《硅烷偶联剂及其在复合材料中的应用.》.pdf

硅烷偶联剂及其在复合材料中的应用 硅烷偶联剂是重要的 应用日渐广泛的处理剂之一 它最初作为FPR 玻璃纤 的处理剂而开发的 其后 随着新化合物的研制 逐渐在各个领域获得应用 现 在 硅烷偶联剂基本上适用于所有无机材料和有机材料的表面 本文主要介绍硅 偶联剂及其在复合材料中应用 1 硅烷偶联剂 硅烷偶联剂是以下式所表示的一类有机硅化合物 其特点是分子中具有 2 种以上不同的反应基团 通式 Y R Si X3 R 烷基或芳基 X 甲氧基 乙氧基 氯基等 Y 有机反应基 乙烯基 环氧基 氨基 巯基等 X 所表示的水解性基团能与有机材料化学结合 故硅烷偶联剂在无机材料和 有机材料的界面起着桥梁作用 因而被广泛用于复合材料的改性 目前 国内外 硅烷偶联剂品种繁多 常用的见表1 所列 2 在复合材料中的作用机理 人们对其作用机理已进行了相当多的研究 提出了各种理论 但至今无完整 统一的认识 2 1 化学键理论 该理论认为 硅烷中X 基团能与无机材料表面的羟基起反应形成化学键 Y 基团能与树脂起反应形成化学键 这两种化学性质差别很大的材料以化学键 偶 联 起来 获得良好的联接 这也是这类化合物被称为偶联剂的原因 化学键理论一直比较广泛被用来解释偶联剂的作用 特别是如何选择偶联剂 有一定的实际意义 2 2 浸湿效应和表面效应 在复合材料的制造中 液态树脂与被粘物的良好浸润是头等重要的 如果能 获得完全全的浸润 那么树脂对高能表面的物理吸的粘接强度将远高于有机树脂 内聚强度 用合适的硅烷偶联剂处理玻璃纤维 或其它无机材料 表面 会提高 其表面张力 从而促使有机树脂能在无机物表面的浸润与展开 2 3 形态理论 无机材料上的硅烷处理剂会以某种方式改变邻近有机聚合物的形态 从而改 进粘接效果 可变形层理论认为 可产生一个挠性树脂层以缓和界面应力 而约 束层理论认为 硅烷可将聚合物结构 紧束 在相间区域中 2 4 其它理论 界面上的的偶联剂可能起着多种别的功能 如可能产生一种润滑作用 借以 保护无机材料免遭水的应力腐蚀 此外 还有酸碱反应理论 可逆水解键理论 可逆水解机理等 3 在复合材料中的应用 3 1 热固性树脂 无机填料以及无机增强材料与热固性树脂一起制成复合材料的应用最广 硅 烷偶联剂在这方面的应用也是最早并最为成熟 表1 常用硅烷偶联剂 牌号 化学名称 分子式 KA1003 乙烯基三氯硅烷 KBM-1003 乙烯基三甲氧基硅烷 KBE-1003 乙烯基三乙氧基硅烷 KBM-573 苯基氨丙基三甲氧基硅烷 -异氰酸酯丙基三乙氧 KBE-9007 C H O SiCH CH CH NCO 基硅烷 2 5 3 2 2 2 丙烯酸基丙基三甲氧基硅 KBM-5103 A 1310 烷 KBE-903 KH-550 -氨丙基三乙氧基硅烷 A-1110 N- - 氨乙基 - -氨丙 KBM-603 A-1120 基三甲氧基硅烷 -缩水甘油氧基丙基甲 KBM-602 基二乙氧基硅烷 KBM-403 KH-560 -缩水甘油氧基丙基三 A-187 甲氧基硅烷 KBM-503 KH-570