浸润剂浅析

小石头

    浸润剂对于玻璃纤维的制造至关重要，它决定纤维的作业性能和纤维在复合材料中的表现，在欧文斯科宁公司担任32年浸润剂专家后退休成为独立顾问的Schweizer先生说:“玻璃纤维是自己最坏的敌人。纤维相互摩擦，如果不使用浸润剂，我们只能得到一堆毛丝。”另一专家也说:“不用浸润剂，连制造无捻粗纱也困难，基本上无人能够用它。”
    浸润剂的配方是玻纤厂商使其产品适应具体用途和与竞争者产品相区别的主要招数。尽管复合材料性能也取决于纤维含量、短切纤维长径比这样一些参数，但E玻璃纤维本身并无多大区别。而就界面性能来说，浸润剂是主要变数。
    浸润剂也是复合材料的“黑匣子”技术之一。玻纤厂商对自己使用的浸润剂详细配方都讳莫如深。尽管如此，了解一下浸润剂的作用和性能要求亦不无裨益。
纤维后加工的要求-
    玻纤制造商一般都生产多种产品，每种产品都配有各自独特的浸润剂配方。浸润剂化学人员必然遇到多种挑战:除必须适应苛酷的拉丝工艺条件外，浸润剂还必须具有后道加工工序和产品最终应用所需要的各种特性。在纤维将用来织造织物增强材料或在复合材料成型过程中将遭受其他磨损的情况下尤其重要。
    高速度的后道加工工序一般使用浸润剂涂覆量(简 称涂油量)较高的玻璃纤维。涂油量用术语LOI(灼 烧损失)来度量，即通过烧掉纤维上浸润剂的方法来量化玻纤产品中的浸润剂(以重量%表示)。速度较高的加工工序可能要使用LOI为0.8%的纤维，而速度较低的加工工序也许只需0.4%的LOI.
    纤维后加工厂商不仅要注意LOI指标，而且要注意LOI的分布。例如，额定为0.8% LOI的产品中，纤维的某些部位可能含有1%以上的浸润剂，而其他部分可能只有0.4%或以下。对高速度加工工序来说，涂油量低的部位会产生问题。然而 ， 过 高的LOI也会造成问题。如果玻璃纤维进入复合材料之后仍然保留较高的浸润剂含量，这就不利于与基体的粘结。这给浸润剂化学人员带来一个重要挑战:浸润剂配方必须提供良好的“原丝集束性”，以利无捻粗纱高速通过辊子、导纱眼之类器件;但一旦无捻粗纱进入最终位置之后，浸润剂就应适时松散原丝中的单丝，以便纤维能被良好浸透，促成玻璃表面与基体树脂有效粘结。浸润 剂 化 学人员的工作可用“大平衡行动”来表征，但他们必须避免最终复合材料性能与纤维作业性能的折衷。没有浸润剂的保护作用，玻璃纤维无法加工;而没有纤维与树脂间的粘结，就起不到增强作用。这两点都必须满足。对热固性树脂来说，一般的战略是设计一种能在树脂中溶解的成膜剂，只留下偶联剂来促成玻璃纤维与树脂的粘结。另一方面，在热塑性塑料中，成膜剂常常帮助纤维与树脂的粘结，因而可让它保留在树脂之中。在使用短切玻璃纤维与热塑性塑料的场合，纤维与树脂在双螺杆混料机中混合时所产生的剪切力有助于纤维在树脂中分散。
树脂相容性
     浸润剂的配方最主要受到所用基体树脂的支配。可以为一种特定的树脂专配一种浸润剂，也可以配制与几种树脂相容的浸润剂。前一种做法是优化纤维/树脂性能的最好途径。例如，对聚丙烯专门设计的浸润剂获得的力学性能比它用于尼龙时要好200%0而另一方面， 一些树脂体系具有足够多的相似点，玻纤厂商就可以使用一种浸润剂来生产与多种树脂相容的玻纤产品。实际上，所有玻纤厂商都供应可用于聚酷、乙烯基醋和环氧树脂的“三相容”产品。
    于是 ，最终用户就面临着“多相容”浸润剂和只针对一种树脂之浸润剂的选择。据称，选择前者的厂商必须接受最终制品力学性能损失2%-10%的后果。选择多相容性浸润剂的用户一般是基于资金和方便性的考虑，但专业人士指出，使用“三相容”浸润剂的玻纤产品未必对某类树脂中的所有品种都适用。例如，使用普通酸醉类固化剂的环氧树脂与“三相容”浸润剂适应，但使用胺类固化剂的环氧树脂则不行。
    只针对某种树脂的专一浸润剂宜用于不容许性能受损或玻纤产品的产量足可满足库存要求和极少更换品种的场合。缠绕成型的高压管道就是必须使用专一浸润剂的一例。
成型工艺相适性
    影响浸润剂选择的第二因素是模塑成型工艺。在浸润剂、玻纤表面与树脂之间会发生化学反应。成型时间和温度对这一反应有很大影响。例如，温度较高和速度较快的拉挤工艺的反应速度就与温度较低和速度较慢的真空辅助树脂传递成型很不相同。速度很低的成型工艺对浸润剂有特殊要求。用树脂浸渍玻纤织物后再送去铺层的成型工艺就不宜使用浸透速度快而充分的浸润剂，因为在织物被铺层之前，浸润剂中抱合原丝的组分就会溶化而不能完好地保持织物形状。
    近年开发的长纤维增强热塑性塑料工艺吸引了众多注意。例如，佳斯迈威公司在欧洲推出的StarRo俨473A型无捻粗纱的浸润剂，就是瞄准长纤维增强聚丙烯在汽车中的新应用而开发的。该公司与机器制造商合作，既致力于保证纤维在聚丙烯中分布良好，又注意保持纤维通过挤出螺杆时的长度。
是终应用相适性
    影响浸润剂配方的第三因素是最终产品所需的性能。例如，对用于汽车发动机罩下冷却剂系统的增强尼龙，可以提供一种提高耐水解性(不透热水)的专用浸润剂。
    对浸润剂配方有重大影响的最后一项但绝非不重要的因素是原丝应用的形态:是连续纤维还是经短切后于喷射成型或用于SMC之类的产品。对短切纤维来说，应配制较硬性的浸润剂，以便纤维短切时能迅速分散。但对缠绕、拉挤或织造用纤维，则应配制更软性的浸润剂，因为这些工艺要求保持原丝形态，直至在最终制件中被树脂浸湿。
未来的浸润剂设计
    在当今很多复合材料都借助电脑获得效益的时代，浸润剂的开发仍然主要依靠经验和实验室的研究。新的浸润剂配制后投入试验，对试验结果进行评价，据此加以调整，然后再做更多的试验。然 而 ，行 业在经验的基础上己经把浸润剂化学推进到更高级的水平。现在正在开发对玻璃纤维与树脂界面(现已更精确地称作“界面区”)的计算机模拟，尽管这种工作尚处于学术研究阶段。
    在成熟的应用领域中，浸润剂的改进一般仅通过纤维加工和模塑成型技术的创新来推动。例如，目前行业正在推行短切原丝的散装气动输送，所以浸润剂化学人员正在研发可提供更好原丝集束性和干态输送特性而又不会影响复合材料性能和玻璃纤维分散性的浸润剂。
    最终制品长期性能的改进也促使浸润剂发展。据圣戈班Vetrotex公司的专家称，他们的技术基本上已可使最终制品的初始性能达到最优化。下一步的工作是要优化制品的耐疲劳性、耐水性及其他长期性能。但这种工作极富挑战性，因为伴随着长期性能的提高可能会产生对初期力学性能的有害影响。
    有关人士相信这些问题的解决及其他未来的进展都将借助计算机模拟。一个研究目标是要更多地了解原丝接触涂油器一瞬间的实际动态特性。对界面区有了更多的了解，浸润剂化学就会进展到大多数浸润剂对纤维后加工要求和树脂粘结性要求都能满足的地步。
    虽然玻纤制造商们尚未自身开展这种理论研究工作，但他们大多数与从事分子模型研究的大学保持紧密关系。例如，佳斯迈威公司就与欧洲和美国的几所大学保持关系，并己得益于他们的计算机模拟技术。如果遇到问题，该公司就会要求他们观察分子动态特性，鉴别何种组分造成问题。企业与大学的这种合作关系可以把大学的实验室研究项目转化为更基本的企业研发课题

shawn

楼上的混哪里的啊？这么专业？