Viktige metoder for å forbedre grenseflatebindingsstyrken i glassfiberkompositter

I et komposittmateriale avhenger ytelsen til glassfiber som en viktig forsterkende komponent i stor grad av grenseflatebindingsevnen mellom fiberen og matrisen. Styrken til denne grenseflatebindingen bestemmer spenningsoverføringsevnen når glassfiberen er under belastning, samt stabiliteten til glassfiberen når styrken er høy. Generelt er grenseflatebindingen mellom glassfiber og matrisematerialet svært svak, noe som begrenser bruken av glassfiber i høypresterende komposittmaterialer. Derfor er bruk av en belegningsprosess med lim for å optimalisere grenseflatestrukturen og styrke grenseflatebindingen en viktig metode for å forbedre ytelsen til glassfiberkompositter.

Et lim danner et molekylært lag på overflaten avglassfiber, som effektivt kan redusere grenseflatespenningen, noe som gjør glassfiberoverflaten mer hydrofil eller oleofil for å forbedre kompatibiliteten med matrisen. For eksempel kan bruk av et limingsmiddel som inneholder kjemisk aktive grupper skape kjemiske bindinger med glassfiberoverflaten, noe som ytterligere forbedrer grenseflatebindingsstyrken.

Forskning har vist at nanonivå-limingsmidler kan belegge glassfiberoverflaten mer jevnt og styrke den mekaniske og kjemiske bindingen mellom fiberen og matrisen, og dermed effektivt forbedre fiberens mekaniske egenskaper. Samtidig kan en passende limingsmiddelformulering justere fiberens overflateenergi og endre glassfiberens fuktbarhet, noe som fører til en sterk grensesnittadhesjon mellom fiberen og forskjellige matrisematerialer.

Ulike belegningsprosesser har også en betydelig effekt på å forbedre grenseflatebindingsstyrken. For eksempel kan plasmaassistert belegning bruke ionisert gass til å behandleglassfiberoverflaten, fjerner organisk materiale og urenheter, øker overflateaktiviteten og forbedrer dermed bindingen mellom limmiddelet og fiberoverflaten.

Selve matriksmaterialet spiller også en avgjørende rolle i grenseflatebinding. Utvikling av nye matriksformuleringer som har en sterkere kjemisk affinitet for de behandlede glassfibrene kan føre til betydelige forbedringer. For eksempel kan matriser med en høy konsentrasjon av reaktive grupper danne mer robuste kovalente bindinger med limingsmiddelet på fiberoverflaten. Videre kan modifisering av viskositets- og flytegenskapene til matriksmaterialet sikre bedre impregnering av fiberbunten, noe som minimerer hulrom og defekter ved grenseflaten, som er en vanlig kilde til svakhet.

Selve produksjonsprosessen kan optimaliseres for å forbedre grenseflatebinding. Teknikker somvakuuminfusjonellerharpiksoverføringsstøping (RTM)kan sikre en mer jevn og fullstendig fukting avglassfibreav matrisen, noe som eliminerer luftlommer som kan svekke bindingen. I tillegg kan det å påføre eksternt trykk eller bruke kontrollerte temperatursykluser under herding fremme en mer intim kontakt mellom fiberen og matrisen, noe som fører til en høyere grad av tverrbinding og et sterkere grensesnitt.

Å forbedre grenseflatebindingsstyrken til glassfiberkompositter er et kritisk forskningsområde med betydelige praktiske anvendelser. Selv om bruk av limingsmidler og ulike belegningsprosesser er en hjørnestein i denne innsatsen, er det flere andre veier som utforskes for å forbedre ytelsen ytterligere.