摘要:主要介绍了玻璃纤維的表面性能，比较经二氧甲烷、三氯甲烧、四氯乙烷、硅烷偶联剂醇溶液、苯酚-四氯乙烷等溶剂或溶液处理后玻璃纤维的分散效果。结果表明：苯酚-四氯乙烷溶液处理的玻璃纤维分散效果最好。经不同溶剂或溶液处理后，玻璃纤维表面较处理前未发生变化，只是破坏了纤维间分子作用力。
玻璃纤维是一种无机纤维，具有尺寸稳定性高、导热系数低、电绝缘性好、吸声性能好、过滤效率高等优良性能，是一种良好的绝热、吸声、过滤绝缘材料",在造纸、建筑、医学等行业中得到广泛应用。
    但是在应用过程中，玻璃纤维在水中的分散性能是影响各类材料发挥高强性能的主要因素[23]。本课题从表面性能的分析人手，研究玻璃纤维在水中分散性能的影响因素，并采用二氯甲烷、三氯甲烷、四氯乙烷、硅烷偶联剂醇溶液、苯酚-四氯乙烷等溶剂或溶液处理玻璃纤维，研究其对玻璃纤维分散性能的改善效果。

1.2 0实验方法:

    1.2.1硅烷偶联剂醇溶液 的配制溶液组成为硅烷偶联剂20%、醇72% ( KH550对应使用乙醇，KH570 对应使用甲醇)、水8%;因硅烷偶联剂水解速度与pH值有关，中性最慢，偏酸、偏碱都较快，因此一-般需调节溶液的pH值,加人少量醋酸，调节pH值至4~5*4]。

    1.2.2苯酚-四氯乙烷溶 液的配制将苯酚装人烧杯，置于水浴锅中,加热至苯酚由晶体熔为液体，然后与四氯乙烷等体积混合，搅拌均匀后备用。

1.2.3玻璃纤维处理及分散
    称取玻璃纤维试样若干份，分别置于KH550的乙醇溶液、KH570的甲醇溶液、二氣甲烷、三氯甲烷、四氯乙烷、苯酚-四氯乙烷溶液中，浸泡处理15 min后加水，并用纤维解离机疏解玻璃纤维，观察玻璃纤维的分散效果，并拍照。若分散后玻璃纤维在水中的纤维束较多，则玻璃纤维的分散性能较差;若玻璃纤维在水中大多分散成单根纤维，则说明其分散性能好。

2结果及讨论

    2.1玻璃纤维 在水中的分散情况在常规的玻璃纤维生产工艺中，通常采用非水性溶剂;即使采用水性溶剂，玻璃纤维试样直接浸于水中也会出现分散不均匀的现象，往往只有少部分玻璃纤维能够分散成单根纤维,分散效果如图1所示。由图1可以看出，玻璃纤维在水中并不能完全分散，基本呈纤维束状态。这可能是由于水分子不能破坏纤维间的分子间作用力，消除静电现象使聚集的玻璃纤维分散开。

2.2玻璃纤维 表面性能分析

2.2.1玻璃纤维表面形态
    玻璃纤维表面的光学显微镜照片如图2所示。由图2 (a)可知，未分散的玻璃纤维呈束状聚集在一起，这可能是由于单根纤维间存在分子间作用力。从图2(b)单根玻璃纤维表面观察图中可以看出，玻璃纤维表面非常光滑，不像植物纤维和有机纤维表面有很深的褶皱。说明只要可以破坏玻璃纤维间的分子间作用力，就可以将聚集的纤维束分散成单丝状。

2.2.2玻璃纤维 表面电学性能
    玻璃纤维的表面含有大量的Si0 ~和AIO-，这两种基团吸附水分子中带正电荷的H*,以致水分子发生极化，其正电端朝向玻璃纤维内部，负电端朝向玻璃纤维外端，所以玻璃纤维表面带负电性，被称为负电纤维')。但这种负电荷不稳定，它会使纤维互相缠绕，不易分开，产生所谓的静电现象。酸处理可以破坏玻璃纤维间的静电现象，使玻璃纤维上的疏水基团朝外，从而均匀分散在水中。根据双电层理论，任何两相界面间都会产生双电层而存在ζ电位。由Eversole 和Boardman方程可知,与纤维的任何距离处都存在5电位，但随距离的增加而减小。纤维表面的5电位是引起静电现象的根本原因51, ζ电位越高，静电效应越显著，纤维越不容易被分散。因此降低纤维表面的ζ电位就可以使纤维不聚集而分散。

    2.3经不同溶 剂或溶液处理后玻璃纤维的分散性能针对玻璃纤维表面性能，选择二氯甲烷、三氯甲烷、四氯乙烷、KH550的乙醇溶液、KH570的甲醇溶液、苯酚-四氯乙烷溶液等溶剂或溶液，对玻璃纤维的分散性能进行改善性处理，处理后玻璃纤维的分
    散情况如图3所示。由图3可以看出，经不同溶剂或溶液处理后,玻璃纤维在水中的分散效果有很大差别。玻璃纤维在水中不能分散开，经KH550的乙醇溶液、KH570的甲醇溶液、二氣甲烷、三氣甲烷、四氣乙烷处理后，玻璃纤维可以部分分散为单根纤维;而经苯酚-四氯乙烷溶液处理后，玻璃纤维能均匀分散。综合比较，采用不同溶剂或溶液处理玻璃纤维，各种溶剂或溶液对玻璃纤维分散作用的大小依次为:苯酚-四氯乙烷溶液>四氯乙烷>二氯甲烷>三氯甲烷> KH570的甲醇溶液> KH550的乙醇溶液。玻璃纤维经KH550的乙醇溶液及KH570的甲醇溶液处理后在水中可以部分分散开，是由于玻璃纤维生产过程采用的浸润剂中通常含有硅烷偶联剂，因此，玻璃纤维表面会含有与KH550及KH570极性相同的组分。由相似相容性原理可知，硅烷偶联剂处理后的玻璃
 

    纤维，在水中可以部分分散开，分散效果比术经处理的分散效果好。由于单丝间浸润剂中的硅烷偶联剂分子间距离小，作用力强于处理溶液中的硅烷偶联剂与玻璃纤维表面间的作用力，因此纤维不能完全分散开。

    在玻璃纤维的生产过程中加人的浸润剂含硅烷偶联剂、成膜剂等，与玻璃纤维表面发生的作用示意图见图47)

    玻瑞纤维浸润剂中的重要组分是成膜剂。成膜剂除对玻璃纤维起保护作用外，还对玻璃纤维硬挺性、集束性、短切性、分散性、浸透性等起着关键的作用，是实现单丝集束、保持原丝完整性的主要成分，它决定了原丝硬挺性和柔顺性。硅烷偶联剂表面处理剂的使用，改变了玻璃纤维的表面自由能，而纤维的表面自由能又是影响其浸润、吸附和黏结等性能的重要参数，因此玻璃纤维的分散性能有所改善。胡福增等人8J研究的结果认为:以硅烷偶联剂处理玻璃纤维，原来玻璃纤维表面极性较强的羟基转变为极性较弱的醚键，导致表面能降低。但是由玻璃纤维原料的单丝间浸润剂中的硅烷偶联剂分子间距离小，作用力强于处理溶液中的硅烷偶联剂与玻璃纤维表面间的作用力，因此完全分散有难度，可通过采用适当的偶联剂表面处理工艺或揩施对其进行优化，促进玻璃纤维的分散能力。在经二氯甲烷、三氣甲烷及四氯乙烷处理后,玻璃纤维的分散效果比经硅烷偶联剂处理的好，是由于二氯甲烷、三氣甲烷及四氯乙烷与硅烷偶联剂的极性相同，而且二氯甲烷、三氯甲烷及四氯乙烷与处理玻璃纤维的浸润剂间有很弱的分子间作用力，可以促进纤维的分散。而在经过苯酚-四氯乙烷溶液处理后，玻璃纤维可以很好地分散开，是由于苯酚-四氯乙烷溶液与处理玻璃纤维的浸润剂、成膜剂等极性相同，这些溶液分子之间有较强的范德华力，且作用力大于玻璃纤维束中单丝间的硅烷偶联剂分子结合力。

    2.4经不同溶剂或溶液 处理后玻璃纤维表而性能经过不同溶剂或溶液处理后，对玻璃纤维的表面形态进行显微镜观察，结果见图5。由图5可知，经过不同溶剂或溶液处理后，玻璃纤维的表面较为光滑，较处理前基本未发生太大变化，这也说明不同的溶剂或溶液处理主要是破坏了玻璃纤维间的分子间作用力，提高了玻璃纤维在水中的分散性。

3结论

    3.1采用不同溶剂或溶液处理玻璃纤维，各种溶剂或溶液对玻璃纤维分散作用的大小依次为:苯酚-四氯乙烷溶液>四氯乙烷>二氯甲烷>三氣甲烷>KH570的甲醇溶液> KH550的乙醇溶液。

    3.2经不同溶剂或溶液处理后， 玻璃纤维表面较处理前未发生太大变化。表明不同溶剂或溶液主要破坏玻璃纤维间的分子间作用力。