＊常繼云 李偉娟

（山東玻纖集團(tuán)股份有限公司 山東 276000）

無(wú)堿纖維增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，相較傳統(tǒng)浸潤(rùn)劑而言，優(yōu)勢(shì)明顯。此類浸潤(rùn)劑可使得復(fù)合材料剛度和強(qiáng)度提升，同時(shí)增強(qiáng)復(fù)合材料的防水和防火性能，延長(zhǎng)復(fù)合材料的壽命，擁有廣闊的應(yīng)用前景，且該類型材料的開發(fā)和使用，使企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)，有利于促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)效發(fā)展。因此，研究此項(xiàng)課題，具有十分重要的意義。

1.浸潤(rùn)劑的作用研究

（1）浸潤(rùn)劑功能。玻璃纖維生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中均需要使用浸潤(rùn)劑作為輔助材料，其功能主要包括以下幾點(diǎn)：

潤(rùn)滑保護(hù)：在玻璃纖維拉絲或者加工的過(guò)程中，浸潤(rùn)劑主要發(fā)揮著潤(rùn)滑和保護(hù)的作用，確保加工生產(chǎn)期間纖維表面的光滑程度，使得材料的剛性、硬度可以滿足拉絲的要求。同時(shí)，浸潤(rùn)劑在織造、短切等生產(chǎn)流程之中，可以保持原絲的干爽性，同樣能起到減少毛絲的作用[1]。

黏結(jié)集束：浸潤(rùn)劑的黏結(jié)和集束作用主要通過(guò)物理和化學(xué)作用實(shí)現(xiàn)，黏結(jié)過(guò)程中將單一的玻璃單絲凝結(jié)成為多絲組成的玻璃原絲，且完整性較好，使得材料的應(yīng)力被分散，避免捻粗紗退解時(shí)出現(xiàn)散斷、短切時(shí)出現(xiàn)纖維束不完整的情況，使得原絲質(zhì)量得到保障[2]。

防止靜電累積：浸潤(rùn)劑具有抗靜電的作用，同時(shí)部分浸潤(rùn)劑之中含有導(dǎo)電劑等。適當(dāng)選擇浸潤(rùn)劑，起到防止靜電累積的效果，使得復(fù)合材料的整體性能更好[3]。

增強(qiáng)產(chǎn)品特性：浸潤(rùn)劑在無(wú)堿玻璃纖維中的應(yīng)用可以起到增強(qiáng)產(chǎn)品特性的作用，其中包括材料的短期性、成帶性等，支持玻璃纖維在二次加工之中的使用。同時(shí)，浸潤(rùn)劑可以使纖維在樹脂、水泥等材料之中快速浸潤(rùn)，使得材料的性能更加良好[2]。

（2）增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑概述。增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑是一種應(yīng)用于復(fù)合材料中的影響復(fù)合材料性能的關(guān)鍵組分，其功能是將纖維與基質(zhì)黏結(jié)在一起，并且能夠提高復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐久性和各種特殊性能。通常情況下，增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑由樹脂/基體、增強(qiáng)纖維和浸潤(rùn)劑三個(gè)成分組合在一起，基體直接影響著材料的機(jī)械性能和物理性能，增強(qiáng)纖維起到增強(qiáng)材料強(qiáng)度的作用，浸潤(rùn)劑的作用是將兩者黏合在一起[4]。組成浸潤(rùn)劑的化學(xué)物質(zhì)包括環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂等，具體浸潤(rùn)劑外觀如圖1所示。

圖1 浸潤(rùn)劑外觀圖

2.增強(qiáng)紡織型玻璃纖維的性能指標(biāo)

為了了解增強(qiáng)紡織型玻璃纖維在使用過(guò)程中的性能指標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展試驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)，分別實(shí)施無(wú)浸潤(rùn)劑、增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑玻璃纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)。在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中同時(shí)使用拉絲工藝和捻線工藝，設(shè)定的工藝參數(shù)不會(huì)對(duì)質(zhì)量造成較大的波動(dòng)。生產(chǎn)產(chǎn)品中的堿金屬含量在0.6%以下，纖維的直徑為9μm，線密度為68tex，抗拉強(qiáng)度為0.4N/tex、產(chǎn)品中的可燃物和水含量在0.7%、0.15%左右，纖維密度為28t/m。分別進(jìn)行3組的材料性能指標(biāo)對(duì)比，具體如下：

(1)毛羽量

對(duì)照組：A組（1.84）、B組（1.76）、C組（1.73）。

實(shí)驗(yàn)組：A組（1.14）、B組（1.12）、C組（1.11）。

通過(guò)對(duì)比未使用和使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑玻璃纖維的毛羽量，使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑后無(wú)堿玻璃纖維產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的毛羽量極大程度減少，使得產(chǎn)品的性能良好，外觀程度平滑[5]。

(2)抗拉強(qiáng)度

對(duì)照組：A組（0.21N/tex）、B組（0.18N/tex）、C組（0.29N/tex）。

實(shí)驗(yàn)組：A組（0.62N/tex）、B組（0.58N/tex）、C組（0.59N/tex）。

通過(guò)對(duì)比未使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑和使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑玻璃纖維產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)組的產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度性能得到提升，產(chǎn)品剛性和硬度被保障。

(3)可燃物含量

對(duì)照組：A組（10.2%）、B組（9.8%）、C組（11.7%）。

實(shí)驗(yàn)組：A組（6.7%）、B組（7.1%）、C組（6.9%）。

通過(guò)對(duì)比未使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑和使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑玻璃纖維產(chǎn)品中的可燃物含量?？扇嘉锖吭礁?，表明材料的耐火性能和耐火等級(jí)越低，使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑之后產(chǎn)品的可燃物含量明顯有所降低，材料的耐火等級(jí)和耐火性能可以得到保障[6]。

(4)線密度

對(duì)照組：A組（44.58tex）、B組（48.2tex）、C組（42.7tex）。

實(shí)驗(yàn)組：A組（66.5tex）、B組（67tex）、C組（67.2tex）。

通過(guò)對(duì)比未使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑和使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑玻璃纖維產(chǎn)品的線密度指標(biāo)。線密度越大，則玻璃纖維產(chǎn)品的質(zhì)量越高，硬度和剛度越高。在使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑后，產(chǎn)品的線密度有所提升，說(shuō)明增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑有利于提升產(chǎn)品的性能[7]。

3.無(wú)堿玻璃纖維增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑的運(yùn)用價(jià)值分析

（1）提高材料力學(xué)性能。無(wú)堿玻璃纖維增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑可加強(qiáng)纖維和基質(zhì)的結(jié)合力，提高增強(qiáng)材料的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能。在航空、航天、制造、建筑等領(lǐng)域之中，該類浸潤(rùn)劑可以使復(fù)合材料的性能有所提升，玻璃纖維與基質(zhì)之間的結(jié)合力會(huì)有所提升，同時(shí)基質(zhì)的剛度和硬度也會(huì)有所提升。無(wú)堿玻璃纖維的直徑為9μm，表面積達(dá)到0.55m2/g，由于材料的比表面積較大，會(huì)影響到纖維材料與其他材料之間的黏結(jié)性[8]。具體無(wú)堿玻璃纖維使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑的外觀如圖2所示。

圖2 玻璃纖維連續(xù)原絲氈

采用無(wú)堿玻璃纖維增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑可使纖維表面得到充分潤(rùn)濕和滲透，在基質(zhì)中形成物理鎖定和化學(xué)鍵合，加強(qiáng)纖維和基質(zhì)之間的結(jié)合力，提高材料的力學(xué)性能。無(wú)堿玻璃纖維增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑含有高分子原料，能增強(qiáng)基質(zhì)材料的剛度和硬度，進(jìn)一步提升增強(qiáng)材料的力學(xué)性能[9]。

（2）提高材料的耐熱性。材料的耐熱性會(huì)受到表面結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，可燃物含量越低，材料的耐熱性能越高。在上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，已經(jīng)了解到使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑可以減少無(wú)堿玻璃纖維材料產(chǎn)品中的可燃物含量，表明其對(duì)于提升材料的耐熱性良好。但與此同時(shí)，無(wú)堿玻璃纖維增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑可在高溫條件下保持材料的性能穩(wěn)定性，同時(shí)還具有優(yōu)異的耐酸、耐堿等腐蝕性能[10]。

首先，該類浸潤(rùn)劑在使用過(guò)程中，可以提升材料的熱穩(wěn)定性，在高溫條件下基質(zhì)中的高分子原料能夠更好地保持材料的完整性。其次，浸潤(rùn)劑可以起到抗氧化的作用，抑制高溫下氧化反應(yīng)的發(fā)生，提高材料的耐熱性。最后，浸潤(rùn)劑通過(guò)與基質(zhì)中的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，可以形成穩(wěn)定的材料結(jié)構(gòu)，提高材料能夠承受高溫的能力。

添加浸潤(rùn)劑之后，浸潤(rùn)劑中的高分子原料可以與基質(zhì)中的活性官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低基質(zhì)材料對(duì)酸堿溶液的響應(yīng)。同時(shí)，纖維材料的表面在浸潤(rùn)高分子原料之后，表面會(huì)變得堅(jiān)硬和光滑，基質(zhì)材料的耐久性也會(huì)有所提升。在運(yùn)行該類浸潤(rùn)劑之后，材料的化學(xué)惰性有所提升，進(jìn)而使得材料的耐酸和耐堿性能提升。在航空航天領(lǐng)域、電子光學(xué)器件制造領(lǐng)域中，使用增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑后，材料的耐高溫性能得到保障，在投入使用之后可以在惡劣的環(huán)境之中長(zhǎng)期不發(fā)生物理和化學(xué)變化。

（3）提高材料的抗沖擊性。浸潤(rùn)劑在纖維材料產(chǎn)品生產(chǎn)中作為中間結(jié)構(gòu)層，可以起到連接無(wú)機(jī)物和有機(jī)物的作用，通常情況下，生產(chǎn)過(guò)程中連接的無(wú)機(jī)物為玻璃纖維，有機(jī)物為基體樹脂，作為中間層的浸潤(rùn)劑可以起到傳遞應(yīng)力的作用，提升材料的抗沖擊性。增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑中的偶聯(lián)劑會(huì)與纖維材料的表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有牢固屬性的化學(xué)鍵，在與樹脂黏結(jié)過(guò)程中發(fā)揮著橋梁的作用，黏結(jié)成膜組分對(duì)于玻璃纖維而言，可以黏結(jié)，與FRP之間會(huì)溶解，產(chǎn)生固化反應(yīng)。成膜劑包括聚酯、聚氨酯等材料，具有集束、保護(hù)作用，且由于浸潤(rùn)劑的表面張力存在差異，會(huì)在成膜過(guò)程中產(chǎn)生遷移、相互融合和擴(kuò)散，形成具有梯度濃度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，提升材料的抗沖擊性[11]。

（4）提高材料的耐久性。增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑的應(yīng)用，使得材料的耐久性有所提升，在航空、航天、建筑、汽車制造、電子器件等領(lǐng)域中應(yīng)用，產(chǎn)品的使用壽命會(huì)得到保障，相比較未使用和使用傳統(tǒng)浸潤(rùn)劑的材料而言，所制造的產(chǎn)品在壽命上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。第一，浸潤(rùn)劑可以起到提升材料疲勞壽命的作用，浸潤(rùn)劑進(jìn)入到纖維材料之后，改善材料的結(jié)構(gòu)，增加其疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命，使其能夠更好地承受連續(xù)往復(fù)載荷下的應(yīng)力變化，提高材料的耐久性。第二，浸潤(rùn)劑抑制材料的老化反應(yīng)，減緩材料的老化速率，延長(zhǎng)其使用壽命，并防止其在使用過(guò)程中出現(xiàn)損壞或退化。第三，浸潤(rùn)劑能提升材料的密實(shí)程度，增加材料的穩(wěn)定性，以及減小材料因溫度、濕度等環(huán)境變化而產(chǎn)生的形變和變形程度，提高其耐久性。第四，潤(rùn)劑能提高材料的化學(xué)惰性，抑制外界環(huán)境變化對(duì)材料的影響，使其更加耐久。

因此，堿玻璃纖維增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑的運(yùn)用價(jià)值在于提升紡織品的物理強(qiáng)度和耐久性，改善紡織品的性能特點(diǎn)，例如，防水、防火、抗紫外線等功能。此外，還有利于降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率[12]。

4.結(jié)論

綜上所述，無(wú)堿玻璃纖維增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑的應(yīng)用前景廣闊，在無(wú)捻粗紗、織物、樹脂、增強(qiáng)水泥、橡膠制品等復(fù)合材料的加工和生產(chǎn)之中，浸潤(rùn)劑的作用均十分明顯。增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑在加工生產(chǎn)中發(fā)揮著潤(rùn)滑、保護(hù)、黏結(jié)、集束、防止靜電積累的作用。同時(shí)，該浸潤(rùn)劑能使材料的力學(xué)性能、壽命、抗沖擊性、耐熱性等明顯提升。未來(lái)增強(qiáng)紡織型浸潤(rùn)劑將會(huì)使用更環(huán)保的成分、產(chǎn)品穩(wěn)定性和耐久性也會(huì)不斷提高，同時(shí)會(huì)開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域，與其他材料的結(jié)合以實(shí)現(xiàn)更多的功能和效果，如抗菌、防臭、防紫外線等。此外，隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，也將有越來(lái)越多的機(jī)會(huì)應(yīng)用這種材料來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)和創(chuàng)新生產(chǎn)方式。