硅烷改性玻璃纤维

界面剪切强度5倍

通过TMSPMA化学改性在玻璃纤维表面引入可共价键合位点，显著提升其与水凝胶基体的界面粘附，同时利用离子交联能量耗散与拓扑优化协同增强复合水凝胶的承载能力。

Shiyi, Zhou · Pan, Li · Sihan, Yin · Yi, Lu · 王霁龙 · Hu, Xuefeng · Zhang, Xintian · Linfeng, Deng · Liu, Yongkun · Luo, Xiongfang · Jian, Wang · Lou, Lihua · Qiu, Jingjing · 邹专勇

Polymer Composites 2025

具体参数

界面剪切强度

{'zh': '28.8', 'en': '28.8'} MPa

界面强度比值（Ca²⁺ vs Ba²⁺/Fe³⁺）

{'zh': '3–4', 'en': '3–4'} times

界面强度降低倍数（加捻2–6圈）

{'zh': '1.4–1.8', 'en': '1.4–1.8'} fold

技术优势

界面强度提高4倍

TMSPMA在玻璃纤维表面引入可共价键合的甲基丙烯酰基，与PAAm网络形成化学键，界面剪切强度从5.5 MPa升至28.8 MPa。

离子交联主导能量耗散

Ca²⁺交联水凝胶的界面强度比Ba²⁺和Fe³⁺交联体系高3–4倍，说明离子交联的能量耗散能力对界面粘附有显著贡献。

纤维捻数影响界面强度

纤维束加捻2–6圈后界面强度降低约1.4–1.8倍，表明拓扑面积对水凝胶粘附同样重要。

应用场景

• 水凝胶增强：用改性玻璃纤维提升水凝胶的承载能力，使其更接近天然软骨。
• 纤维增强复合材料：通过化学键合改善纤维-基体界面，解决复合材料界面脱粘问题。
• 承载生物替代材料：为关节软骨等承重组织替代品提供高界面强度的纤维增强方案。
• 界面工程：揭示化学键、拓扑和能量耗散对界面粘附的协同作用机制。