玻璃纤维论文：玻璃纤维与树脂的润湿性研究.doc

玻璃纤维论文：玻璃纤维与树脂的润湿性研究【中文摘要】环氧树脂由于具有优良的工艺性能、机械性能和物理性能、价格低廉,作为涂料、胶粘剂、复合材料树脂基体、电子封装材料等广泛应用于机械、电子、电器、航空、航天、化工、交通运输、建筑等领域。作为一种液态体系的环氧树脂具有在固化反应过程中收缩率小,其固化物的粘结性、耐热性、耐化学药品性以及机械性能和电气性能优良的特点。聚酯树脂具有良好的加工特性,可以在室温、常压下固化成型,不释放出任何副产物,粘度比较适宜,工艺性能优良,固化后树脂综合性能好,品种多、适应广泛,价格较低。而玻璃纤维是电子信息、航空、航天等行业的关键基础材料,在国民经济和国防军工的诸多领域有重要应用,绝缘性、耐热性好,机械强度高,故配合树脂赋予形状以后可以成为优良的结构用材,通常作为复合材料中的增强材料,电绝缘材料和绝热保温材料,电路基板等。研究二者润湿性,无论是对于复合材料新型制备工艺,还是具有较好发展前景的热塑性树脂基复合材料工艺,以及对提升我国玻璃纤维产业技术水平和持续发展能力,推动我国高端民用电子产业和国防工业发展都有重要的现实意义和历史意义。通过吊片法测定不同温度条件下的树脂表面张力,分析了温度与表面张力关系,以及表面张力因液体温度升高而减小的理论解释。研究表明:聚酯树脂表面张力大于环氧树脂表面张力。树脂传递模塑(ResinTransfer Molding,RTM)工艺是广泛应用在航天航空、汽车、机械、电子及建筑领域的一种先进复合材料制备方法。RTM工艺要求树脂有好的工艺性能,其中树脂的表面张力、粘度直接影响树脂的浸润性和最终产品的质量。因此,本文中主要讨论树脂的粘度、表面张力对浸润性能的影响,以满足树脂对纤维的充分浸润及RTM工艺中的流动充模要求。树脂浸润玻璃纤维时,接触角随着树脂粘度的增大而增大;随表面张力的增大而减小,两者表现为线性关系;四种玻璃纤维与聚酯树脂的润湿性好一些,在环氧树脂中属基本不润湿。实际生产中发现,对于同一种树脂,ER、ECR、ECT、TM四种玻璃纤维与其结合性能有差异,研究玻璃纤维的不同化学成分对玻纤表面活性以及它与树脂的润湿性和结合能力的影响对生产将具有重大指导意义。所以本论文从热力学和动力学两个方面讨论了四种纤维的表面浸润性。热力学上,通过测量接触角,得到四种纤维的表面能、极性、色散分量。动力学上,测试了常温下四种纤维的接触角随时间的变化,依据经验公式和阿累尼乌斯方程计算出浸润速率和浸润活化能。综合以上热力学参数和动力学参数对比分析四种纤维的浸润性。研究结果表明:表面能ECTECRTMER,即ECT为实现良好的的浸润提供了最有利的热力学条件;浸润活化能TMERECTECRTMER,that is ECT to achieve good infiltration provides the most favorable thermodynamic conditions. Infiltration of the activation energy TMERECTECR,that is TM to achieve good infiltration provide the most favorable kinetic conditions. This study has an important significance, to composite molding process for the rational choice.By the observation of SEM many fine-size particles and drapes distribute on the surfaces of glass fibers without sizing treated and their cross-sections are not regular circles,and water film covering the surface,affect the bond between glass fiber and resin.So it is necessary to treatment glass fiber surface, to enhance the wettability between glass fiber and resin, protect the fiber surface is not eroded. Coating material is said surface treatment agent, including the coupling agent, lubricant, film former and so on. In recent years, in the field of research and composite materials production, surface treatment of glass fiber more and more important. At home and abroad are constantly and vigorously promote the application. Detection the wettability between glass fiber and coupling agents, lubricants, film-forming agent, the wettability between glass fiber is treated by coupling agent, lubricant, film-forming agent and resins. Study enunciation: The wettability of fiber and couping agent is the best,contact angle is 55below; The wettability of fiber and lubricant is the worst,contact angle is more than 90; The wettability of the glass fiber by coupling agent treatment is the best.【关键词】玻璃纤维 树脂 表面张力 润湿性【英文关键词】glass fiber resin surface tension wettability【目录】玻璃纤维与树脂的润湿性研究摘要5-7ABSTRACT7-9第一章 绪论13-251.1 引言13-141.2 润湿现象和润湿过程的表征14-161.2.1 润湿现象14-151.2.2 接触角15-161.3 表面张力16-211.3.1 表面张力成因16-171.3.2 表面张力的测量17-211.4 纤维接触角测量方法21-231.4.1 动态威廉法221.4.2 静滴法221.4.3 插入法221.4.4 测角法221.4.5 测高法22-231.5 研究思路23-241.5.1 表面张力实验思路231.5.2 玻璃纤维与液体材料的润湿性实验思路23-241.6 研究内容241.7 创新点24-25第二章 实验25-372.1 实验材料25-292.1.1 玻璃纤维25-262.1.2 环氧树脂26-272.1.3 聚酯树脂272.1.4 偶联剂27-282.1.5 润滑剂282.1.6 成膜剂28-292.2 表面张力实验29-312.2.1 实验设备292.2.2 实验操作29-312.3 润湿实验31-322.3.1 单根纤维接触角测定装置及原理312.3.2 实验操作31-322.4 实验系统精度检验32-372.4.1 表面张力测量32-332.4.2 动态接触角测量33-37第三章 树脂表面张力研究与分析37-413.1 树脂表面张力37-393.2 温度对表面张力的影响39-413.2.1 温度与表面张力关系39-403.2.2 表面张力因液体温度升高而减小的理论解释40-41第四章 玻璃纤维与树脂的润湿性研究41-614.1 树脂浸润性的测试方法研究41-554.1.1 五种树脂与ER 纤维的接触角变化41-454.1.2 五种树脂与ECR 纤维的接触角变化45-464.1.3 五种树脂与ECT 纤维的接触角变化46-484.1.4 五种树脂与TM 纤维的接触角变化48-504.1.5 树脂浸润性能影响因素分析50-554.2 纤维表面浸润性能的测试方法研究55-584.2.1 纤维表面能的测试方法55-574.2.2 动态浸润速率的测定和浸润活化能的计算57-584.3 小结58-61第五章 玻璃纤维与偶联剂、润滑剂、成膜剂的润湿性研究61-775.1 玻璃纤维与偶联剂的润湿现象分析62-695.1.1 ER 纤维与偶联剂的接触角变化62-645.1.2 ECR 纤维与偶联剂的接触角变化64-655.1.3 ECT 纤维与偶联剂的接触角变化65-675.1.4 TM 纤维与偶联剂的接触角变化67-695.2 偶联剂浸润影响因素分析69-705.3 玻璃纤维与润滑剂的润湿现象分析70-725.4 玻璃纤维与成膜剂的润湿现象分析72-745.5 小结74-77第六章 玻璃纤维表面处理对浸润性能的影响77-936.1 偶联剂处理的四种丝与树脂的润湿现象分析77-896.1.1 偶联剂处理的ER 纤维与树脂的接触角变化77-806.1.2 偶联剂处理的ECR 纤维与树脂的接