不僅增強還能導電?導電玻纖看一看瞧一瞧!
目前,導電玻璃纖維的實現主要采用金屬鍍層的方法,即在玻璃纖維表面鍍上一層金屬實現玻璃纖維的導電特性。近年來,碳納米材料的研究相當活躍,在航空航天、納米傳感器、半導體芯片等領域應用前景巨大,二十一世紀也被稱為 “超碳時代”。納米碳材料具有優異的導電性能,將納米碳材料與玻璃纖維有機結合,制備碳納米涂層玻璃纖維,也將賦予玻璃纖維導電性能。
同時,利用導電玻璃纖維制備復合材料也將突破傳統玻璃纖維復合材料的性能限制,可具備力學性能、電熱性能、電磁屏蔽等綜合功能特性,為功能化復合材料的制備拓展了道路。
金屬鍍層導電玻璃纖維
玻璃纖維金屬鍍層主要包括Ni、Cu、Ag等金屬及一些合金。玻璃纖維表面常用的金屬鍍膜方法有化學鍍、真空濺射、電鍍、化學氣相沉積(CvD)法、高溫分解熱噴涂法等。其中,化學鍍因鍍層較為均勻、基體適應范圍廣、設備簡單等優點,在金屬鍍層領域應用為廣泛。其基本原理為依據氧化還原反應,利用還原劑將鍍液中金屬離子還原成金屬沉積在基體材料表面而形成鍍層。
鍍Cu導電玻璃纖維及功能復合材料
Xu等將玻璃纖維蝕刻、敏化和活化,采用乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na) 絡合劑和N2H4-H20還原劑,通過化學鍍層的方法制備了鍍Cu玻璃纖維,如圖l所示。

鍍Cu玻璃纖維可極大地提高玻璃纖維的導電性,相比其他鍍層金屬,成本也較低。但Cu鍍層在玻璃纖維表面存在不同程度的微小孔洞,會直接影響鍍層的致密程度及導電性能。同時,Cu 鍍層的抗氧化性能較差,也會影響鍍Cu導電玻璃纖維的長期使用。
鍍Ni導電玻璃纖維及功能復合材料
鍍Ni導電玻璃纖維也主要采用化學鍍的方法。李麗波等將玻璃纖維除油、粗化、活化,再經過化學鍍Ni制備了導電玻璃纖維。鍍Ni玻璃纖維表面均勻、平整、無針孔、有金屬光澤,具有較好的導電性和耐腐蝕性能。
鍍Ni玻璃纖維的耐腐蝕性和抗氧化性較好, 其增強復合材料的導電性及電磁屏蔽性能也較為穩定。因此,以Ni元素為主合金鍍層在玻璃纖維中也應用較多,但鍍Ni的導電性能相比其他金屬稍差,價格成本也比Cu高。
鍍Ag導電玻璃纖維及功能復合材料
鍍Ag玻璃纖維作為功能復合材料的填料也具有廣泛的應用前景。曹鼎等以葡萄糖、甲醛和酒石酸鉀鈉為還原劑,通過超聲處理一化學鍍法制備鍍Ag玻璃纖維,如圖所示。

碳材料涂層導電玻璃纖維及功能材料
目前,先進碳材料的研究和利用已成為衡量國防建設、科學技術發展的重要標志。納米碳材料具有優異的導電性能,主要可分為石墨烯、碳納米管、富勒烯、氧化石墨烯(Go)等。
石墨烯涂層導電玻璃纖維及功能復合材料
石墨烯本身具有極高的導電率,制備石墨烯涂層玻璃纖維時,如何保證石墨烯片的相互連接是提高玻璃纖維導電性的關鍵;另外,石墨烯涂層的形態也會影響導電性,如涂層的致密程度、 石墨烯褶皺及缺陷等。采用石墨烯涂層玻璃纖維制備導電復合材料時,由于石墨烯涂層與玻璃纖維沒有鍵合作用,如何防止石墨烯涂層的脫落也是未來研究的重點。同時,目前高質量的石墨烯成本很高,限制了玻璃纖維涂層的大規模應用。
碳納米管涂層導電玻璃纖維及功能復合材料
碳納米管涂層導電玻璃纖維及功能復合材料 在玻璃纖維表面構筑碳納米管主要有三種方法,分別為靜電復合法、化學氣相沉積、電泳沉積法。
由于碳納米管為一維材料,很難制備連續、致密、沿纖維軸向方向的碳納米管涂層,也直接影響了碳納米管涂層玻璃纖維的導電性能,因此,碳納米管涂層玻璃纖維制備的涂層很厚,從而保證纖維的導電性能。另外,碳納米管制備效率低、成本高,也限制了碳納米管涂層玻璃纖維的應用。
以金屬鍍層為基體的化學鍍層是目前導電玻璃纖維制備的主要途徑。但金屬鍍層有質量重、不耐蝕、抗氧化差、與玻璃纖維界面結合性較弱等先天缺陷;同時,化學鍍層需對玻璃纖維基體進行粗化、活化處理,不僅工藝復雜,且活化需要的重金屬價格昂貴,同時產生的重金屬離子還對環境造成污染。
納米碳材料具有優異的導電性能,也能賦予玻璃纖維導電性能,相比于金屬鍍層,其具有質量輕、耐腐蝕、涂層更加致密、環境污染小等優勢。但目前碳納米涂層的制備成本高,效率低,難以完成低成本、高質量、連續化制備。
因此,對于導電玻璃纖維及復合材料未來發展的研究重點為:
(1)采用碳材料代替金屬材料,以低成本碳源制備碳涂層玻璃纖維;
(2)玻璃纖維與涂層之間界面的鍵合作用研究,保證玻璃纖維在使用時鍍層不發生脫落;
(3)長玻璃纖維連續化涂層制備技術研究,從而滿足導電纖維的大批量制備應用;
(4)構建導電玻璃纖維功能復合材料,研究導電玻璃纖維與聚合物基體的界面結合性,探明導電玻璃纖維在復合材料中分布和分散性及對復合材料導電性的影響。
導電玻璃纖維功能復合材料可實現防靜電、吸波電磁屏蔽等新功能,隨著不斷研究進步發展,將在電子器件、家用電器、軍事探測、航空航天及通訊等領域有廣闊的應用前景。










































