В композитном материале эффективность стекловолокна как ключевого армирующего компонента во многом зависит от прочности межфазной связи между волокном и матрицей. Прочность этой связи определяет способность стекловолокна передавать напряжение под нагрузкой, а также его устойчивость при высокой прочности. Как правило, межфазная связь между стекловолокном и матрицей очень слабая, что ограничивает применение стекловолокна в высокопроизводительных композитных материалах. Поэтому использование процесса нанесения проклеивающего вещества для оптимизации межфазной структуры и усиления межфазной связи является ключевым методом повышения эксплуатационных характеристик стекловолокнистых композитов.
Проклеивающее вещество образует молекулярный слой на поверхностистекловолокно, что может эффективно снизить межфазное натяжение, делая поверхность стекловолокна более гидрофильной или олеофильной, что улучшает совместимость с матрицей. Например, использование проклеивающего вещества, содержащего химически активные группы, может создать химические связи с поверхностью стекловолокна, что дополнительно повышает прочность межфазного сцепления.
Исследования показали, что наноразмерные проклеивающие агенты способны более равномерно покрывать поверхность стекловолокна и усиливать механическую и химическую связь между волокном и матрицей, тем самым эффективно улучшая механические свойства волокна. В то же время, правильный выбор проклеивающего агента может регулировать поверхностную энергию волокна и изменять смачиваемость стекловолокна, что приводит к прочной адгезии между волокном и различными материалами матрицы.
Различные процессы нанесения покрытий также оказывают значительное влияние на прочность межфазного соединения. Например, плазменное нанесение покрытий может использовать ионизированный газ для обработкистекловолокноповерхность, удаляя органические вещества и примеси, повышая поверхностную активность и, таким образом, улучшая сцепление проклеивающего вещества с поверхностью волокна.
Сам материал матрицы также играет решающую роль в межфазном склеивании. Разработка новых составов матриц, обладающих более сильным химическим сродством к обработанным стекловолокнам, может привести к значительным улучшениям. Например, матрицы с высокой концентрацией реакционноспособных групп способны образовывать более прочные ковалентные связи с проклеивающим веществом на поверхности волокна. Кроме того, изменение вязкости и реологических свойств материала матрицы может обеспечить лучшую пропитку пучка волокон, минимизируя образование пустот и дефектов на границе раздела, которые являются распространённым источником ослабления.
Сам процесс производства можно оптимизировать для улучшения межфазных связей. Такие методы, каквакуумная инфузияилитрансферное формование смол (RTM)может обеспечить более равномерное и полное смачиваниестекловолокноматрицей, устраняя воздушные карманы, которые могут ослабить связь. Кроме того, приложение внешнего давления или использование контролируемых температурных циклов во время отверждения может способствовать более плотному контакту между волокном и матрицей, что приводит к более высокой степени сшивки и более прочному интерфейсу.
Повышение прочности межфазного сцепления стекловолокнистых композитов — важнейшая область исследований, имеющая важное практическое применение. Хотя использование проклеивающих веществ и различных процессов нанесения покрытий является краеугольным камнем этих исследований, изучается и ряд других направлений для дальнейшего повышения эксплуатационных характеристик.
Время публикации: 04 сентября 2025 г.
