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不仅增强还能导电？导电玻纤看一看瞧一瞧！

链塑网

2022-09-05

导读：导电玻璃纤维功能复合材料可实现防静电、吸波电磁屏蔽等新功能。

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关于玻璃纤维的研究目前主要集中在力学性能的增强方面，但随着能源电子、空间技术等尖端科学领域的快速发展，材料的电磁性能愈发重要，但电磁屏蔽、静电防护等电磁性能是玻璃纤维材料所不具备的，成为了限制玻璃纤维发展的“卡脖子”技术。因此，实现玻璃纤维的导电性能是其面向高端应用的重要途径，也是必经之路。

目前，导电玻璃纤维的实现主要采用金属镀层的方法，即在玻璃纤维表面镀上一层金属实现玻璃纤维的导电特性。近年来，碳纳米材料的研究相当活跃，在航空航天、纳米传感器、半导体芯片等领域应用前景巨大，二十一世纪也被称为 “超碳时代”。纳米碳材料具有优异的导电性能，将纳米碳材料与玻璃纤维有机结合，制备碳纳米涂层玻璃纤维，也将赋予玻璃纤维导电性能。

同时，利用导电玻璃纤维制备复合材料也将突破传统玻璃纤维复合材料的性能限制，可具备力学性能、电热性能、电磁屏蔽等综合功能特性，为功能化复合材料的制备拓展了道路。

金属镀层导电玻璃纤维

玻璃纤维金属镀层主要包括Ni、Cu、Ag等金属及一些合金。玻璃纤维表面常用的金属镀膜方法有化学镀、真空溅射、电镀、化学气相沉积(CvD)法、高温分解热喷涂法等。其中，化学镀因镀层较为均匀、基体适应范围广、设备简单等优点，在金属镀层领域应用最为广泛。其基本原理为依据氧化还原反应，利用还原剂将镀液中金属离子还原成金属沉积在基体材料表面而形成镀层。

镀Cu导电玻璃纤维及功能复合材料

Xu等将玻璃纤维蚀刻、敏化和活化，采用乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na) 络合剂和N₂H₄-H₂0还原剂，通过化学镀层的方法制备了镀Cu玻璃纤维，如图l所示。

镀Cu玻璃纤维可极大地提高玻璃纤维的导电性，相比其他镀层金属，成本也较低。但Cu镀层在玻璃纤维表面存在不同程度的微小孔洞，会直接影响镀层的致密程度及导电性能。同时，Cu 镀层的抗氧化性能较差，也会影响镀Cu导电玻璃纤维的长期使用。

镀Ni导电玻璃纤维及功能复合材料

镀Ni导电玻璃纤维也主要采用化学镀的方法。李丽波等将玻璃纤维除油、粗化、活化，再经过化学镀Ni制备了导电玻璃纤维。镀Ni玻璃纤维表面均匀、平整、无针孔、有金属光泽，具有较好的导电性和耐腐蚀性能。

镀Ni玻璃纤维的耐腐蚀性和抗氧化性较好，其增强复合材料的导电性及电磁屏蔽性能也较为稳定。因此，以Ni元素为主合金镀层在玻璃纤维中也应用较多，但镀Ni的导电性能相比其他金属稍差，价格成本也比Cu高。

镀Ag导电玻璃纤维及功能复合材料

镀Ag玻璃纤维作为功能复合材料的填料也具有广泛的应用前景。曹鼎等以葡萄糖、甲醛和酒石酸钾钠为还原剂，通过超声处理一化学镀法制备镀Ag玻璃纤维，如图所示。

碳材料涂层导电玻璃纤维及功能材料

目前，先进碳材料的研究和利用已成为衡量国防建设、科学技术发展的重要标志。纳米碳材料具有优异的导电性能，主要可分为石墨烯、碳纳米管、富勒烯、氧化石墨烯(Go)等。

石墨烯涂层导电玻璃纤维及功能复合材料

石墨烯本身具有极高的导电率，制备石墨烯涂层玻璃纤维时，如何保证石墨烯片的相互连接是提高玻璃纤维导电性的关键；另外，石墨烯涂层的形态也会影响导电性，如涂层的致密程度、石墨烯褶皱及缺陷等。采用石墨烯涂层玻璃纤维制备导电复合材料时，由于石墨烯涂层与玻璃纤维没有键合作用，如何防止石墨烯涂层的脱落也是未来研究的重点。同时，目前高质量的石墨烯成本很高，限制了玻璃纤维涂层的大规模应用。

碳纳米管涂层导电玻璃纤维及功能复合材料

碳纳米管涂层导电玻璃纤维及功能复合材料在玻璃纤维表面构筑碳纳米管主要有三种方法，分别为静电复合法、化学气相沉积、电泳沉积法。

由于碳纳米管为一维材料，很难制备连续、致密、沿纤维轴向方向的碳纳米管涂层，也直接影响了碳纳米管涂层玻璃纤维的导电性能，因此，碳纳米管涂层玻璃纤维制备的涂层很厚，从而保证纤维的导电性能。另外，碳纳米管制备效率低、成本高，也限制了碳纳米管涂层玻璃纤维的应用。