中图法分类号：TQ171.77+7.72 文献标识码：A
唐昌万
商丘邹丽（四川省玻纤集团有限公司，德阳 618500）
摘 要：将双氨基硅烷偶联剂KH-843尝试使用到无碱玻璃纤维布后处理中进行试验，与常见单氨基硅烷偶联剂KH-550和环氧基硅烷偶联剂KH-560对比，对比它们配制成水解溶液的表面张力，对比使用它们处理后的玻璃纤维布的浸透性；将双氨基硅烷偶联剂处理的玻璃纤维布浸胶制成半固化胶片后，压制成层压板，测试主要的电学性能和力学性能指标，表明双氨基硅烷偶联剂应用于玻璃纤维布的后处理，可以有效提高玻璃纤维布的浸透性，能够满足复合材料行业的需求。 关键词：双氨基硅烷偶联剂；无碱玻璃纤维布后处理；浸透性；复合材料
Study on the Use of Diamino Silane Coupling Agent in Post-finishing of E-Glass Cloth
Tang Changwan
(Sichuan Fiberglass Group Co., Ltd., Deyang 618500)
Abstract：The diamino silane coupling agent KH-843 was attempted to the post- finishing of E-glass cloth. The surface tension of the coupling agent aqueous solution and the wet-out rate of treated glass cloth were compared with those of the cloths treated using single amino silane coupling agent KH-550 and epoxy silane coupling agent KH-560 respectively. The electrical and mechanical properties of laminate laminates fabricated from KH-843 treated glass cloth were studied. The results have shown that using the new coupling agent in the post- finishing of E-glass cloth can effectively improve the wet-out rate and can meet the needs of the composites industry.
Keywords：diamino silane coupling agent ; E-Glass cloth ; post- finishing ; wet-out rate ; composites
0 前言
商业综合体策划玻璃纤维按照其化学成分中碱金属氧化物的含量分为无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和高碱玻璃纤维，其中无碱玻璃纤维常用作电工绝缘材料和电子印制线路板的增强材料［1-3］。玻璃纤维在拉丝过程中必须涂覆浸润剂，赋予玻璃纤维集束、柔软、耐磨等性能，便于其纺织、后加工；玻璃纤维经加捻织
布后，采取高温烧蚀的办法将浸润剂去除掉，然后使用化学处理的方法，在玻璃纤维布表面结合一层偶
收稿日期：2018-02-12
修回日期：2018-03-08
作者简介：唐昌万（1974-），男，工程师。主要从事玻璃纤维布后处理及其在复合材料中的应用生产与研究。
联剂，使玻璃纤维布与树脂结合得更加牢固，改善复合材料的力学性能、加工性能，尤其对湿热条件下的长期使用帮助极大［2-3］。
在复合材料生产成型过程中，基体材料（树脂）与增强材料（纤维）之间良好的浸润性非常重要，它是复合材料获得良好界面性能的前提，从而为复合材料的优良性能和稳定性提供坚实的基础［4-6］。玻璃纤维作为增强材料被广泛应用于纤维增强树脂基复合材料中，偶联剂处理玻璃纤维是改善纤维与树脂之间浸润性，提高玻璃纤维增强树脂基复合材料综合性能的重要手段［7］。
偶联剂是具有两种以上不同性质官能团的化合物，一种官能团是亲无机物的基团，另一种是亲有机物的基团［7，8］。常用的偶联剂品种很多，主要包括硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂等［7，8］。玻璃纤维布后处理通常采用硅烷偶联剂，化学通式用Y-Si-X3表示，其中X为可水解、亲无机物基团，主要包括甲氧基、乙氧基、卤素、乙酰氧基等，水解形成Si-OH结构，可与玻璃纤维表面牢固结合；Y为非水解、亲有机物基团，如乙烯基、氨基和环氧基，制造复合材料时可与不同的高分子树脂发生交联反应［8］。
在无碱玻璃纤维布后处理生产过程中，一般使用氨基硅烷KH-550，或环氧基硅烷KH560。它们的共同缺点是处理的玻璃纤维布在复合材料生产时，树脂对玻璃纤维布的浸透性不太好，浸润速度较慢，尤其当采用自动化程度较高的上胶机上胶时，车速比较慢，不能很好发挥设备的效率。本文尝试使用双氨基偶联剂处理玻璃纤维布试验，希望能够到提高玻璃纤维布浸透速度的突破口。
1 试验
1.1 试验设计
相比于单氨基硅烷偶联剂，双氨基偶联剂的分子极性大，应该更有利于在玻璃纤维布表面的扩展，其亲有机官能团为氨基，与环氧树脂和酚醛树脂的交联反应也没有问题。
采用测定双氨基偶联剂KH-843的水解溶液表面张力的方法，并与常用的氨基硅烷KH-550、环氧基硅烷KH560水解液对比，来确认偶联剂在玻璃纤维布表面的扩展性能。对不同偶联剂处理的玻璃纤维布进行靶环浸透性试验，测试浸透性能，观察改善的程度；满足复合材料行业的应用是根本，这需要压制成层压板进行电性能和力学性能的测试。
1.2 试验设备和材料
1.2.1 试验设备
DCAT21液体表面张力测试仪，北京东方德菲仪器公司；
101-3A电热鼓风干燥箱，北京中兴伟业仪器有限公司；
赵尔丰
MD400-100T真空试验层压机，临安丰源电器设备公司。
1.2.2 试验材料
冰醋酸，成都科龙化工试剂厂；
双氨基硅烷偶联剂KH-843，成都科龙化工试剂厂；
单氨基硅烷偶联剂KH-550，江苏晨光偶联剂有限公司；
控制变量法
环氧基硅烷偶联剂KH-560，丹阳有机硅有限公司；
环氧树脂E-44，中国石化巴陵环氧事业部；
酚醛树脂8411，濮阳蔚林化工股份有限公司；
无碱玻璃纤维布EW200-127，四川省玻纤集团有限公司。
2 结果与讨论
2.1 双氨基硅烷偶联剂结构分析
常用的单氨基偶联剂是KH-550，化学名称3-氨丙基三乙氧基硅烷；本实验使用的双氨基偶联剂
KH-843，化学名称为N-（2-氨乙基）-3-氨丙基三乙氧基硅烷，它们的化学结构式如图1所示。
从结构式上看，KH-843相比KH-550，碳链加长了两个碳原子，更主要的是，增加了一个氨基。它们在水中分散后，乙氧基水解形成3个羟基，都很容易溶于水；氨基是强极性的基团，两个氨基的极性更大；可以预测，双氨基的KH-843的水解溶液表面张力更小，在处理玻璃纤维布时能够更容易地铺
加勒比展在纤维的表面。
2.2 偶联剂溶液表面张力对比测试
取3个烧杯，分别盛装100 ml蒸馏水，加入冰醋酸调节pH值至4~5；分别取KH-550、KH-560和KH-843 3种偶联剂各1 ml，搅拌的情况下分别滴加
到前述盛装蒸馏水的烧杯中，搅拌至清澈透明。测试对比它们的表面张力（表1）。
表1 3种偶联剂溶液表面张力对比表
烧杯编号1#2#3#偶联剂溶液名称KH-550KH-560KH-843表面张力/mN·m -1
49.3
52.4
30.8
从表1数据明显看出，双氨基偶联剂配制的水解溶液，其表面张力明显低于单氨基型和环氧基型偶联剂。从溶液极性分析，溶液中溶质的分子极性越大，铺展性越好，所以其表面张力就越低。使用这种偶联剂溶液处理玻璃布，偶联剂在纤维表面铺展速度快，出现未铺展到的缺陷的可能性小，能够有效改善玻璃纤维表面惰性，更有利于树脂在玻璃纤维布表面的浸润和浸透，避免浸透不良出现的缺陷。
2.3 处理布的浸透性对比测试
用2.2中配制的3种偶联剂溶液处理无碱玻璃纤维布EW200-127，自然晾干至不滴水；烘箱升温至140~150 ℃，将布挂入烘箱中，保温3 min，取出，自然冷却至常温。市售环氧树脂E-44、酚醛树脂8411和丙酮，按照1∶2∶1的比例配制，搅拌形成均匀的树脂胶液。根据靶环试验规则［9］，使用上述胶液来测试3种偶联剂处理的玻璃布的浸透性。具体数据见表2。
表2 3种偶联剂处理EW200玻璃布靶环试验对比表
玻璃布编号1#2#3#处理剂偶联剂名称
KH-550KH-560KH-843靶环试验/s
6849
7924
4498
靶环试验数据表明，使用双氨基偶联剂KH-843处理的EW200玻璃纤维布，比KH-550处理的玻璃布浸透时间缩短35%，比KH-560处理的玻璃布浸透时间缩短43%，浸透性明显提高。这十分有利于复合材料厂在玻璃纤维布预浸胶片时提高上胶机设备效率和保持胶片质量的一致性。
2.4 双氨基偶联剂处理布层压板测试
按照前面2.2中的方法配制KH-843水溶液，再按照2.3中的方法对EW200玻璃纤维布进行处理；按照2.3中的方法预浸胶片，将该胶片叠层，在真空试验层压机中压制层压板，按照GB/T1303.4-2009标准中型号为EPGC201的要求［10］，送四川大学高
图1 KH-550和KH-843
化学结构式
泉州汽车运输总公司. KH-550
b. KH-843
分子材料工程重点实验室进行电气性能和力学性能测试，测试结果如表3所示。
测试数据表明，该层压板完全满足GB/T1303.4-2009标准中型号为EPGC201的产品的指标要求。也就是说，双氨基偶联剂处理的无碱玻璃纤维布能够满足绝缘材料电气性能和力学性能的要求。
表3 KH-843处理玻璃布环氧层压板性能测试表
序号指标名称单位指标要求测试数据1垂直层向弯曲强度MPa≥340443
2平行层向冲击强度（简支梁法）kJ/m2≥3357.4 3拉伸断裂强度MPa≥350375
4垂直层向电气强度（90 ℃油中，20 s逐级升压法）kV/mm≥13.318.1 5平行层向击穿气度（90 ℃油中）kV≥3542
6浸水后绝缘电阻MΩ5×104 2.2×106 7介电常数（50 Hz）—≤5.5 4.69 8介质损耗因素（50 Hz）—≤
0.040.0192
3 结论
（1）化学结构式分析和表面张力测试表明，双氨基偶联剂的分子极性大，表面张力小，有利于改善玻璃纤维布表面处理效果。
（2）通过靶环试验验证，双氨基偶联剂应用于无碱玻璃纤维布的后处理，可以有效改善偶联剂在玻璃纤维表面的铺展性，从而提高环氧树脂胶液在玻璃布上的浸透性，提高上胶的劳动效率。
（3）使用双氨基偶联剂处理的无碱玻璃纤维布压制的环氧层压板，能够满足绝缘材料电气性能和力学性能的要求。
参考文献
［1］张耀明，李巨白，姜肇中. 玻璃纤维与矿物棉全书［J］. 北京：化学工业出版社，2001.
［2］金桥，危良才. 我国玻璃纤维产品发展回顾［J］. 新材料产业，2013 （4）：61-63.
［3］俞翔霄，俞赞琪，陆惠英. 环氧树脂电绝缘材料［M］. 北京：
化学工业出版社，2007.
［4］张佐光，陈亮，李敏，等. 纤维/树脂浸润测试仪的研制与应用［J］. 北京航空航天大学学报，2005，31（3）：359-362.［5］杨虎，邢益攀. 复合材料中增强体充分浸润的方法与设备的研究［J］. 第十届中国覆铜板市场· 技术研讨会论文集，2009.［6］张志坚，王富峰，杜家奎，等. 电子级玻璃纤维布表面处理研究［J］. 玻璃纤维，2017（2）： 6-8.
［7］刘亚兰，申士杰，李龙，等. 偶联剂处理玻璃纤维表面的研究进展［J］. 绝缘材料，2010，43（4）：34-39.
［8］谢常庆. 增强树脂用玻璃纤维表面处理技术研究进展［J］.
四川兵工学报，2014，35（10）：125-127.
［9］国际标准化组织.ISO/TR 3717：1975纺织玻璃纤维—毡和机织物—树脂浸透时间的测定［S］.北京：中国标准出版社，1994：20-24.
［10］全国量和单位标准化技术委员会.GB/T1303.4-2009，电气用热固性树脂工业硬质层压板第4部分：环氧树脂硬质层压
板［S］.北京：中国标准中国标准出版社，2009:15-18.
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