玻璃纤维浸润剂
玻璃纤维浸润剂这一名称是从物理学上的“浸润”衍生而来。在物理学上，“浸润”定义如下：“当液相与固相接触时，液相可以沿着固相表面不断扩展而相互融合，此现象称为浸润；反之，液相表面不断收缩，则称之为不浸润。”
玻璃纤维浸润剂能改变玻璃纤维的表面状态，不仅满足了玻纤原丝后道工序加工性能的要求而且在复合材料中还能促进玻璃纤维增强体与高分子聚合物基体的结合，是决定玻璃纤维增强复合材料最终性能的重要因素。
玻璃纤维浸润剂可分为三大类，一类是纺织型浸润剂，第二类是增强型浸润剂，还有一类是增强纺织型浸润剂。浸润剂通常由成膜剂或粘结剂、偶联剂、抗静电剂、润滑剂、保湿剂、调节剂等多种组分组成，一般配制成固含量为5%-10%、以水为介质的乳液，是影响玻璃纤维增强复合材料界面结合强度的关键因素。
玻璃纤维浸润剂的主要作用是连结玻璃纤维和基体树脂并在界面层传递应力，具有以下性能：
1.浸润剂中的偶联剂必须起到桥梁的作用，在复合材料制备过程中能与纤维中的二氧化硅发生反应，形成化学键合，并能和聚合物基体发生反应，产生化学结合；
2.浸润剂中的成膜组分对玻璃纤维表面具有良好的粘结作用，与树脂有良好的相容性，同时产生固化反应。
3.浸润剂中的润滑剂、抗静电剂等也必须能溶解或扩散于基体树脂中，尽量减少各种助剂对界面粘结的影响。玻璃纤维浸润剂，经加热烘干后形成厚度极小的薄膜。偶联剂吸附在玻璃表面并发生化学反应，成膜剂，在原丝烘干过程中聚结成树脂层膜，对原丝起着集束和保护作用，各种助剂在成膜过程中迁移到浸润剂膜的表面，直接与气相接触，这几个组分在烘干温度下相互扩散，相互融合，形成一个有浓度梯度的复杂结构层。
浸润剂的作用
浸润剂的作用可概括为以下四个方面：
1.润滑保护作用。包括玻璃纤维池窑拉丝过程中的湿润滑以及玻璃纤维后加工过程中所需的干润滑。湿润滑指浸润剂中的“润滑剂组分”在玻璃纤维拉丝过程中使玻璃纤维原丝与涂油器及集束槽之间保持一定润滑。干润滑指在后加工过程中避免玻璃纤维原丝与纺织机械之间由于摩擦系数过大而引起的原丝张力不均，进而造成飞丝及原丝退解困难。
2.粘结集束作用。浸润剂中的成膜剂粘结组分可以使玻璃纤维单丝粘结成一束玻璃纤维原丝，保证原丝的完整性，避免应力集中于一根或数根单丝上，以减少断丝或散丝，便于原丝筒的退解及玻璃纤维纱的纺织后加工，保持玻璃纤维纱的完整性、流动性，减少因施加张力而产生的毛团。
3.为玻璃纤维提供后续加工和应用所需的特性。包括短切性、成带性、分散性等，特别是玻璃纤维在树脂等基材中所要求的能够迅速浸润的性能等。
4.使玻璃纤维增强体与树脂基体具有良好的界面相容性及界面化学结合等性能，起到增强效果。
浸润剂的组成
浸润剂是多种有机物和无机物混合而成的体系。从外观看，可以是溶液、乳液、触变型胶体或膏体。其主要组成为粘结成膜剂、润滑剂、抗静电剂及偶联剂。在某些浸润剂配方中还可能使用一些辅助组分，如润湿剂、调节剂、防腐剂、增塑剂、交联剂、消泡剂、颜料等。
成膜剂对浸润剂的性能和作用有重要影响，是浸润剂中的关键组分，在浸润剂配方中用量最大，占2%-5%。偶联剂，是通过其本身的两种不同反应性质，把玻璃纤维与树脂等高分子聚合物结合起来，起到桥梁作用，实现无机物和有机物之间良好的界面结合，在浸润剂组成中，偶联剂用量为0.2%-2.0%，使用偶联剂是增强型浸润剂的特征之一。
成膜剂
成膜剂是玻璃纤维浸润剂的主要成分，亦称为粘结剂或集束剂，决定着玻璃纤维的纺织等后加工性能及增强复合材料制品的性能，尤其是增强型浸润剂。成膜剂是实现单丝集束，保证原丝完整性的主要组分，决定了玻璃纤维原丝的硬挺性或柔软性，以满足不同品种玻璃纤维制品的工艺要求玻璃纤维浸润剂所用的各类成膜剂，都是高分子聚合物乳液或水溶液。目前在增强热固性复合材料中常用的玻璃纤维浸润剂的成膜剂有以下三大类。
1.聚酯类成膜剂。聚酯树脂成膜剂种类很多，分为外乳化型、自乳化型聚酯乳液及水溶性聚酯，是二元醇或多元醇与饱和的及不饱和的二元酸在高温条件下缩聚反应制得的线型高分子聚合物。该类成膜剂对玻璃纤维有优良的浸润性、浸透性，另外分子结构中含有不饱和双键及酯键，能够与不饱和树脂基体在引发剂作用下发生交联反应，形成牢固的化学键或物理缠绕，因此，选择聚酯成膜剂涂覆玻璃纤维时，还具有优秀的界面强度。
乙烯基酯树脂是由甲基丙烯酸与环氧树脂反应，并加入交联剂苯乙烯而制得的一种热固性树脂。它具有环氧树脂和不饱和聚酯树脂的双重特性，既结合了环氧树脂优异的力学性能及化学稳定性，同时又具备不饱和聚酯树脂良好的加工工艺性能，其价格也介于两者之间。由于分子链两端含有不饱和双键，在受力状态下，整个分子链可以伸长，从而更好的吸收机械能及热冲击，因此具有很好的抗冲击及耐开裂的性能。乙烯基酯树脂广泛应用于化工电子、石油输送、环保、船舶、汽车等行业，是一种良好的聚酯类成膜剂。
2.环氧类成膜剂。环氧树脂分子链中含有醇基、醚基，两端具有反应活性。由于含有化学活泼性强、高极性环氧基团以及极性强的醚基与羟基，对其它分子产生很强的吸力，所以环氧树脂具有极好的粘结力。
环氧树脂成膜剂一般分为两种，一种是乳液型，是由环氧树脂和适当的乳化剂、溶剂等利用专用机械乳化装置进行乳化而形成的粒径分布均匀的乳液；另一种是水溶性环氧树脂，是用环氧树脂与酸类、胺类及多元醇等亲水性反应物进行开环接枝反应而得到的溶于水的透明溶液。用环氧树脂成膜剂制备的玻璃纤维集束性能好、柔软性高、耐机械性好。一般情况下，分子量小的环氧树脂成膜剂主要用在缠绕、拉挤工艺的浸润剂中，而分子量大的主要用于SMC、BMC喷射工艺的浸润剂。
3.聚氨酯类成膜剂。分子链上含有重复的氨基甲酸酯的高分子聚合物称为聚氨基甲酸酯，简称聚氨酯。聚氨酯乳液含有极性很强的氨酯键，对玻璃纤维粘结集束性好。分子链段中软段和硬段相结合，所以膜的弹性特别好，对玻璃纤维的保护作用优于其他品种的成膜剂。
聚氨酯乳液通常是由聚醚、聚酯、二元醇与异氰酸酯，先制成预聚体，并用扩链剂扩链，再加水分散制得。通过采用不同结构的二元醇、不同品种的异氰酸酯及扩链剂，可以调节氨酯基在分子中的间隔大小及软段硬段比例，合成性能差异很大的聚氨酯乳液。聚氨酯乳液以其优异的性能，成为浸润剂成膜剂中发展最快的一种新型成膜剂。国外已形成大规模聚氨酯生产行业，品种繁多，性能优异，在玻璃纤维浸润剂中应用领域日趋广泛。而国内目前还无法大量生产浸润剂专用的高质量的聚氨酯乳液，基本上依靠进口，价格昂贵。
偶联剂
偶联剂一般由两部分组成，一部分是亲无机基团，可与无机增强材料发生反应；另一部分是亲有机基团，可与合成树脂基体发生反应。因此，偶联剂可起到桥梁作用，实现无机物玻璃纤维增强体和有机物树脂基体之间良好的界面结合。
偶联剂的种类很多，如硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂、钛酸酯偶联剂、有机硅过氧化物偶联剂等。最常用及种类最多的是硅烷偶联剂，其一般都含有3个水解硅氧烷基基团-OCH3或-OC2H5，在应用时需要先水解为硅羟基，然后与无机物或金属表面的-OH进行脱水、结合；偶联剂中的有机大分子链能与基体的大分子链相互扩散和缠结，使填料与基体之间形成有效的界面结合。偶联剂通过化学偶联和物理缠结的方式，使高分子聚合物与无机物或金属两种性质差别很大的材料实现界面粘接。
润滑剂和抗静电剂
玻璃纤维润滑剂大体包括矿物油类、氢化植物油类、高级醇类、聚乙二醇型非离子表面活性剂、多元醇型非离子表面活性剂以及阳离子表面活性剂等，其中阳离子类使用较多，包括胺盐类、季铵盐类、咪挫琳等。浸润剂中抗静电剂的主要作用是使玻璃纤维表面不易产生静电，并降低摩擦系数。抗静电剂的一类是有机化合物，如脂肪族胺盐、季胺盐以及聚氯乙烯脂肪族胺盐等；另一类是无机化合物中的氯化锂、氯化氨、氯化镁等。
