硅烷偶联作用对玻璃纤维增强丙烯腈-丁二烯-苯乙烯复合材料力学和性能的影响

《Polymer Composites》：Silane-Coupling Effect on Mechanical and Functional Properties of Glass Fiber-Reinforced Acrylonitrile Butadiene Styrene Composites

硅烷浓度优化提升玻璃纤维/ABS复合材料力学性能与热稳定性，1% APTES结合5mm2网格实现最佳强度（152MPa）和模量（12.61GPa），界面化学键（Si-O-Si、C-N）及热分解温度提升至650°C。

　　

摘要

由于具有轻质和高强度的特性，玻璃纤维增强丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）复合材料被广泛应用于各个行业。然而，在玻璃纤维与ABS基体之间实现足够的界面粘附仍然面临重大挑战。本研究探讨了不同硅烷浓度（0.5%、1%和2%）对复合材料机械性能和界面性能的影响。测试内容包括拉伸强度、杨氏模量以及载荷-位移行为，结果表明硅烷处理增强了玻璃纤维与ABS基体之间的界面结合，从而提高了应力传递和整体机械性能。实验结果显示，当硅烷浓度为1%，且使用5平方毫米的网孔时，材料的拉伸强度和刚度达到最佳值，分别为152兆帕和12.61吉帕。扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析证实了化学键合的改善，并检测到处理过的纤维中存在Si-O-Si和C-N键。热重分析（TGA）表明，处理后的样品热稳定性也得到了提升，其起始分解温度为650摄氏度。由此可见，(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷（APTES）处理不仅提高了机械性能，还延缓了热分解过程，从而增强了热稳定性。通过优化硅烷浓度处理，显著提升了玻璃纤维增强ABS复合材料的机械性能，且所选网孔尺寸实现了强度、刚度和柔性的理想平衡，适用于工业应用。

研究亮点

• 通过优化硅烷处理，拉伸强度和刚度得到提升。
• 在1% APTES浓度下观察到最佳的机械性能。
• 热稳定性提高，起始分解温度为380摄氏度，最高分解温度为515摄氏度。
• SEM分析证实处理后的复合材料中纤维-基体界面粘附力更强。
• FTIR光谱显示APTES处理过的玻璃纤维中形成了Si-O-Si和C-N键。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

本研究文章中包含了所有数据和材料。