无碱玻璃纤维增强纺织型浸润剂的运用价值及展望

＊常继云 李伟娟

（山东玻纤集团股份有限公司 山东 276000）

无碱纤维增强纺织型浸润剂，在工业领域应用广泛，相较传统浸润剂而言，优势明显。此类浸润剂可使得复合材料刚度和强度提升，同时增强复合材料的防水和防火性能，延长复合材料的寿命，拥有广阔的应用前景，且该类型材料的开发和使用，使企业市场竞争力增强，有利于促进国民经济的长效发展。因此，研究此项课题，具有十分重要的意义。

1.浸润剂的作用研究

（1）浸润剂功能。玻璃纤维生产和应用过程中均需要使用浸润剂作为辅助材料，其功能主要包括以下几点：

润滑保护：在玻璃纤维拉丝或者加工的过程中，浸润剂主要发挥着润滑和保护的作用，确保加工生产期间纤维表面的光滑程度，使得材料的刚性、硬度可以满足拉丝的要求。同时，浸润剂在织造、短切等生产流程之中，可以保持原丝的干爽性，同样能起到减少毛丝的作用[1]。

黏结集束：浸润剂的黏结和集束作用主要通过物理和化学作用实现，黏结过程中将单一的玻璃单丝凝结成为多丝组成的玻璃原丝，且完整性较好，使得材料的应力被分散，避免捻粗纱退解时出现散断、短切时出现纤维束不完整的情况，使得原丝质量得到保障[2]。

防止静电累积：浸润剂具有抗静电的作用，同时部分浸润剂之中含有导电剂等。适当选择浸润剂，起到防止静电累积的效果，使得复合材料的整体性能更好[3]。

增强产品特性：浸润剂在无碱玻璃纤维中的应用可以起到增强产品特性的作用，其中包括材料的短期性、成带性等，支持玻璃纤维在二次加工之中的使用。同时，浸润剂可以使纤维在树脂、水泥等材料之中快速浸润，使得材料的性能更加良好[2]。

（2）增强纺织型浸润剂概述。增强纺织型浸润剂是一种应用于复合材料中的影响复合材料性能的关键组分，其功能是将纤维与基质黏结在一起，并且能够提高复合材料的力学性能、耐久性和各种特殊性能。通常情况下，增强纺织型浸润剂由树脂/基体、增强纤维和浸润剂三个成分组合在一起，基体直接影响着材料的机械性能和物理性能，增强纤维起到增强材料强度的作用，浸润剂的作用是将两者黏合在一起[4]。组成浸润剂的化学物质包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等，具体浸润剂外观如图1所示。

图1 浸润剂外观图

2.增强纺织型玻璃纤维的性能指标

为了了解增强纺织型玻璃纤维在使用过程中的性能指标，在实验室内开展试验进行产品的生产，分别实施无浸润剂、增强纺织型浸润剂玻璃纤维产品的生产。在产品生产过程中同时使用拉丝工艺和捻线工艺，设定的工艺参数不会对质量造成较大的波动。生产产品中的碱金属含量在0.6%以下，纤维的直径为9μm，线密度为68tex，抗拉强度为0.4N/tex、产品中的可燃物和水含量在0.7%、0.15%左右，纤维密度为28t/m。分别进行3组的材料性能指标对比，具体如下：

(1)毛羽量

对照组：A组（1.84）、B组（1.76）、C组（1.73）。

实验组：A组（1.14）、B组（1.12）、C组（1.11）。

通过对比未使用和使用增强纺织型浸润剂玻璃纤维的毛羽量，使用增强纺织型浸润剂后无碱玻璃纤维产品生产过程中的毛羽量极大程度减少，使得产品的性能良好，外观程度平滑[5]。

(2)抗拉强度

对照组：A组（0.21N/tex）、B组（0.18N/tex）、C组（0.29N/tex）。

实验组：A组（0.62N/tex）、B组（0.58N/tex）、C组（0.59N/tex）。

通过对比未使用增强纺织型浸润剂和使用增强纺织型浸润剂玻璃纤维产品的抗拉强度，实验组的产品抗拉强度性能得到提升，产品刚性和硬度被保障。

(3)可燃物含量

对照组：A组（10.2%）、B组（9.8%）、C组（11.7%）。

实验组：A组（6.7%）、B组（7.1%）、C组（6.9%）。

通过对比未使用增强纺织型浸润剂和使用增强纺织型浸润剂玻璃纤维产品中的可燃物含量。可燃物含量越高，表明材料的耐火性能和耐火等级越低，使用增强纺织型浸润剂之后产品的可燃物含量明显有所降低，材料的耐火等级和耐火性能可以得到保障[6]。

(4)线密度

对照组：A组（44.58tex）、B组（48.2tex）、C组（42.7tex）。

实验组：A组（66.5tex）、B组（67tex）、C组（67.2tex）。

通过对比未使用增强纺织型浸润剂和使用增强纺织型浸润剂玻璃纤维产品的线密度指标。线密度越大，则玻璃纤维产品的质量越高，硬度和刚度越高。在使用增强纺织型浸润剂后，产品的线密度有所提升，说明增强纺织型浸润剂有利于提升产品的性能[7]。

3.无碱玻璃纤维增强纺织型浸润剂的运用价值分析

（1）提高材料力学性能。无碱玻璃纤维增强纺织型浸润剂可加强纤维和基质的结合力，提高增强材料的弯曲强度、拉伸强度、抗压强度等力学性能。在航空、航天、制造、建筑等领域之中，该类浸润剂可以使复合材料的性能有所提升，玻璃纤维与基质之间的结合力会有所提升，同时基质的刚度和硬度也会有所提升。无碱玻璃纤维的直径为9μm，表面积达到0.55m2/g，由于材料的比表面积较大，会影响到纤维材料与其他材料之间的黏结性[8]。具体无碱玻璃纤维使用增强纺织型浸润剂的外观如图2所示。

图2 玻璃纤维连续原丝毡

采用无碱玻璃纤维增强纺织型浸润剂可使纤维表面得到充分润湿和渗透，在基质中形成物理锁定和化学键合，加强纤维和基质之间的结合力，提高材料的力学性能。无碱玻璃纤维增强纺织型浸润剂含有高分子原料，能增强基质材料的刚度和硬度，进一步提升增强材料的力学性能[9]。

（2）提高材料的耐热性。材料的耐热性会受到表面结构的影响，结构越稳定，可燃物含量越低，材料的耐热性能越高。在上述实验过程中，已经了解到使用增强纺织型浸润剂可以减少无碱玻璃纤维材料产品中的可燃物含量，表明其对于提升材料的耐热性良好。但与此同时，无碱玻璃纤维增强纺织型浸润剂可在高温条件下保持材料的性能稳定性，同时还具有优异的耐酸、耐碱等腐蚀性能[10]。

首先，该类浸润剂在使用过程中，可以提升材料的热稳定性，在高温条件下基质中的高分子原料能够更好地保持材料的完整性。其次，浸润剂可以起到抗氧化的作用，抑制高温下氧化反应的发生，提高材料的耐热性。最后，浸润剂通过与基质中的微观结构进行交联反应，可以形成稳定的材料结构，提高材料能够承受高温的能力。

添加浸润剂之后，浸润剂中的高分子原料可以与基质中的活性官能团发生化学反应，形成更加稳定的结构，进一步降低基质材料对酸碱溶液的响应。同时，纤维材料的表面在浸润高分子原料之后，表面会变得坚硬和光滑，基质材料的耐久性也会有所提升。在运行该类浸润剂之后，材料的化学惰性有所提升，进而使得材料的耐酸和耐碱性能提升。在航空航天领域、电子光学器件制造领域中，使用增强纺织型浸润剂后，材料的耐高温性能得到保障，在投入使用之后可以在恶劣的环境之中长期不发生物理和化学变化。

（3）提高材料的抗冲击性。浸润剂在纤维材料产品生产中作为中间结构层，可以起到连接无机物和有机物的作用，通常情况下，生产过程中连接的无机物为玻璃纤维，有机物为基体树脂，作为中间层的浸润剂可以起到传递应力的作用，提升材料的抗冲击性。增强纺织型浸润剂中的偶联剂会与纤维材料的表面发生化学反应，形成具有牢固属性的化学键，在与树脂黏结过程中发挥着桥梁的作用，黏结成膜组分对于玻璃纤维而言，可以黏结，与FRP之间会溶解，产生固化反应。成膜剂包括聚酯、聚氨酯等材料，具有集束、保护作用，且由于浸润剂的表面张力存在差异，会在成膜过程中产生迁移、相互融合和扩散，形成具有梯度浓度的复杂结构，提升材料的抗冲击性[11]。

（4）提高材料的耐久性。增强纺织型浸润剂的应用，使得材料的耐久性有所提升，在航空、航天、建筑、汽车制造、电子器件等领域中应用，产品的使用寿命会得到保障，相比较未使用和使用传统浸润剂的材料而言，所制造的产品在寿命上具有明显的优势。第一，浸润剂可以起到提升材料疲劳寿命的作用，浸润剂进入到纤维材料之后，改善材料的结构，增加其疲劳强度和疲劳寿命，使其能够更好地承受连续往复载荷下的应力变化，提高材料的耐久性。第二，浸润剂抑制材料的老化反应，减缓材料的老化速率，延长其使用寿命，并防止其在使用过程中出现损坏或退化。第三，浸润剂能提升材料的密实程度，增加材料的稳定性，以及减小材料因温度、湿度等环境变化而产生的形变和变形程度，提高其耐久性。第四，润剂能提高材料的化学惰性，抑制外界环境变化对材料的影响，使其更加耐久。

因此，碱玻璃纤维增强纺织型浸润剂的运用价值在于提升纺织品的物理强度和耐久性，改善纺织品的性能特点，例如，防水、防火、抗紫外线等功能。此外，还有利于降低生产成本和提高生产效率[12]。

4.结论

综上所述，无碱玻璃纤维增强纺织型浸润剂的应用前景广阔，在无捻粗纱、织物、树脂、增强水泥、橡胶制品等复合材料的加工和生产之中，浸润剂的作用均十分明显。增强纺织型浸润剂在加工生产中发挥着润滑、保护、黏结、集束、防止静电积累的作用。同时，该浸润剂能使材料的力学性能、寿命、抗冲击性、耐热性等明显提升。未来增强纺织型浸润剂将会使用更环保的成分、产品稳定性和耐久性也会不断提高，同时会开发新的应用领域，与其他材料的结合以实现更多的功能和效果，如抗菌、防臭、防紫外线等。此外，随着智能制造技术的发展，也将有越来越多的机会应用这种材料来实现自动化生产和创新生产方式。