一种可抑制玻璃纤维束变形的玻璃纤维表面处理方法

技术领域

本发明涉及纤维表面处理技术领域，尤其涉及一种可抑制玻璃纤维束变形的玻璃纤维表面处理方法。

背景技术

液态复合材料树脂传递模塑(RTM)和真空辅助树脂传递模塑(VaRTM)成型工艺被广泛应用于航空、汽车、船舶等大型复合材料结构件的制造中，且具有较高的成本效益。这些制造工艺的主要原理是用液体树脂浸渍玻璃纤维、碳纤维等增强材料。但是，复合材料制造过程中，液体树脂流动和压力等原因会出现的纤维束变形等问题，从而降低复合材料的力学性能。鉴于此，减少纤维束变形是复合材料领域的重要课题之一，其主要解决途径之一就是对纤维增强材料进行表面处理。

明胶由于其独特的特性广泛的应用于生物、医药等各种领域，但其力学性能较差限制了明胶的实际应用。然而，明胶复合材料相关研究报道，虽然明胶本身的力学性能较差，但明胶具有提高其复合材料拉伸强度和延伸率等力学性能的作用。Wan等人通过溶剂浇铸法或溶液浸渍法制备了碳纤维增强明胶复合材料，研究纤维体积分数、甘油含量、明胶含量、纤维形态等参数对复合材料的力学性能(拉伸强度和模量、断裂伸长率和剪切强度等)影响规律。Rodríguez-Castellanos等人研究了以水解玉米淀粉-明胶为基体，以纤维素为增强材料，利用双螺杆同向旋转挤出机制备了玉米淀粉/明胶/纤维素复合材料。Zaman等人研究了明胶含量变化和γ射线辐射对聚己内酯/明胶薄膜复合材料力学性能的影响。因此，针对纤维增强复合材料制造过程中存在的纤维束变形问题，本发明提出了新的表面处理方式。

由于未处理过的玻璃纤维具有滞后现象，从而一旦发生过变形的玻璃纤维束就不会随树脂流速的减少而恢复其形状；然而，利用明胶表明处理过的玻璃纤维非卷曲织物，由于树脂流速大引起纤维束变形后，在树脂流速变小的情况下可以恢复其形状。针对上述问题，本申请尝试了用明胶水溶液处理玻璃纤维表面的方法抑制玻璃纤维束变形，将为纤维增强复合材料的制备及其较高的力学性能提供了新的研究思路。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种可抑制玻璃纤维束变形的玻璃纤维表面处理方法，其不仅可以抑制玻璃纤维束变形，减少滞后现象，同时还可以提高复合材料的力学性能。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种可抑制玻璃纤维束变形的玻璃纤维表面处理方法，包括以下步骤：

步骤1、制备明胶水溶液，明胶水溶液的浓度为10-20wt％；

步骤2、将玻璃纤维非屈曲织物浸泡于步骤(1)中制备的明胶水溶液中，使玻璃纤维非屈曲织物表面充分润湿于明胶水溶液中并对其进行表面处理，实现明胶覆盖到玻璃纤维非屈曲织物表面；

步骤3、对步骤(2)中玻璃纤维非屈曲织物进行烘干处理，实现明胶固定玻璃纤维非屈曲织物表面的玻璃纤维束，起到抑制玻璃纤维束变形及减少滞后现象。

优选地，所述步骤(1)中，明胶水溶液中明胶粘度为30～40mPa.s。

优选地，所述步骤(2)中，表面处理温度为50～70℃，表面处理时间为4～7小时。

优选地，所述步骤(3)中，烘干温度为100℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明不仅在树脂流速大时，增强了玻璃纤维束变形抑制效果，而且树脂流速变小时还可以恢复玻璃纤维束的形状。

2、本发明操作简单、成本较低、操作条件要求低，有利于进行大规模工业化生产。

附图说明

图1为本发明不同流速下玻璃纤维非屈曲织物的变形行为示意图。

图中：(a)表面未处理的玻璃纤维束，(b)表面经明胶处理的玻璃纤维束。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

利用粘度为30～40mPa.s的明胶，制备浓度为10wt％的明胶水溶液，将玻璃纤维非屈曲织物浸泡于明胶水溶液中，在50℃表面处理温度下持续4小时，使玻璃纤维非屈曲织物表面充分润湿于明胶水溶液中。最后在100℃下烘干实现明胶固定玻璃纤维束的玻璃纤维非屈曲织物。

实施例2：

利用粘度为30～40mPa.s的明胶，制备浓度为15wt％的明胶水溶液，将玻璃纤维非屈曲织物浸泡于明胶水溶液中，在60℃表面处理温度下持续5小时，使玻璃纤维非屈曲织物表面充分润湿于明胶水溶液中。最后在100℃下烘干实现明胶固定玻璃纤维束的玻璃纤维非屈曲织物。

实施例3：

利用粘度为30～40mPa.s的明胶，制备浓度为20wt％的明胶水溶液，将玻璃纤维非屈曲织物浸泡于明胶水溶液中，在70℃表面处理温度下持续6小时，使玻璃纤维非屈曲织物表面充分润湿于明胶水溶液中。最后在100℃下烘干实现明胶固定玻璃纤维束的玻璃纤维非屈曲织物。

性能检测：

将上述各实施例所得明胶表面处理的玻璃纤维非屈曲织物的纤维束变形通过在各种树脂流动速度下进行检测，具体包括：将经明胶表面处理的玻璃纤维非屈曲织物叠放到RTM模具中，使其体积百分比达到50％，并将硅油(粘度：0.0965Pa·s(25℃以下)，表面张力：20.9mN/m)以不同的流速(50，100,200,400mm

表1

由表1和图1的结果可知，本发明采用上述方法对玻璃纤维非屈曲织物表面处理后，不仅减少了树脂流速大的时候的玻璃纤维束的变形，也减少了滞后现象，使树脂流速变小后玻璃纤维束恢复其形状。

本发明中披露的说明和实践，对于本技术领域的普通技术人员来说，都是易于思考和理解的，且在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进，也应视为本发明的保护范围。