水对玻璃-树脂界面的作用

  在玻璃钢中,存在着由合成树脂与玻璃纤维形成的界面。实验证明,玻璃钢对水分的敏感性很大,玻璃纤维-树脂界面又是玻璃钢对水分敏感的区域。玻璃钢的强度随湿度的增大而下降。
  侵入玻璃-树脂界面的水,会对玻璃纤维起破坏作用。这跟水对单独纤维的破坏作用是一样的。同时侵入玻璃-树脂界面的水还可使树脂降解。玻璃钢中的树脂由于玻璃-树脂界面的存在,使树脂与水接触的面积增加很多,因此水对树脂的作用也就加剧。由于玻璃纤维受到水的作用形成OH-使水呈碱性,所以与树脂作用的水也将是碱性的
  那么水是如何侵入树脂-纤维的界面呢?
  在一般的玻璃钢生产中,由于用粘度大的树脂浸渍玻璃纤维及其织物时,总是难以避免裹入小气泡。既使采取特殊措施也只能减少小气泡的数量,但却不能完全阻止这种小汽泡的裹入。存在气泡的玻璃钢,当受到应力时引起内部的破坏,从而造成水分侵入的通道。微观分析指出,玻璃钢中的玻璃纤维周围有空隙及气泡,而且微小的气泡往往互相连通,在界面上形成连续的通路。水分容易沿着这样的界面移动而达到很深的部位。水在玻璃钢中,顺着纤维方向扩散的速度大约是垂直方向的30-60倍。
  不论是哪一种热固性树脂,为了使它们固化,一般都使用固化剂。固化剂加入树脂后,通过搅拌,力求在树脂中均匀分布,然而绝对均匀是不可能的,结果固化剂所在的那个点就成为反应的中心,而以辐射状向四面八方延伸,形成了中心密度大,边缘密度小的非均匀结构。密度大的叫胶粒或胶束,密度小的叫做胶絮。结果在聚合反应结束后,在胶粒或胶束周围留下了部分反应或未反应的物质。低密度区域成为树脂相的薄弱区域,也是水分侵入的通道,即使是耐水的树脂也不可避免水分通过树脂相进行扩散。
  在玻璃-树脂界面上,玻璃纤维对树脂各组分的吸附附能力不一样,它是优先吸附那些能够较多地降低它的表面自由能的物质,有些组分被优先吸附上去。结果界面树脂层在组成上及固化后的树脂结构上,都与树脂本体产生差异。
  树脂内杂质的存在,尤其是存在水溶性无机物质情况下,当水进入时,因渗透压的关系形成高压袋,高压袋会导致裂纹的产生。玻璃钢在固化过程中,树脂将收缩,同时树脂及纤维两者的线膨胀系数也不一致,故实际玻璃钢内部的应力分布是不均匀的,在界面处的应力分布也是不平衡的,往往在界面的某些点上集中了比平均应力高得多的应力,这种应力能够使树脂形成裂缝,界面也形成裂缝,甚至使界面的某些部分引起破裂。这就是说,由于种种原因,在非均
匀结构的树脂内及玻璃-树脂界面上都存在裂纹。这些裂纹或裂缝都是水侵入的通道。特别是水分子沿着玻璃-树脂界面扩散的速率比通过树脂大450倍。
  在荷载、水分、热等因素的作用下,裂纹的宽度和深度都会加大,水分更易侵入。渗透进来的水分子达到界面,则使界面粘结力减弱,减弱了树脂传递应力的能力,侵蚀玻阶纤维,促进其水解和微裂纹漫延,降低了拉伸强度,因此玻璃钢的性能变坏。
  上述气泡、微孔、裂纹、毛细管、分子间或分子内的“间隙”的存在,不仅是玻璃钢的特性,也是一切具有多相结构的复合材料所固有的。
  偶联剂膜的作用,使界面上低密度树脂因偶联剂膜的影响而增加其密度,从而可以阻止水的渗入。