一件非常困难的事情。在发展初期，常常会走入误区，导致产品深加工发展严重停滞，产品的竞争力大幅度下滑。2009年底，我国的玻璃纤维也刚刚走过寒冬，盼望着春天的到来，但现实总是不尽如人意，我们连连遭受了来自欧盟、印度等各国的反倾销诉讼，这使我们的玻璃纤维行业的前景更加恶化。我国多年以来的玻璃纤维制品一直以无捻粗纱等初级产品作为主要方向，明显的缺点是产业的竞争力不足。对此，我们进行了必要的改革，进行了全面的更新，重点发展玻璃纤维制品加工行业，扩大产品开发的应用的区域，更加重视建设高品质的制品深加工体系。经过我们的不断努力，获得了令人高兴的成绩，积极地融入节能环保、新能源的新领域，不断地向高层次的方向发展，以便能更好地满足日益变化的市场需求。
冷却塔是我国最为普遍，也是发展最好的应用玻璃钢材料的设备，甚至已经接近国际水平。此产品应用到了很多领域，比如石油、化工、供水、交通运输、运动以及游乐器材等。与许多国家相比，我国虽然仍处于玻璃钢工业初级阶段，但应用市场的开发空间较大。
3.2 玻璃纤维增强复核材料的发展前景
3.2.1 美国
美国的玻璃钢产量占全世界的40%，最大的应用方向为陆上运输，大约是总销量的1/3，主要的用途就是用在汽车的车身板件以及发动机室的零部件等方面。建筑方面运用复合材料也占据了一定的地位，建筑行业的飞速发展使玻璃纤维复合材料在淋浴室、住宅其他设备方面都有着较为广泛的应用。此外，还应用在船舶领域，比如应用在玻璃钢船、喷气艇等方面。
随着对复合材料的不断研究以及技术的不断更新，人类对航空、通信等方面的研究越来越多，对复合材料的需求也在不断增加。由此可见，复合材料在航天航空方面会越来越受到重视。
3.2.2 德国
德国复合材料之所以能发展起来的大部分原因是其化学产业、汽车行业等的快速发展。我们都知道德国是一个生产名牌汽车的大国，比如我们所熟知的奔驰、大众等知名品牌，因此，生产这些汽车所需要的前脸、车门、顶棚等许多部位都会采用复合材料，因此，复合材料在汽车行业的发展前景是非常可观的。
4 发展过程中存在的问题
在玻璃纤维增强复合材料应用的过程中，也存在着许多问题，尤其是在疏水性这一方面。纤维有一个明显的特点是在表面吸收水分之后会加速微裂纹的扩展，机械性变差，进而导致纤维的耐磨性、耐折性变差。因此，我们对纤维的表面进行了疏水处理，使其表面阻力变小，这可有效提升城市输水系统的送水效率，同时做到节能环保。此外，我們对水上的运动器械也进行了合理的疏水处理，使其的运动阻力变小，有效提升了其各方面的运动效果，使水上运动的发展前景变更加乐观。
5 改变性能的技术
5.1 添加氟化碳粒子
据研究表明，氟化碳粒子有着非常高的分散性和粉末流动性，且对水的接触角为140°。对于这种粒子，我们可以用于复合材料的疏水、疏油等处理，其是一种固体粉末，即使在非常恶劣的条件下也能表现出非常优良的性能。但是这种物质也有一定的缺点，即很难在其他材料上以一种稳定的形式分散，所以，可能不会完全发挥疏水性能。
5.2 低温等离子体处理
低温等离子体技术在近年来发展非常迅速，其操作简单明了，可以在常温条件下产生高速电子，气体能发生许多不同的化学反应。因此，其常用于复合材料的疏水性聚合物加工。这种方法是不会对材料本身的性能造成任何影响的，因此，许多科研人员都致力于研究低温等离子体技术。
在氟系气体在低温等离子表面的疏水处理方面和离子注入表面疏水处理方面，我们常常运用四氟化碳作为非聚合气体，经过一系列的处理可产生大量的氟原子。放电后，各方面的疏水能力都得到了较为有效的优化，1 min后就能实现接触角为110°，且极其稳定。根据科学的测量发现，这种情况发生原因是其表面上生成了多种疏水的离子基。但它也存在着一定的缺点，因为这种反应属于气相反应，这种反应的主要特点是反应较为复杂、反应不方便控制等，还有待我们进行更加深入的研究和探讨。
在研究辉光放电等离子处理时，使四氟乙烯在其表面沉淀，并进行有效的连续处理，间歇进行等离子处理。与连续处理的结果相比，当DC大于10%时，水的接触角也不会大于120°。然而，当DC值较低时，就能得到更好的疏水性能，接触角甚至最大能达到165°。XPS分析显示，当DC值变得较低时，碳氟化率会变得更高，导致这一现象出现的主要原因是二氟化碳的出现。图1为当DC值达到5%时超疏水膜材料的XPS谱线图。从图1中我们可以看出，二氟化碳的强度比其他元素更强。图2中的IR图谱更加可以证明，当DC值变得较小时，碳碳双键明显有所减少，等离子处理中分子发生了变化，进而导致谱带发生了较大的改变。
6 张力玻璃纤维增强复合材料的原理
材料表面的疏水性能主要的影响因素在于材料的临界表面张力、水的接触角。表面张力越小或对水的接触角越大，材料的疏水性能会越来越强。同时，其他具有腐蚀性的液体也较难对此材料有所影响。因此，临界表面张力和水的接触角都会对材料的各项性能造成较大的影响，从而延长材料的使用时间。
实现疏水理想化状态的原理之一就是使复核材料形成具有低表面张力、有一定厚度的物质，从而使复合材料具有较高的疏水能力。为了使复合材料表面的疏水性能变得更强，必须增强其表面张力或增大其对水的接触角，在不改变其本质的条件下，在表面材料中加入含氟基因，从而达到提升液体浸润性的目的。同时，可提升材料的稳定性，使其具有较高的疏水性。
碳氟表面的活性剂水溶液的表面张力最低可至15 mN/m。当它在溶液中的质量分数达到0.005 3～0.13时，就能使水中的表面张力降至最低。然而，一般碳氢表面的张力要想达到30 mN/m，活性剂在溶液中的质量分数就需要控制在0.13左右。如图3和图4所示，由于一系列的化学反应，使固体表面的张力有所下降，因此，能更好地提升材料的疏水能力。
7 抗腐蚀性能方面的评价方法
如何正确使用玻璃纤维增强复合材料是人们一直所关注的问题，延长其使用的寿命也是人们所期望的。因此，依据测出玻璃纤维复合材料的耐腐蚀性，然后进行较为明确的评价是极其重要的。有关这种测验的方法，现在有许多种，我们能运用这些方法测出玻璃纤维复合材料抗腐蚀性的具体数据。但因评价方法不具有统一性，不同的使用者会给出各种各样的评价，有时甚至相差十万八千里，因此，会导致在应用上出现一定的困难。我们可以依据试样及介质的变化数据进行直接评价，这种试验评价的相关标准如表1所示。
8 结束语
随着如今社会各个行业的逐渐发展，我国的玻璃纤维增强复合材料工业也获得了一定的发展，在产品的种类、产量以及技术水平等各个方面都有了巨大的提升，在我国的经济发展中起着极为重要的作用。近年来，我国从其他各个国家先后引入了较多的先进设备，装备水平大大提升了。笔者相信，我国以后在复合材料这一方面的发展前景将会变得越来越好，也将带动我国社会经济等方面的發展。
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〔编辑：张思楠〕
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