纤维浸润剂的作用
纤维浸润剂是在成型后立即施加于玻璃纤维、碳纤维及其他增强长丝上的多功能表面处理剂，同时承担加工保护和结构性功能：
- 浸润剂在高速织造/卷绕过程中保护长丝，减少断丝，将长丝黏合成具有内聚力的束丝
- 对于复合材料：浸润剂控制纤维-基体界面粘接——错误的浸润剂可使复合材料强度减半
- 两阶段功能：临时加工助剂（润滑剂、抗静电剂）+ 永久性偶联剂（硅烷）
若浸润剂配方不当，纺织加工过程中的长丝损伤会造成断丝和表面缺陷，在固化的复合材料层压板中形成应力集中点。对于结构性复合材料应用——航空航天、风叶、汽车——浸润剂化学是关键工程参数，而非普通大宗商品。
玻璃纤维浸润剂配方
玻璃纤维浸润剂浴液是多种功能组分的水性分散液，以灼烧减量（LOI）计施加量为 0.5–1.5%（占纤维重量）：
| 组分 | 功能 | 典型用量 |
|---|---|---|
| 硅烷偶联剂（KH-550/560/570） | 基体粘接 | 纤维重量的 0.2–0.5% |
| 成膜剂（PU 或环氧乳液） | 束丝完整性 | 1–3% |
| 润滑剂（PEG 酯、矿物油乳液） | 加工润滑性 | 0.1–0.5% |
| 抗静电剂 | 静电消散 | 0.05–0.2% |
成膜剂是主要组分，必须与最终使用的基体树脂相兼容。航空航天和电气层压板使用环氧相容性成膜剂；机织布和缠绕管道使用 PU 成膜剂；拉挤型材使用聚酯相容性成膜剂。硅烷偶联剂用量虽少，但对复合材料力学性能的影响不成比例。
按基体树脂选择硅烷
偶联效率要求硅烷官能团与基体树脂固化化学体系相兼容：
| 基体 | 硅烷 | 官能团 |
|---|---|---|
| 环氧树脂 | KH-560（γ-缩水甘油氧基） | 环氧基 |
| 聚酯/乙烯基酯 | KH-570（γ-甲基丙烯酰氧基） | 甲基丙烯酰氧基 |
| 聚氨酯 | KH-550（γ-氨基） | 氨基 |
| 聚烯烃（PP、PE） | A-171（乙烯基） | 乙烯基 |
| 酚醛树脂 | KH-550 或 KH-792 | 氨基/二胺基 |
硅烷与树脂不匹配会在湿热老化时优先在界面处发生失效，形成弱的界面键合。短梁剪切强度和层间剪切强度（ILSS）测试是浸润剂定性评价的标准方法。适当浸润的玻璃纤维复合材料在 1000 h 水浸后仍可保留干态强度的 80–90%；未浸润或浸润剂不匹配的纤维保留率可能仅为 40–50%。
碳纤维表面处理
碳纤维与玻璃纤维的表面化学要求不同，因为石墨化表面本身表面能低、活性位点少：
- 碳纤维通过阳极氧化（电化学氧化）引入 –COOH 和 –OH 基团，然后施加浸润剂
- 碳纤维浸润剂通常为环氧相容型（KH-560 或环氧乳液成膜剂）
- 碳纤维上的硅烷施加量：0.05–0.15%（远低于玻璃纤维，因为碳纤维直径更小、比表面积更大）
阳极氧化在碳化和石墨化后立即在线完成，在浸润剂浴前进行。氧化深度较浅（1–5 nm），但足以将纤维表面惰性的石墨基面转化为具有反应活性、可润湿的界面层。氧化后的浸润剂与新引入的表面含氧基团以及基体树脂发生共价键合，形成从纤维到树脂的连续载荷传递路径。