Các phương pháp chính để tăng cường độ liên kết giao diện trong vật liệu composite sợi thủy tinh

Trong vật liệu composite, hiệu suất của sợi thủy tinh như một thành phần gia cường chính phụ thuộc phần lớn vào khả năng liên kết giao diện giữa sợi và nền. Độ bền của liên kết giao diện này quyết định khả năng truyền ứng suất khi sợi thủy tinh chịu tải, cũng như độ ổn định của sợi thủy tinh khi cường độ cao. Nhìn chung, liên kết giao diện giữa sợi thủy tinh và nền rất yếu, điều này hạn chế việc ứng dụng sợi thủy tinh trong vật liệu composite hiệu suất cao. Do đó, việc sử dụng quy trình phủ chất định cỡ để tối ưu hóa cấu trúc giao diện và tăng cường liên kết giao diện là một phương pháp quan trọng để cải thiện hiệu suất của vật liệu composite sợi thủy tinh.

Một tác nhân định cỡ tạo thành một lớp phân tử trên bề mặt củasợi thủy tinh, có thể làm giảm hiệu quả sức căng bề mặt, làm cho bề mặt sợi thủy tinh trở nên ưa nước hoặc ưa dầu hơn, từ đó cải thiện khả năng tương thích với nền. Ví dụ, việc sử dụng chất định hình có chứa các nhóm hoạt tính hóa học có thể tạo liên kết hóa học với bề mặt sợi thủy tinh, từ đó tăng cường hơn nữa độ bền liên kết bề mặt.

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chất định cỡ nano có thể phủ bề mặt sợi thủy tinh đồng đều hơn, tăng cường liên kết cơ học và hóa học giữa sợi và nền, từ đó cải thiện hiệu quả các tính chất cơ học của sợi. Đồng thời, công thức chất định cỡ phù hợp có thể điều chỉnh năng lượng bề mặt của sợi và thay đổi khả năng thấm ướt của sợi thủy tinh, tạo ra độ bám dính giao diện mạnh mẽ giữa sợi và các vật liệu nền khác nhau.

Các quy trình phủ khác nhau cũng có tác động đáng kể đến việc cải thiện độ bền liên kết giao diện. Ví dụ, lớp phủ hỗ trợ plasma có thể sử dụng khí ion hóa để xử lýsợi thủy tinhbề mặt, loại bỏ chất hữu cơ và tạp chất, tăng hoạt động bề mặt và do đó cải thiện khả năng liên kết của chất định hình với bề mặt sợi.

Bản thân vật liệu nền cũng đóng vai trò quan trọng trong liên kết giao diện. Việc phát triển các công thức nền mới có ái lực hóa học mạnh hơn với sợi thủy tinh đã qua xử lý có thể mang lại những cải tiến đáng kể. Ví dụ, các nền có nồng độ nhóm phản ứng cao có thể hình thành liên kết cộng hóa trị mạnh hơn với chất định hình trên bề mặt sợi. Hơn nữa, việc điều chỉnh độ nhớt và đặc tính chảy của vật liệu nền có thể đảm bảo khả năng thấm tốt hơn vào bó sợi, giảm thiểu các lỗ rỗng và khuyết tật tại giao diện, vốn là nguyên nhân phổ biến gây ra điểm yếu.

Bản thân quá trình sản xuất có thể được tối ưu hóa để cải thiện liên kết giao diện. Các kỹ thuật nhưtruyền chân khônghoặcđúc chuyển nhựa (RTM)có thể đảm bảo làm ướt đồng đều và hoàn toàn hơnsợi thủy tinhbằng ma trận, loại bỏ các túi khí có thể làm yếu liên kết. Ngoài ra, việc áp dụng áp lực bên ngoài hoặc sử dụng các chu kỳ nhiệt độ được kiểm soát trong quá trình đóng rắn có thể thúc đẩy sự tiếp xúc chặt chẽ hơn giữa sợi và ma trận, dẫn đến mức độ liên kết chéo cao hơn và giao diện bền hơn.

Cải thiện độ bền liên kết giao diện của vật liệu composite sợi thủy tinh là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng với nhiều ứng dụng thực tiễn đáng kể. Mặc dù việc sử dụng các tác nhân định cỡ và các quy trình phủ khác nhau là nền tảng của nỗ lực này, nhưng vẫn còn một số hướng nghiên cứu khác đang được khám phá để nâng cao hiệu suất hơn nữa.