無堿玻璃纖維增強紡織型浸潤劑的運用價值及展望

＊常繼云 李偉娟

（山東玻纖集團股份有限公司 山東 276000）

無堿纖維增強紡織型浸潤劑，在工業(yè)領域應用廣泛，相較傳統(tǒng)浸潤劑而言，優(yōu)勢明顯。此類浸潤劑可使得復合材料剛度和強度提升，同時增強復合材料的防水和防火性能，延長復合材料的壽命，擁有廣闊的應用前景，且該類型材料的開發(fā)和使用，使企業(yè)市場競爭力增強，有利于促進國民經濟的長效發(fā)展。因此，研究此項課題，具有十分重要的意義。

1.浸潤劑的作用研究

（1）浸潤劑功能。玻璃纖維生產和應用過程中均需要使用浸潤劑作為輔助材料，其功能主要包括以下幾點：

潤滑保護：在玻璃纖維拉絲或者加工的過程中，浸潤劑主要發(fā)揮著潤滑和保護的作用，確保加工生產期間纖維表面的光滑程度，使得材料的剛性、硬度可以滿足拉絲的要求。同時，浸潤劑在織造、短切等生產流程之中，可以保持原絲的干爽性，同樣能起到減少毛絲的作用[1]。

黏結集束：浸潤劑的黏結和集束作用主要通過物理和化學作用實現(xiàn)，黏結過程中將單一的玻璃單絲凝結成為多絲組成的玻璃原絲，且完整性較好，使得材料的應力被分散，避免捻粗紗退解時出現(xiàn)散斷、短切時出現(xiàn)纖維束不完整的情況，使得原絲質量得到保障[2]。

防止靜電累積：浸潤劑具有抗靜電的作用，同時部分浸潤劑之中含有導電劑等。適當選擇浸潤劑，起到防止靜電累積的效果，使得復合材料的整體性能更好[3]。

增強產品特性：浸潤劑在無堿玻璃纖維中的應用可以起到增強產品特性的作用，其中包括材料的短期性、成帶性等，支持玻璃纖維在二次加工之中的使用。同時，浸潤劑可以使纖維在樹脂、水泥等材料之中快速浸潤，使得材料的性能更加良好[2]。

（2）增強紡織型浸潤劑概述。增強紡織型浸潤劑是一種應用于復合材料中的影響復合材料性能的關鍵組分，其功能是將纖維與基質黏結在一起，并且能夠提高復合材料的力學性能、耐久性和各種特殊性能。通常情況下，增強紡織型浸潤劑由樹脂/基體、增強纖維和浸潤劑三個成分組合在一起，基體直接影響著材料的機械性能和物理性能，增強纖維起到增強材料強度的作用，浸潤劑的作用是將兩者黏合在一起[4]。組成浸潤劑的化學物質包括環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂等，具體浸潤劑外觀如圖1所示。

圖1 浸潤劑外觀圖

2.增強紡織型玻璃纖維的性能指標

為了了解增強紡織型玻璃纖維在使用過程中的性能指標，在實驗室內開展試驗進行產品的生產，分別實施無浸潤劑、增強紡織型浸潤劑玻璃纖維產品的生產。在產品生產過程中同時使用拉絲工藝和捻線工藝，設定的工藝參數(shù)不會對質量造成較大的波動。生產產品中的堿金屬含量在0.6%以下，纖維的直徑為9μm，線密度為68tex，抗拉強度為0.4N/tex、產品中的可燃物和水含量在0.7%、0.15%左右，纖維密度為28t/m。分別進行3組的材料性能指標對比，具體如下：

(1)毛羽量

對照組：A組（1.84）、B組（1.76）、C組（1.73）。

實驗組：A組（1.14）、B組（1.12）、C組（1.11）。

通過對比未使用和使用增強紡織型浸潤劑玻璃纖維的毛羽量，使用增強紡織型浸潤劑后無堿玻璃纖維產品生產過程中的毛羽量極大程度減少，使得產品的性能良好，外觀程度平滑[5]。

(2)抗拉強度

對照組：A組（0.21N/tex）、B組（0.18N/tex）、C組（0.29N/tex）。

實驗組：A組（0.62N/tex）、B組（0.58N/tex）、C組（0.59N/tex）。

通過對比未使用增強紡織型浸潤劑和使用增強紡織型浸潤劑玻璃纖維產品的抗拉強度，實驗組的產品抗拉強度性能得到提升，產品剛性和硬度被保障。

(3)可燃物含量

對照組：A組（10.2%）、B組（9.8%）、C組（11.7%）。

實驗組：A組（6.7%）、B組（7.1%）、C組（6.9%）。

通過對比未使用增強紡織型浸潤劑和使用增強紡織型浸潤劑玻璃纖維產品中的可燃物含量?？扇嘉锖吭礁?，表明材料的耐火性能和耐火等級越低，使用增強紡織型浸潤劑之后產品的可燃物含量明顯有所降低，材料的耐火等級和耐火性能可以得到保障[6]。

(4)線密度

對照組：A組（44.58tex）、B組（48.2tex）、C組（42.7tex）。

實驗組：A組（66.5tex）、B組（67tex）、C組（67.2tex）。

通過對比未使用增強紡織型浸潤劑和使用增強紡織型浸潤劑玻璃纖維產品的線密度指標。線密度越大，則玻璃纖維產品的質量越高，硬度和剛度越高。在使用增強紡織型浸潤劑后，產品的線密度有所提升，說明增強紡織型浸潤劑有利于提升產品的性能[7]。

3.無堿玻璃纖維增強紡織型浸潤劑的運用價值分析

（1）提高材料力學性能。無堿玻璃纖維增強紡織型浸潤劑可加強纖維和基質的結合力，提高增強材料的彎曲強度、拉伸強度、抗壓強度等力學性能。在航空、航天、制造、建筑等領域之中，該類浸潤劑可以使復合材料的性能有所提升，玻璃纖維與基質之間的結合力會有所提升，同時基質的剛度和硬度也會有所提升。無堿玻璃纖維的直徑為9μm，表面積達到0.55m2/g，由于材料的比表面積較大，會影響到纖維材料與其他材料之間的黏結性[8]。具體無堿玻璃纖維使用增強紡織型浸潤劑的外觀如圖2所示。

圖2 玻璃纖維連續(xù)原絲氈

采用無堿玻璃纖維增強紡織型浸潤劑可使纖維表面得到充分潤濕和滲透，在基質中形成物理鎖定和化學鍵合，加強纖維和基質之間的結合力，提高材料的力學性能。無堿玻璃纖維增強紡織型浸潤劑含有高分子原料，能增強基質材料的剛度和硬度，進一步提升增強材料的力學性能[9]。

（2）提高材料的耐熱性。材料的耐熱性會受到表面結構的影響，結構越穩(wěn)定，可燃物含量越低，材料的耐熱性能越高。在上述實驗過程中，已經了解到使用增強紡織型浸潤劑可以減少無堿玻璃纖維材料產品中的可燃物含量，表明其對于提升材料的耐熱性良好。但與此同時，無堿玻璃纖維增強紡織型浸潤劑可在高溫條件下保持材料的性能穩(wěn)定性，同時還具有優(yōu)異的耐酸、耐堿等腐蝕性能[10]。

首先，該類浸潤劑在使用過程中，可以提升材料的熱穩(wěn)定性，在高溫條件下基質中的高分子原料能夠更好地保持材料的完整性。其次，浸潤劑可以起到抗氧化的作用，抑制高溫下氧化反應的發(fā)生，提高材料的耐熱性。最后，浸潤劑通過與基質中的微觀結構進行交聯(lián)反應，可以形成穩(wěn)定的材料結構，提高材料能夠承受高溫的能力。

添加浸潤劑之后，浸潤劑中的高分子原料可以與基質中的活性官能團發(fā)生化學反應，形成更加穩(wěn)定的結構，進一步降低基質材料對酸堿溶液的響應。同時，纖維材料的表面在浸潤高分子原料之后，表面會變得堅硬和光滑，基質材料的耐久性也會有所提升。在運行該類浸潤劑之后，材料的化學惰性有所提升，進而使得材料的耐酸和耐堿性能提升。在航空航天領域、電子光學器件制造領域中，使用增強紡織型浸潤劑后，材料的耐高溫性能得到保障，在投入使用之后可以在惡劣的環(huán)境之中長期不發(fā)生物理和化學變化。

（3）提高材料的抗沖擊性。浸潤劑在纖維材料產品生產中作為中間結構層，可以起到連接無機物和有機物的作用，通常情況下，生產過程中連接的無機物為玻璃纖維，有機物為基體樹脂，作為中間層的浸潤劑可以起到傳遞應力的作用，提升材料的抗沖擊性。增強紡織型浸潤劑中的偶聯(lián)劑會與纖維材料的表面發(fā)生化學反應，形成具有牢固屬性的化學鍵，在與樹脂黏結過程中發(fā)揮著橋梁的作用，黏結成膜組分對于玻璃纖維而言，可以黏結，與FRP之間會溶解，產生固化反應。成膜劑包括聚酯、聚氨酯等材料，具有集束、保護作用，且由于浸潤劑的表面張力存在差異，會在成膜過程中產生遷移、相互融合和擴散，形成具有梯度濃度的復雜結構，提升材料的抗沖擊性[11]。

（4）提高材料的耐久性。增強紡織型浸潤劑的應用，使得材料的耐久性有所提升，在航空、航天、建筑、汽車制造、電子器件等領域中應用，產品的使用壽命會得到保障，相比較未使用和使用傳統(tǒng)浸潤劑的材料而言，所制造的產品在壽命上具有明顯的優(yōu)勢。第一，浸潤劑可以起到提升材料疲勞壽命的作用，浸潤劑進入到纖維材料之后，改善材料的結構，增加其疲勞強度和疲勞壽命，使其能夠更好地承受連續(xù)往復載荷下的應力變化，提高材料的耐久性。第二，浸潤劑抑制材料的老化反應，減緩材料的老化速率，延長其使用壽命，并防止其在使用過程中出現(xiàn)損壞或退化。第三，浸潤劑能提升材料的密實程度，增加材料的穩(wěn)定性，以及減小材料因溫度、濕度等環(huán)境變化而產生的形變和變形程度，提高其耐久性。第四，潤劑能提高材料的化學惰性，抑制外界環(huán)境變化對材料的影響，使其更加耐久。

因此，堿玻璃纖維增強紡織型浸潤劑的運用價值在于提升紡織品的物理強度和耐久性，改善紡織品的性能特點，例如，防水、防火、抗紫外線等功能。此外，還有利于降低生產成本和提高生產效率[12]。

4.結論

綜上所述，無堿玻璃纖維增強紡織型浸潤劑的應用前景廣闊，在無捻粗紗、織物、樹脂、增強水泥、橡膠制品等復合材料的加工和生產之中，浸潤劑的作用均十分明顯。增強紡織型浸潤劑在加工生產中發(fā)揮著潤滑、保護、黏結、集束、防止靜電積累的作用。同時，該浸潤劑能使材料的力學性能、壽命、抗沖擊性、耐熱性等明顯提升。未來增強紡織型浸潤劑將會使用更環(huán)保的成分、產品穩(wěn)定性和耐久性也會不斷提高，同時會開發(fā)新的應用領域，與其他材料的結合以實現(xiàn)更多的功能和效果，如抗菌、防臭、防紫外線等。此外，隨著智能制造技術的發(fā)展，也將有越來越多的機會應用這種材料來實現(xiàn)自動化生產和創(chuàng)新生產方式。