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硅烷偶聯(lián)劑的作用機理 已有3人參與
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硅烷偶聯(lián)劑對于提高復(fù)合材料性能方面效果顯著，但是也眾所周知，其作用機理也較為復(fù)雜。人們提出的作用機理，往往對于某一種或幾種偶聯(lián)劑發(fā)揮作用，對于之外的就無能為力。這充分說明了硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)雜性。偶聯(lián)劑是因為玻璃纖維增強塑料工業(yè)發(fā)展而研究并逐漸形成的一個新領(lǐng)域，所以很多研究也是圍繞著玻璃纖維表面如何通過偶聯(lián)劑與樹脂起作用而進行探討。 1.化學(xué)鍵理論 化學(xué)鍵理論是最具權(quán)威最著名的理論。此理論解釋，硅烷偶聯(lián)劑中含有兩種不同的化學(xué)官能面，它的一段（硅氧烷端）可與無機材料（如玻璃纖維，硅酸鹽，金屬氧化物）等表面的硅醇基團反應(yīng)生成共價鍵，另一端又可以與樹脂生成共價鍵，從而偶聯(lián)，增強復(fù)合材料的性能。 偶聯(lián)機理模型，偶聯(lián)劑的無機端，及硅氧烷首先水解反應(yīng)生成硅醇，硅醇在催化劑作用下脫水形成低聚物，此低聚物中硅醇鍵與無機材料表面的羥基會形成氫鍵，加熱處理則會形成更強的共價鍵-硅氧烷鍵。但是！此理論無法解釋為什么有些硅烷偶聯(lián)劑盡管不會與某些聚合物發(fā)生反應(yīng)，卻還是十分有效的硅烷偶聯(lián)劑。 2.表面浸潤機理 欲使復(fù)合材料擁有良好的強度，基本條件之一是樹脂對無機材料或者填料必須有良好的浸潤性。浸潤性如何主要取決于固體材料表面張力rs與液態(tài)樹脂表面張力rL的大小。如果液態(tài)樹脂能完全浸潤固體材料，那么液態(tài)樹脂對固體材料的物理吸附將提供遠(yuǎn)高于樹脂本身內(nèi)部聚合強度的黏附強度。為了達到液體樹脂對無機材料的完全浸潤，根據(jù)無機物的臨界表面張力概念，樹脂表面張力rL要小于無機材料的表面張力rs。一般來說，用合適的硅烷偶聯(lián)劑處理無機材料的表面，會增大其表面張力，會促使樹脂在無機物表面的浸潤和展開。 3.變形層理論 1965年，Hooper提出變形層理論。此理論解釋，偶聯(lián)劑在無機和有機材料之間形成的涂層是可塑的，它可在界面上形成一個大于一定厚度的在遭受破壞時可以自行愈合的柔韌性變形層，此變形層不僅可以松弛界面的預(yù)應(yīng)力，而且能阻止界面裂縫的擴張，從而增強了界面的粘結(jié)力。 4.拘束層理論 復(fù)合材料中，無機材料是高模量，樹脂屬于低模量，偶聯(lián)劑是兩者界面區(qū)的一部分。界面區(qū)模量介于兩者之間，可均勻的傳遞應(yīng)力。按照此理論，偶聯(lián)劑除與無機表面產(chǎn)生粘合之外，還具有在結(jié)構(gòu)上緊束聚合物結(jié)構(gòu)的作用。由于界面上的硅烷偶聯(lián)劑具有與聚合物反應(yīng)的基團，偶聯(lián)劑可以在界面上起到增加交聯(lián)密度的作用。 5.可逆水解鍵理論 1970年，Plueddemann體處理可逆平衡機理及模型。他認(rèn)為，偶聯(lián)劑與無機材料表面形成的氫鍵，在有水存在的情況下，當(dāng)剛性的聚合物做相對運動時，結(jié)合的氫鍵即遭受破壞，同時又馬上與鄰近的羥基重新形成氫鍵，這樣既松弛界面存在的預(yù)應(yīng)力，同時又不失黏，此機理不但能解釋界面偶聯(lián)作用機理，同時也能說明松弛預(yù)應(yīng)力的效應(yīng)以及抗水保護表面的作用。 |
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williamqin27
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4樓2021-10-14 20:39:59
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