2、拉丝磨损：
成丝比新生丝强度降低15％－25％
3、水分侵蚀：
水分存在下，玻纤强度随负荷时间增长而降低。
24
4、纤维直径
直径越细，强度越高。
5、杂质、气泡等缺陷
微裂纹和应力集中导致强度下降。
6、拉丝时的残余应力
可导致微裂纹的形成。
7、表面涂层（浸润剂）
表面涂层可降低上述问题对玻纤强度的影响
25
玻璃纤维的表面处理（浸润剂）
9
光学法
利用固-液体系两相间的浸润能力进行测量
憎水表面
亲水表面
10
二、红外光谱（IR）的研究
仪器：红外光谱仪 样品测试方法：透射法、研磨法、反射法
（玻纤改性常用） 研究内容：聚合物表面的添加剂、溶剂的侵
蚀作用、聚合物表面取向、玻璃表面改性后 的键合作用（偶联剂等的作用）。
11
21
玻璃纤维SEM照片
放大3000倍照片
放大300倍照片
22
二、拉伸强度
纤维名称
玻纤
尼龙
人造丝
拉伸强度（MPa） 1470-4800 490-680
340-440
纤维名称
铬钼钢 轻镁合金 碳纤维
拉伸强度（MPa）
1370
330
3900
23
影响玻璃纤维拉伸强度的主要因素
1、化学组成：
石英玻璃5880以上；S玻璃（MgO-Al2O3-SiO2）4600； E玻璃（CaO-Al2O3-SiO2）3058；C玻璃（Na2O-Al2O3SiO2）2617
新型玻纤界面改性技术的 研究与进展
章峻
1
表、界面的定义
定义：两相或两相以上体系，表、界面是指两 相之间的过渡区域。
根据物质聚集态结构，表、界面包括： 固－气；液－气；固－液；液－液；固－固五类。
2
表面：其中有一相为气相，包括固－气； 液－气（材料本体性质） 界面：两相均不包括气相，包括固－液； 液－液；固－固（两相间相互作用）
界面的定义：界面是相与相之间的过渡区 域，是一个厚度为几个分子的准三维区域， 具有其独特的过渡性和复杂性。
3
根据研究角度和目的不同，表界面又可分为： 物理表面和材料表面
物理表面从分子和物理学研究角度定义 材料表面从材料学和应用研究角度定义
4
物理表面包括理想表面、清洁表面、吸附表面
理想表面：是指除了假设确定的边界外，系统 无任何变化。
7
接触角仪
力学法：通过固液界面结合力的大小进行测定。 主要应用于液体的表面张力、表面能的测定 （偶联剂、浸润剂）
光学法：通过接触角进行测定。主要用于固体 的接触角、表面能、固液间相互作用情况的测 定（玻璃纤维表面改性效果）。
8
力学法
利用固-液两相间的作用力的大小进行测量
片法测试
环法测试

P 2P
。
三聚磷酸改性样品 未改性样品
128
130
132
134
136
138
140
142
Binding Energy (eV)
注：测量精确但价格较高
13
四、扫描电子显微镜（SEM）的应用
仪器：扫描电子显微镜
应用：材料表面形貌、复合材料界面形貌 （界面改性效果）、膜结构性质、纤维表面 形貌、结晶物形貌。
关键用途：将玻璃纤维和聚合物树脂粘结起来，实现无 机物和有机物的良好界面结合和分散效果，使玻璃纤维 增强材料获得满意的应用。一般用量为0.05-1%。
清洁表面：是指化学上纯净的表面（化学组成 一致） 吸附表面：表面吸附外来原子的表面。
5
材料表面：包括机械作用表面、化学作用表面、 固体结合表面、气（液）相沉积表面
机械作用表面：由于机械作用形成的表面 化学作用表面：由于化学腐蚀或化学反应形成
的表面 固体结合表面：两种固体由于真空，界面扩散
等形成的表面 气（液）相沉积表面：一相物质通过气化或溶
液法在另一相物质表面成膜。
6
材料表、界面研究方法
一、接触角和界面张力的研究
仪器：表面张力仪、接触角仪 测试内容：表面张力、界面能、接触角 研究内容：了解聚合物表面极性、表面能、界
面相容性，为聚合物的界面改性、共混提供理 论依据。（玻纤改性剂的开发和选择）
ATR-IR
通过材料表面的多次反射增强信号进行测定
适用于材料表面结构的研究或不易溶解或研磨 的材料样品测量
入射光源
接收器
12Βιβλιοθήκη 三、X射线光电子能谱（XPS）的研究
仪器： X射线光电子能谱仪
应用：材料表面的键合情况和价态，材料表面电子平均动 能。粘结界面的相互作用、偶联剂的偶联作用、粘结点的 老化作用。表面改性剂的作用机理。添加剂的扩散作用、 材料的大气老化。
浸润剂的作用：
1、提高玻纤的界面相容性：增加玻纤和基材的粘结性 能，提高成品的机械性能。
2、粘结、集束：使原丝保持完整，提高其可纺性和玻 纤对树脂的穿透性。
3、润滑、保护：拉丝时减少摩擦，防止纤维摩损、断 丝。
4、防止静电积累：降低玻纤表面电阻，形成导电通道， 提高加工性能。
5、提供玻纤后加工、应用必须的性能：如硬挺性、分 散性等。
17
电镜对玻纤直径的测量（1000倍）
18
偶联剂对玻璃纤维的作用效果：
19
界面改性的目的
提高两相间的界面相容性
无机-有机粘结性能
赋予材料特殊的表面性能
分散、功能化（医用功能、耐腐蚀功能等）
20
玻璃纤维的表面特征
一、外观特性
光滑圆柱体，截面为完整圆形。无有机纤维的皱褶和天然 纤维的中空空隙。 优点：对气体和液体通过阻力小，适合做过滤材料。 缺点：对树脂的黏结能力弱，需表面改性。
制样：机械破坏断面、化学刻蚀、染色、淬 断等
14
SEM在玻纤行业中的应用
纤维情况：纤维直径及其分布 纤维表面形貌：表面磨损（设备损耗、润
滑剂的效果）、短切效果（切刀状况） EDS测定表面元素：改性剂修饰情况，玻
璃种类判断
15
玻纤表面精细结构电镜图（5000倍） 16
玻璃棉过滤产品纤维电镜图（10000倍）
26
浸润剂的分类：
1、增强型浸润剂：含偶联剂，可直接用于树脂增强。 2、纺织型浸润剂：提供玻纤拉丝和编织能力，需热处
理后加入偶联剂方可用于树脂增强，多为淀粉和石 蜡油类。 3、纺织、增强型浸润剂：对纺织型浸润剂进行改性， 以达到增强树脂的部分功用。
27
1、偶联剂
定义：偶联剂是一种能改善非极性和极性物质之间界面 相容性的助剂。是两种不同极性材料之间的粘结剂。