二氧化硅颗粒改性玻璃纤维毡复合材料的纤维束化策略实现短梁剪切强度与隔热性能的协同增强

本研究针对玻璃纤维毡复合材料（GFFCs）在提升隔热性能和短梁剪切强度（SBSS）方面的挑战，提出采用水性环氧上浆剂负载SiO2颗粒进行改性。通过超声辅助分散和真空辅助树脂传递模塑（VARI）工艺制备夹层复合材料，发现9 wt% SiO2改性促使纤维形成致密束结构，提高极性基团含量和C-O/C-C比率，使SBSS提升28.8%至5.95 MPa，失效模式从纤维拔出转变为树脂/纤维复合断裂，厚度方向导热系数显著降低24.3%至0.1467 W/(m·K)，为低成本大规模生产高性能隔热结构材料提供新途径。

　　

这项研究聚焦于提升玻璃纤维毡复合材料（Glass Fiber Felt Composites, GFFCs）的隔热性能和短梁剪切强度（Short-Beam Shear Strength, SBSS）所面临的挑战。研究人员提出了一种创新方法：利用水性环氧上浆剂将二氧化硅（SiO₂）颗粒负载到玻璃纤维上，并通过超声辅助分散技术实现颗粒的均匀分布。采用真空辅助树脂传递模塑（Vacuum-Assisted Resin Transfer Molding, VARI）工艺制备了夹层结构复合材料。

实验结果表明，SiO₂改性显著改变了复合材料的界面结构。特别是在9 wt% SiO₂样品中，形成了致密的纤维束结构。X射线光电子能谱（XPS）分析证实了极性基团的增加，C-O/C-C比率从0.32提高到0.54。这种结构变化使SBSS提升了28.8%，从4.62 MPa增至5.95 MPa，同时失效模式从纤维拔出转变为树脂与纤维的复合断裂。

在热性能方面，厚度方向的导热系数显著降低了24.3%，从0.1938 W/(m·K)降至0.1467 W/(m·K)，而面内方向的下降幅度较小。这种通过纤维束化实现的物理策略，成功协同增强了材料的力学性能和热绝缘性能，为低成本、大规模生产高性能隔热结构材料提供了新的思路。