稀土元素对玻璃纤维增强PTFE复合材料拉伸性能的
玻璃纤维（GF）具有高拉伸强度和高弹性模量，作为增强相已被广泛用于改善聚合物复合材料的性能>41.纤维与聚合物基体之间的界面结合力是决定聚合物复合材料力学性能的重要因素，并主要受纤维表面处理的影响W.目前，通常用硅烷偶联剂处理玻璃纤维表面以改善复合材料中纤维与基体的结合力研究了玻璃纤维增强PTFE的力学性能，但没有明确地说明玻璃纤维的表面处理方法。
添加少量稀土元素可以改善材料的性能！14~17），但用稀土作为表面改性剂处理玻璃纤维表面以提高复合材料界面结合力的研究报道尚不多见。本文用稀土元素配制稀土表面改性剂，通过拉伸性能测试和SEM分析，探讨了稀土处理玻璃纤维表面时的最佳用量及其对玻璃纤维增强PTFE复合材料拉伸性能的影响。
2试验部分2.1材料察其对不同玻璃纤维含量的GF/PTFE复合材料拉伸性能的影响（如所示）。从可以看出，经SGS、SGS/RES和RES处理的GF/PTFE复合材料的拉伸性能优于未经处理GF/PTFE复合材料的。在这些表面改性剂中，RES对提高GF/PTFE复合材料的界面结合力最有效；而SGS/RES比SGS有效从可以看出，对于不同的玻璃纤维含量RES对提高GF/PTFE复合材料的界面结合力仍然是最有效的但是对于同一种表面改性剂，GF/PTFE复合材料拉伸强度和伸长率随着玻璃纤维含量的增大而减小3.2断□形貌分祈为不同表面改性剂处理的GF/PTFE复合材料拉伸断口的SEM照片RES溶液和SGS/RES溶液的浓度均为0.3wt%.从⑷可以看出，由于玻璃纤维未经处理，GF/PTFE复合材料在玻璃纤维与PTFE的界面处出现光滑分层剥离，表明PTFE树脂与玻璃纤维的亲和性欠佳不能与其相互作用，从而致使玻璃纤维与PTFE之间的界面结合力不好；从（b）可以看出，与未经处理的玻璃纤维表面相比，经硅烷偶联剂SGS处理的玻璃纤维表面零散地粘结着少量的PTFE，这表明玻璃纤维经SGS处理后与PTFE之间的界面结合力有所改善；而经SGS/RES处理的玻璃纤维表面与经SGS处理的相比，界面处粘结的PTFE形成一层薄的“网衣”，这表明玻璃纤维经SGS/RES处理后与PTFE之间的界面结合力得到进一步改善（见（c））；（d）示出了经RES表面处理的玻璃纤维填充PTFE复合材料的拉伸断口形貌，可以看出经RES处理的玻璃纤维表面包缚着的PTFE合材料的拉伸强度和断裂伸长率数据一致，表明稀土元素的作用极大地改善了玻璃纤维与PTFE之间的亲和性，并且证实RES能够最有效地改善玻璃纤维与PTFE之间的界面结合力。
为经不同浓度RES处理的GF/PTFE复合材料拉伸断口的SEM照片。从可以看出，随着RES浓度的变化，粘结在玻璃纤维表面上的PTFE树脂的量不同随着RES浓度的增加（见（ad）），盘绕在玻璃纤维表面上的PTFE树脂增多，并且在RES浓度为20.4wt%时形成PTFE“网衣”，且浓度为0.3wt%时的“网衣”最厚。但当RES的浓度超过0.3wt%时，玻璃纤维表面粘着的PTFE树脂的数量随着RES浓度的增加而减少（见（df）），说明RES浓度过大，导致玻璃纤维与PTFE之间的界面结合力变差。因此可以得3.3分析和讨论不管稀土元素或硅烷在玻璃纤维表面的结构和分布变化如何，都将会引起界面性能以及复合材料力学性能的改变。化学或物理吸附在玻璃纤维表面上的硅烷将导致其与玻璃纤维形成硅氧键，与聚合物基体通过扩散形成相互贯通的网状结构（IPN）给出的热力学数据，以稀土元素La为例，计算用稀土处理玻璃纤维表面有可能发生的化学反应中的，结果见表1.从表1可以看出，在120°C玻璃纤维表面处理过程中，La能够与玻璃纤维表面的Si02、A1203发生化学反应，并且La与Si02反应的自由能变化小于其与A1203反应的自由能变化，从热力学角度来看，La与Si02的化学反应更易进行因而稀土元素吸附在玻璃纤维表面并与纤维表面的Si02和A1203反应能够改善纤维与基体之间的浸润性以至提高界面结合力表1稀土处理玻璃纤维表面过程中有可能发生的化学反应热力学数据此外，玻璃纤维表面存在着数量不等、尺寸不同的微裂纹，并且水分通过吸附作用吸附并渗透到微裂纹中，这些情况对其强度影响很大21，进而会破坏玻璃纤维作为复合材料增强相时的增强效果。吸附在玻璃纤维表面的另一部分稀土元素以活性稀土原子的形式出现，它们有可能通过玻璃纤维表面缺陷进入表层并留存于缺陷处，且由于稀土原子电负性极低，与H、0有极强的化学亲合力，它作为一个负电中心吸引周围的原子，成为活性中心，一些稀土原子在活性中心处进行物理吸附形成活化体，并在靠近玻璃纤维表面产生畸变区，这样起到了洁净活化玻璃纤维表面的作用。
拉伸试验结果和断口形貌观察表明，稀土元素处理玻璃纤维表面时，存在一最佳值，即当稀土元素含量为。3wt%时GF/PTFE复合材料的拉伸性能最佳。分析认为，这可能与稀土活性中心发挥作用的程度有关当表面改性剂中稀土含量低时，稀土原子活性中心在玻璃纤维表面的覆盖率也较小，在靠近玻璃纤维表面产生畸变区的可能性不大，故表面处理作用不明显（（a、b））；当表面改性剂中稀土含量过高时，导致大量稀土原子堆积在玻璃纤维表面，使稀土原子活性中心作用下降（（d）。因此，只有当表面改性剂中稀土含量适宜时，其所形成的活性中心作用才能充分发挥，表面处理效果最好（（c））。
稀土原子的4f电子对原子核封闭不严，显示较大的有效核电荷。由此可认为，稀土原子对其周围原子的电子有较强的吸引力211.因此，玻璃纤维表面的稀土原子可能吸引PTFE中的F原子，使被F原子遮蔽的C原子裸露出来，进而形成RE-F键或RE-C键。由于稀土离子是典型的硬阳离子，与氧、氟等有较强的络合能力，并且其同配位原子之间的结合键多以离子键为主I22），因此可以认为，在稀土元素与PTFE界面，稀土元素所形戍的RE-F键或RfC键具有较强的离子键性。同时，存在于界面处的稀土化合物，起到了钉扎作用，这也进一步改善了玻璃纤维与PTFE基体之间的亲和性。因此，稀土元素处理玻璃纤维表面能够提高玻璃纤维与PTFE基体之间的界面结合力，使稀土元素处理的GF/PTFE复合材料具有最佳性能。
以上分析表明，稀土元素改善界面结合力的机制优于硅烷偶联剂的。对于硅烷的介入，如SGS/RES表面改性剂，少量吸附在玻璃纤维表面上的硅烷在一定程度上干扰了稀土原子活性中心发挥作用和畸变区形成，但同时由于靠近纤维表面的畸变区与PTFE之间的物理化学作用，畸变区也阻碍了硅烷在GF/PTFE复合材料中形成IPN，因此，SGS/RES比SGS能够有效地提高GF/PTFE复合材料的界面结合力，而RES是最有效的4结论由于稀土元素的作用，RES比SGS/RES和SGS能够更有效地提高玻璃纤维与PTFE之间的界面结合力。
经RES处理的GF/PTFE复合材料界面结合力主要受稀土元素在RES溶液中含量的影响，当稀土元素含量为0.20.4wt%时，GF/PTFE复合材料的拉伸性能大大提高，并且在稀土元素含量为。3wt%时其性能最佳
