陶楠楠　高曉平

摘 要：纖維/基體界面特性影響復(fù)合材料性能，為提高纖維/基體界面性能，基于纖維表面熱處理與硅烷偶聯(lián)劑改性相結(jié)合的方法處理三維正交機(jī)織物。分別以改性前后織物為增強(qiáng)體，樹脂與固化劑的混合膠液為基體，采用VARTM工藝成型復(fù)合材料。測(cè)試試樣沿0°和90°方向的彎曲性能。結(jié)果表明，試樣沿0°方向的彎曲強(qiáng)度略有下降，而彈性模量增加。沿90°方向的彎曲強(qiáng)度和彈性模量均增加。由此可知，硅烷偶聯(lián)劑改性可以提高纖維/基體界面結(jié)合強(qiáng)度，從而改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能。纖維FTIR譜圖和試樣斷裂截面SEM圖也證實(shí)纖維/基體結(jié)合強(qiáng)度得到了提高。

關(guān)鍵詞：界面改性;硅烷偶聯(lián)劑處理;三維正交機(jī)織物;彎曲性能

中圖分類號(hào)：TS102.42;TB332

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2019）04-0012-07

Research on Interface Modification and Bending Behavior of 3D Orthogonal Woven Glass Fiber Composites

TAO Nannan， GAO Xiaoping

（College of Textile and Light Industry， Inner Mongolia University of Technology， Hohhot 010080， China）

Abstract：The interfacial characteristics of fiber/matrix influence the performance of composites. In order to improve the properties of fiber/matrix interface， the 3D orthogonal woven fabrics were treated by the combination of fiber surface heat treatment and silane coupling agent modification. The fabrics before and after the modification were used as the reinforcement respectively， and the mixed glue solution of resin and curing agent was used as the matrix to prepare the composites with VARTM process. The bending behavior of the composite specimen was tested at 0°and 90° directions. The results showed that the bending strength at 0° direction slightly decreased， while the elastic modulus increased. The bending strength and elastic modulus along 90° direction increased. It can be seen that the silane coupling agent modification could enhance the interface bonding strength of fiber/matrix and thus improve the mechanical properties of the composites. Fiber FTIRS spectrum and SEM pattern of fracture cross section of the sample also verified the bending strength of the fiber/matrix was improved.

Key words：interface modification; silane coupling agent treatment; 3D orthogonal woven fabrics; bending behavior

紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是以紡織預(yù)成型體（如織物）作為增強(qiáng)體，以樹脂作為基體固化而成的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，該類材料在飛行器、車輛和彈道防護(hù)等結(jié)構(gòu)工程材料領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。特別是三維紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其最顯著的特點(diǎn)是：由于厚度方向上纖維束的存在賦予材料完美的結(jié)構(gòu)整體性，具有極高的斷裂韌性和抗分層能力。三維正交機(jī)織復(fù)合材料是三維紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料一重要分支，由兩兩互相垂直的經(jīng)紗和緯紗在各自的平面內(nèi)平鋪排列，Z紗貫穿于織物的厚度方向并交錯(cuò)捆綁緯紗，整體性好。研究發(fā)現(xiàn)三維正交機(jī)織復(fù)合材料相比于其他復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度、模量、層間剪切強(qiáng)度、破壞應(yīng)力和應(yīng)變，同時(shí)具有較好的承力能力[1-6];三維正交機(jī)織物本身的結(jié)構(gòu)決定了材料在受到彎曲應(yīng)力時(shí)經(jīng)紗系統(tǒng)的強(qiáng)力利用率較高，使得所成型的復(fù)合材料不易變形[7];貫穿于三維正交機(jī)織復(fù)合材料厚度方向的Z紗對(duì)于防止分層現(xiàn)象的發(fā)生起到了一定的作用，有效地阻止復(fù)合材料彎曲過(guò)程中的分層問(wèn)題[8-12]。

三維正交機(jī)織復(fù)合材料雖有眾多優(yōu)點(diǎn)，但其存在纖維與樹脂之間粘合性差的缺陷，因此通過(guò)對(duì)織物表面進(jìn)行改性，以提高纖維與樹脂之間的粘合力。其中最常用的3種玻璃纖維織物表面改性的方法是表面熱處理、酸堿刻蝕處理和硅烷偶聯(lián)劑處理。熱處理是將玻璃纖維布在高溫下處理一定時(shí)間，除去玻璃纖維表面原有的浸潤(rùn)劑，同時(shí)除去玻璃纖維表面吸附的水分，但表面熱處理工藝不宜單獨(dú)使用[13]。硅烷偶聯(lián)劑是一類在分子中同時(shí)含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)的有機(jī)硅化合物。研究發(fā)現(xiàn)織物經(jīng)改性處理后，纖維與基體間粘合力增強(qiáng)，界面特性得到了改善，最終提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能[14-15]。硅烷偶聯(lián)劑在玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料中的作用主要體現(xiàn)在阻止水分入侵樹脂與玻纖的界面，有效地減輕由 于水分入侵引起的粘合力退化，保持或顯著提高復(fù)合材料的濕態(tài)力學(xué)性能[16-17]。

采用表面熱處理與硅烷偶聯(lián)劑處理結(jié)合的方法改性三維正交機(jī)織物，以改性前后三維正交機(jī)織物為增強(qiáng)體，環(huán)氧樹脂和固化劑混合膠液為基體，應(yīng)用真空輔助樹脂傳遞模塑（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding， VARTM）工藝成型復(fù)合材料試樣。分別測(cè)試試樣沿0°和90°方向的準(zhǔn)靜態(tài)彎曲性能，分析硅烷偶聯(lián)劑界面改性對(duì)復(fù)合材料彎曲性能的影響。運(yùn)用紅外光譜和掃描電鏡觀察分析偶聯(lián)劑增強(qiáng)樹脂與玻璃纖維之間粘合力的作用機(jī)理。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

三維正交機(jī)織物（常州同維佳業(yè)新材料有限公司），織物結(jié)構(gòu)和實(shí)物如圖1所示。環(huán)氧樹脂和固化劑（天津上緯風(fēng)電材料有限公司），硅烷偶聯(lián)劑（佛山市道寧化工有限公司），織物、環(huán)氧樹脂、固化劑及硅烷偶聯(lián)劑的相關(guān)性能如表1和表2所示。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 纖維浸潤(rùn)劑去除及纖維拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)

通過(guò)織物浸潤(rùn)劑去除率和纖維拉伸斷裂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)來(lái)優(yōu)化玻纖織物表面熱處理溫度和時(shí)間。首先，三維正交機(jī)織物經(jīng)過(guò)一定溫度（150，200，250，300 ℃）和一定時(shí)間（30，60，90，120 min）表面熱處理。其次，應(yīng)用稱重法測(cè)試并計(jì)算織物經(jīng)熱處理后的浸潤(rùn)劑去除率。最后，選取10根第一層緯紗和10根第二層經(jīng)紗分別測(cè)試?yán)w維拉伸性能。試樣長(zhǎng)度為250 mm，為降低試樣在拉伸過(guò)程中夾持區(qū)的損傷且更好地從夾持區(qū)傳遞拉伸載荷，在試樣的兩端粘貼加強(qiáng)片，尺寸是40 mm×40 mm。參照GB/T 7690.3—2001《玻璃纖維斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)定方法》應(yīng)用WDW-30萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（深圳市君瑞儀器設(shè)備有限公司）測(cè)試?yán)w維拉伸性能，拉伸速度為200 mm/min。

1.2.2 三維正交機(jī)織物偶聯(lián)劑改性

三維正交機(jī)織物經(jīng)表面熱處理后，在一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅烷偶聯(lián)劑溶液中充分浸泡，取出烘干后即可得到改性后三維正交機(jī)織物，工藝流程如圖2所示。

1.2.3 復(fù)合材料試樣制備及三點(diǎn)彎曲測(cè)試

分別以改性前后三維正交機(jī)織物為增強(qiáng)體，以E-2511-1A環(huán)氧樹脂和2511-1BT固化劑混合膠液為基體，質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為100∶30，基于真空灌注工藝成型復(fù)合材料試樣。參照ASTM D790測(cè)試復(fù)合材料沿0°和90°方向準(zhǔn)靜態(tài)彎曲性能，試樣尺寸為100 mm（長(zhǎng)度）×12.7 mm（寬度）×2.56 mm（平均厚度），夾頭的移動(dòng)速度為1 mm/min。

1.2.4 纖維體積分?jǐn)?shù)

參照ASTM D3173-15標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用燃燒法測(cè)試?yán)w維體積分?jǐn)?shù)。將復(fù)合材料試樣放置于馬弗爐中，在450～650 ℃高溫下灼燒，樹脂蒸發(fā)，殘留物為玻纖織物。分別稱量初始試樣和殘?jiān)|(zhì)量，計(jì)算纖維體積分?jǐn)?shù)Vf，如下式所示：

Vf=ρmWfρfWm+ρmWf

式中：Wf—纖維的重量，g;Wm—樹脂的重量，g;ρf—纖維的密度，g/cm3;ρm—基體的密度，g/cm3。

經(jīng)計(jì)算可得，未改性試樣纖維體積分?jǐn)?shù)為56.12%，改性后試樣纖維體積分?jǐn)?shù)為53.07%。

2 結(jié)果與分析

2.1 織物表面熱處理溫度和處理時(shí)間優(yōu)化

通過(guò)表面熱處理去除三維正交機(jī)織物纖維表面浸潤(rùn)劑，本文以浸潤(rùn)劑去除率和纖維斷裂強(qiáng)度為目標(biāo)值，優(yōu)化織物表面熱處理溫度和時(shí)間，在保留纖維較高斷裂強(qiáng)度的同時(shí)又除去較多浸潤(rùn)劑。

2.1.1 浸潤(rùn)劑去除率

通過(guò)稱重的方法測(cè)試并計(jì)算織物浸潤(rùn)劑去除率，所得結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，在一定溫度下隨著熱處理時(shí)間的增加，浸潤(rùn)劑去除率逐漸升高。在250 ℃下60、90、120 min內(nèi)及300 ℃下不同時(shí)間內(nèi)，織物表面的浸潤(rùn)劑去除率均高于30%。

2.1.2 纖維斷裂強(qiáng)度

紗線斷裂強(qiáng)度隨時(shí)間和溫度的變化趨勢(shì)見圖4。由圖4可以看出，在一定時(shí)間內(nèi)隨著溫度的增加，纖維斷裂強(qiáng)度逐漸降低。部分溫度時(shí)間下（箭頭所指的位置）纖維斷裂強(qiáng)度略有升高，據(jù)查閱文獻(xiàn)及結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，由于纖維表面的浸潤(rùn)劑再次浸潤(rùn)紗線表面，彌補(bǔ)了纖維表面的一些缺陷，從而使得纖維斷裂強(qiáng)度有所升高。

綜合浸潤(rùn)劑去除率與纖維斷裂強(qiáng)度分析可知，織物經(jīng)200 ℃處理后其第一層緯紗的斷裂強(qiáng)度雖有所升高，但此溫度下織物表面的浸潤(rùn)劑去除率較低?？椢镌?00 ℃下的浸潤(rùn)劑去除率雖較高，但是經(jīng)表面熱處理后第一層緯紗和第二層經(jīng)紗的斷裂強(qiáng)度明顯下降。織物經(jīng)250 ℃熱處理30、60、90 min后第一層緯紗斷裂強(qiáng)度分別下降了4.00%、6.08%、8.20%，其浸潤(rùn)劑去除率分別為27.4%、35.4%、37.2%，由此可知織物經(jīng)250 ℃高溫處理60 min后表面浸潤(rùn)劑去除較多，第一層緯紗的斷裂強(qiáng)度下降較小，且第二層經(jīng)紗的斷裂強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯升高的趨勢(shì)?；谧畲笙薅热コ?rùn)劑且纖維斷裂強(qiáng)度降低最小原則，織物表面熱處理溫度和處理時(shí)間分別選擇為250 ℃和60 min。

2.2 最優(yōu)偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)

三維正交機(jī)織物在250 ℃下處理60 min后，經(jīng)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硅烷偶聯(lián)劑溶液處理，改性后的織物基于VARTM方法成型復(fù)合材料，測(cè)試復(fù)合材料試樣準(zhǔn)靜態(tài)彎曲性能。以彎曲強(qiáng)度為目標(biāo)值，確定最優(yōu)偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)。試樣經(jīng)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硅烷偶聯(lián)劑溶液處理后的力學(xué)性能如表3所示（其中90°為緯紗方向;0°為經(jīng)紗方向）。

由表3可知，試樣沿90°方向的準(zhǔn)靜態(tài)彎曲強(qiáng)度變化明顯，隨著偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，彎曲強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，在偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值。試樣沿90°方向的彎曲強(qiáng)度呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)是由于偶聯(lián)劑在開始階段的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，與樹脂和纖維表面的基團(tuán)反應(yīng)較弱;而彎曲強(qiáng)度后來(lái)減少的原因是隨著偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，發(fā)生了自身縮合，與樹脂及纖維表面的基團(tuán)反應(yīng)減弱，但總體來(lái)說(shuō)改性試樣的彎曲強(qiáng)度高于未改性試樣的彎曲強(qiáng)度，其原因在于偶聯(lián)劑增強(qiáng)了纖維與樹脂之間的結(jié)合力。而試樣沿0°方向的準(zhǔn)靜態(tài)彎曲強(qiáng)度在改性前后變化較小，這一方面與織物本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，經(jīng)紗位于織物內(nèi)層，對(duì)織物進(jìn)行表面熱處理時(shí)，高溫對(duì)經(jīng)紗的破壞程度較低;另一方面據(jù)查閱文獻(xiàn)及結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，由于表面熱處理使得浸潤(rùn)劑對(duì)經(jīng)紗表面再次浸潤(rùn)，彌補(bǔ)了紗線表面的一些缺陷，使得紗線的強(qiáng)度有所升高，但這也阻擋了偶聯(lián)劑與經(jīng)紗的接觸反應(yīng)，因此改性試樣沿0°方向的彎曲強(qiáng)度略微下降。綜上所述，織物經(jīng)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)偶聯(lián)劑水溶液處理后，試樣沿0°方向的彎曲強(qiáng)度沒有顯著變化;試樣沿90°方向的彎曲強(qiáng)度在偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)達(dá)到了最大值，因此以試樣沿90°方向的彎曲強(qiáng)度為目標(biāo)值來(lái)確定最優(yōu)的偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

圖5為質(zhì)量分?jǐn)?shù)-強(qiáng)度曲線。由圖5（a）中原曲線可以看出隨著偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，試樣的彎曲強(qiáng)度先增加后減少，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大值。但通過(guò)此圖并不能確定1.2%為本實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，于是采用數(shù)據(jù)擬合與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法來(lái)確定偶聯(lián)劑的最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，擬合曲線的相關(guān)系數(shù)平方和為0.99，說(shuō)明擬合效果很好。通過(guò)對(duì)擬合曲線進(jìn)行一階求導(dǎo)可得圖5（b）的曲線。通過(guò)圖5（b）可知1.4是擬合曲線上的極大值點(diǎn)，而質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、1.4%、3.8%時(shí)在圖5（a）擬合曲線上所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度分別是494.44 MPa、536.09 MPa、506.55 MPa，由此可知當(dāng)偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.4%是擬合曲線函數(shù)的最大值點(diǎn)。

為驗(yàn)證擬合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.4%的偶聯(lián)劑溶液改性三維機(jī)織物，得到改性后試樣沿90°方向的彎曲強(qiáng)度為516.42 MPa，小于偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)試樣對(duì)應(yīng)彎曲強(qiáng)度，因此本實(shí)驗(yàn)中最優(yōu)偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)選取為1.2%。

2.3 復(fù)合材料準(zhǔn)靜態(tài)彎曲強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

由圖6中的曲線形態(tài)可知，改性試樣和未改性試樣沿0°和90°方向的斷裂模式相似，可分為3個(gè)階段。第I階段位于曲線的線性部分，曲線較為平滑，此階段部分基體發(fā)生斷裂、基體與部分纖維脫黏，對(duì)于整體試樣的破壞較小;第II階段起于曲線線性部分結(jié)束的位置止于最大應(yīng)力出現(xiàn)的位置，曲線參差不齊，此階段部分纖維發(fā)生斷裂;第III階段位于最大應(yīng)力出現(xiàn)以后，當(dāng)試樣的彎曲應(yīng)力達(dá)到最大值時(shí)，纖維瞬間斷裂，試樣失效。試樣沿0°方向的曲線與沿90°方向的曲線其線性部分的斜率都是改性試樣大于為未改性試樣，這與試樣的彈性模量有關(guān)。試樣在瞬間斷裂后沿0°和90°方向的斷裂模式有所不同，沿0°方向瞬間斷裂后其斷裂模式并未發(fā)生較大的變化，而沿90°方向瞬間斷裂后出現(xiàn)了分層斷裂的現(xiàn)象。

由圖6可對(duì)比未改性試樣和改性試樣的彎曲強(qiáng)度及彈性模量，試樣沿0°方向測(cè)試其彎曲性能時(shí)，改性試樣的彎曲強(qiáng)度比未改性試樣的彎曲強(qiáng)度下降了1.27%，原因在2.2中已做了詳細(xì)說(shuō)明;而改性試樣的彈性模量卻比未改性試樣的彈性模量提高了23.83%，這與試樣沿0°方向的應(yīng)力-應(yīng)變曲線線性部分的斜率所呈現(xiàn)的現(xiàn)象是一致的，試樣的彈性模量越大其抵抗變形的能力越強(qiáng)，由此說(shuō)明偶聯(lián)劑對(duì)于試樣沿0°方向的抵抗變形能力起到了一定作用。通過(guò)觀察圖6可以看出，試樣沿90°方向測(cè)試其彎曲性能時(shí)，改性試樣的彎曲強(qiáng)度和彈性模量比未改性試樣分別提高了7.71%、16.59%，說(shuō)明偶聯(lián)劑提高了纖維與基體之間的結(jié)合力。

2.4 偶聯(lián)劑改性分析

2.4.1 改性機(jī)理

選擇硅烷偶聯(lián)劑作為改性試劑的原因在于硅烷偶聯(lián)劑含有兩種不同的化學(xué)官能團(tuán)，其一端能與玻璃纖維表面的基團(tuán)反應(yīng)生成共價(jià)鍵;另一端又能與樹脂反應(yīng)，從而將兩種不相容的材料偶聯(lián)起來(lái)，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。A-1387是一款氨基類硅烷偶聯(lián)劑，既與玻璃纖維表面的基團(tuán)反應(yīng)良好，又與環(huán)氧樹脂有很好的相容性，同時(shí)可以提供良好的纖維保護(hù)。硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)通式為Y-R-Si-X3，Y代表有機(jī)官能基團(tuán)，R代表亞烷基，X代表可水解的基團(tuán)[18]。硅烷偶聯(lián)劑與玻璃纖維和樹脂的反應(yīng)過(guò)程如圖7所示：

2.4.2 紅外光譜分析

圖8列出了玻璃纖維在改性處理前后的傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜的譜圖。由圖8中可知，改性前后纖維的紅外譜圖的整體形狀非常相似，都是在1 002 cm-1和3 437 cm-1處出現(xiàn)了最強(qiáng)吸收峰，區(qū)別是吸收峰的峰高和峰面積有所不同。3 437 cm-1的吸收峰為—OH的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)，改性后—OH的吸收峰更強(qiáng)，面積更大，說(shuō)明織物經(jīng)表面熱處理去除浸潤(rùn)劑及偶聯(lián)劑水解生成硅醇后，纖維結(jié)構(gòu)中存在更多的—OH基團(tuán);1 002 cm-1為Si—O—Si的振動(dòng)吸收峰，硅醇與玻璃纖維反應(yīng)后產(chǎn)生Si—O—Si基團(tuán)，改性后Si—O—Si的吸收峰更強(qiáng)，面積更大，由此說(shuō)明玻纖經(jīng)偶聯(lián)劑處理后，其界面處發(fā)生了化學(xué)鍵合作用。

2.4.3 SEM分析

應(yīng)用掃描電鏡分別觀察未改性試樣和改性試樣沿90°方向的彎曲斷裂截面，如圖9和圖10所示.

由圖9（a）可以看出，未改性試樣在準(zhǔn)靜態(tài)彎曲過(guò)程中纖維因受力從基體中抽拔出來(lái)，且抽拔現(xiàn)象嚴(yán)重（纖維因抽拔所留下的孔洞已在圖中圈出）;在圖9（b）中發(fā)現(xiàn)纖維表面較光滑，且沒有基體包覆，說(shuō)明纖維與基體的結(jié)合力很差。通過(guò)對(duì)圖10（a）觀察可以發(fā)現(xiàn)，試樣在受力過(guò)程中，極少有纖維從基體中抽拔出來(lái)，基體均勻且緊密地包覆于纖維表面;圖10（b）中基體與纖維緊緊地粘在一起，且纖維表面殘留了許多基體的殘?jiān)D10與圖9形成了鮮明的對(duì)比，同時(shí)也說(shuō)明了偶聯(lián)劑提高了纖維與基體之間的結(jié)合力。

3 結(jié) 論

本文采用表面熱處理與硅烷偶聯(lián)劑改性相結(jié)合的方法改性三維正交機(jī)織物，以改性前后織物為增強(qiáng)體，環(huán)氧樹脂和固化劑混合膠液為基體，應(yīng)用VARTM工藝成型復(fù)合材料，研究界面改性對(duì)復(fù)合材料彎曲性能的影響，得到如下結(jié)論：

a）以織物浸潤(rùn)劑去除率和纖維斷裂強(qiáng)度為目標(biāo)值，得到最優(yōu)處理溫度和時(shí)間分別為250 ℃和60 min。以試樣彎曲強(qiáng)度為目標(biāo)值，通過(guò)曲線擬合與求導(dǎo)的方法得到最優(yōu)偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%。

b）改性前后復(fù)合材料試樣沿0°和90°方向彎曲實(shí)驗(yàn)可知，試樣的斷裂模式可分為3個(gè)階段：第I階段部分基體發(fā)生斷裂、基體與部分纖維脫黏;第II階段部分纖維斷裂;第III階段纖維瞬間斷裂，試樣失效。試樣沿0°方向瞬間斷裂后其斷裂模式并未發(fā)生較大變化，而試樣沿90°方向瞬間斷裂后出現(xiàn)了分層斷裂現(xiàn)象。

c）對(duì)比兩種試樣沿0°和90°方向的彎曲強(qiáng)度與彈性模量可知，試樣在改性后沿0°方向的彎曲強(qiáng)度下降了1.27%，但其彈性模量提高了23.83%;改性后試樣沿90°方向的彎曲強(qiáng)度和彈性模量分別提高了7.71%和16.59%。由此可知偶聯(lián)劑改性可以顯著提高纖維/樹脂界面結(jié)合強(qiáng)度。纖維的FTIR譜圖說(shuō)明玻纖經(jīng)改性處理后，在其界面處發(fā)生了化學(xué)鍵合作用。由改性前后復(fù)合材料試樣斷裂截面SEM圖可知，改性后基體緊緊結(jié)合在纖維表面，由此證明了偶聯(lián)劑提高了纖維-基體結(jié)合強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1] BILISIK K. Multiaxis 3D woven preform and properties of multiaxis 3D woven and 3D orthogonal woven carbon/epoxy composites[J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites， 2010，29（8）：1173-1186.

[2] KARAHAN M， LOMOV S V， BOGDANOVICH A E， et al. Fatigue tensile behavior of carbon/epoxy composite reinforced with non-crimp 3D orthogonal woven fabric[J]. Composites Science and Technology， 2011，71（16）：1961-1972.

[3] BOGDANOVICH A E， KARAHAN M， LOMOV S T， et al. Quasi-static tensile behavior and damage of carbon/epoxy composite reinforced with 3D non-crimp orthogonal woven fabric[J]. Mechanics of Materials， 2013，62：14-31.

[4] LOMOV S V， BOGDANVICH A E， IVANOV D S， et al. A comparative study of tensile properties of non-crimp 3D orthogonal weave and multi-layer plain weave E-glass composites. Part 1： Materials， methods and principal results[J]. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2009，40（8）：1134-1143.

[5] IVANOV D S， LOMOV S V， BOGDANOVICH AE， et al. A comparative study of tensile properties of non-crimp 3D orthogonal weave and multi-layer plain weave E-glass composites. Part 2： Comprehensive experimental results[J]. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2009，40（8）：1144-1157.

[6] JIN L M， NIU Z L， JIN BC， et al. Comparisons of static bending and fatigue damage between 3D angle-interlock and 3D orthogonal woven composites[J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites， 2012，31（14）：935-945.

[7] 金利民. 三維角聯(lián)鎖機(jī)織復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲疲勞性能與結(jié)構(gòu)效應(yīng)[D]. 上海：東華大學(xué)，2012.

[8] SUN B Z， NIU Z L， ZHU L T， et al. Mechanical behaviors of 2D and 3D basalt fiber woven composites under various strain rates[J]. Journal of Composite Material， 2010，44（14）：1779-1795.

[9] SUN B Z， LIU Y Z， GU B H. A unit cell approach of finite element calculation of ballistic impact damage of 3-D orthogonal woven composite[J]. Composites Part B： Engineering， 2009，40（6）：552-560.

[10] WALTER T R， SUBHASH G， SANKAR B V， et al. Damage modes in 3D glass fiber epoxy woven composites under high rate of impact loading[J]. Composites Part B： Engineering， 2009，40（6）：584-589.

[11] 牛智林. 三維正交機(jī)織復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲疲勞行為實(shí)驗(yàn)研究與有限元計(jì)算[D].上海：東華大學(xué)， 2012.

[12] CARVELLI V， GRAMELLINI G， LOMOV S V， et al. Fatigue behavior of non-crimp 3D orthogonal weave and multi-layer plain weave E-glass reinforced composites[J]. Composites Science and Technology， 2010，70（14）：2068-2076.

[13] 王盼.玻璃纖維膜的表面改性及油水分離研究[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2015.

[14] 俞巧珍.硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃織物/水泥復(fù)合材料界面行為的影響[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，22（6）：914-916.

[15] WITHERS G J， YU Y， KHABASHESKU V N， et al. Improved mechanical properties of an epoxy glass fiber composite reinforced with surface organomodified nanoclays[J]. Composites Part B：Engineering， 2015，72：175-182.

[16] 李偉，馮圣玉.無(wú)堿玻璃纖維增強(qiáng)紡織性浸潤(rùn)劑的研制與應(yīng)用研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2006.

[17] 沈璽，高雅男，徐政.硅烷偶聯(lián)劑的研究與應(yīng)用[J].上海生物醫(yī)學(xué)工程雜志，2006，26（1）：14-17.

[18] 張志堅(jiān)，花蕾，李煥興，等.硅烷偶聯(lián)劑在玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].玻璃纖維，2013（3）：11-22.