等離子體處理改性玻璃纖維與環(huán)氧樹脂粘接性能
文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-11-16
隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，由于玻璃纖維的成本低廉和較高的力學強度等優(yōu)勢，逐步替代了其他金屬材料和纖維材料，進而應用越來越廣泛，常常應用于電子、電氣、化工、冶金等工業(yè)領域。
玻璃纖維的主要成分是二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣氧化鎂、氧化鈉等，單絲的直徑為幾個微米到二十幾個微米，是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，它具有良好的拉伸和沖擊強度、絕緣性能、耐熱性等優(yōu)點，同時價格也較為低廉，通常作為復合材料中的增強材料應用于電絕緣領域。
以環(huán)氧樹脂為基體，玻璃纖維為增強材料的復合材料在電力行業(yè)中常常用作變壓器套管絕緣材料以及水輪發(fā)電機定子絕緣材料等，起到了良好的絕緣作用。但由于玻璃纖維表面自由能較低、表面光滑以及含氧極性基團較少，使其與樹脂之間的化學鍵合作用和機械嵌合作用大大降低，導致復合材料的界面粘結(jié)性較差，降低設備的電氣及力學性能，同時縮短設備使用壽命，容易引發(fā)安全隱患。因此，在使用前需對其表面進行等離子體改性處理，使玻璃纖維更易于和環(huán)氧樹脂等有機膠黏劑結(jié)合，從而避免老化問題。
等離子體表面處理
等離子體是物質(zhì)存在的一種基本形態(tài)，是由帶電的正離子、負離子構成的，因正負電荷的電量相等，故稱為等離子體。
低溫等離子體改性玻璃纖維表面時可以引入O-C=O等新的含氧極性基團，可以很好地提高玻璃纖維表面的活性程度和表面自由能，進而提高纖維表面的潤濕性。
未改性的玻璃纖維表面較為光滑，沒有明顯的凹陷或凸起結(jié)構，經(jīng)等離子體處理后，玻璃纖維表面出現(xiàn)不同程度的凹陷和凸起，隨處理時間的延長，纖維表面的刻蝕程度越來越大，并伴隨剝離現(xiàn)象的出現(xiàn)。這是因為等離子體中的高能粒子撞擊纖維表面，將自身能量傳遞給表層分子，使表層分子鍵斷裂，產(chǎn)生大量自由基，相鄰活潑性高的自由基之間發(fā)生鍵合作用，在纖維表面構成交聯(lián)層，交聯(lián)反應隨時間的增長而加深，進而粗糙程度逐漸加劇，導致纖維表面產(chǎn)生明顯的刻蝕痕跡，改變了表面原本平滑的微觀物理結(jié)構。
玻璃纖維等離子處理前后表面形貌對比
通過對玻璃纖維的等離子體改性進行研究，分析認為等離子體改性主要是在玻璃纖維表面引入極性官能團，提高了玻璃纖維與樹脂基體之間的浸潤程度；同時在纖維表面發(fā)生刻蝕作用，增大比表面積，增強二者界面間的粘結(jié)力。
等離子處理玻璃纖維與環(huán)氧樹脂反應機理
兩者反應機理如下圖所示。由下圖可知,玻璃纖維置于等離子體處理過程中，當輝光放電時，除了產(chǎn)生活性粒子N+外,還會產(chǎn)生N離子，使玻璃纖維界面形成MN(M為玻璃纖維晶體)的結(jié)構，再與環(huán)氧樹脂結(jié)合，在其表面形成氫鍵,但是氫鍵的鍵能比玻纖鍵鍵能小，由此在界面處形成相對較弱的化學鍵,使得兩大基體間粘結(jié)性更穩(wěn)定。
玻璃纖維與環(huán)氧樹脂反應機理
等離子體處理不產(chǎn)生二次污染，在處理工藝方面簡單而又節(jié)省時間，大大提高了處理效率。重要的是，它只作用于玻璃纖維表面的幾納米的薄層，而不影響纖維本體的物理化學性質(zhì)。低溫等離子體在玻璃纖維表面產(chǎn)生大量的羧基等含氧極性基團可以與環(huán)氧樹脂產(chǎn)生化學鍵合作用，有效地增強二者的界面結(jié)合能力，對于復合材料電氣和力學性能的提高具有一定作用。
廣東省深圳市光明區(qū)華明城高新產(chǎn)業(yè)園A棟5樓 
133-8039-4543