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硅烷偶聯(lián)劑的作用機(jī)理 已有3人參與
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硅烷偶聯(lián)劑對(duì)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(jī)理也較為復(fù)雜。人們提出的作用機(jī)理，往往對(duì)于某一種或幾種偶聯(lián)劑發(fā)揮作用，對(duì)于之外的就無(wú)能為力。這充分說(shuō)明了硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)雜性。偶聯(lián)劑是因?yàn)椴ＡЮw維增強(qiáng)塑料工業(yè)發(fā)展而研究并逐漸形成的一個(gè)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(jìn)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(wú)機(jī)材料（如玻璃纖維，硅酸鹽，金屬氧化物）等表面的硅醇基團(tuán)反應(yīng)生成共價(jià)鍵，另一端又可以與樹脂生成共價(jià)鍵，從而偶聯(lián)，增強(qiáng)復(fù)合材料的性能。 偶聯(lián)機(jī)理模型，偶聯(lián)劑的無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)材料表面的羥基會(huì)形成氫鍵，加熱處理則會(huì)形成更強(qiáng)的共價(jià)鍵-硅氧烷鍵。但是！此理論無(wú)法解釋為什么有些硅烷偶聯(lián)劑盡管不會(huì)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(rùn)機(jī)理 欲使復(fù)合材料擁有良好的強(qiáng)度，基本條件之一是樹脂對(duì)無(wú)機(jī)材料或者填料必須有良好的浸潤(rùn)性。浸潤(rùn)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(rùn)固體材料，那么液態(tài)樹脂對(duì)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(qiáng)度的黏附強(qiáng)度。為了達(dá)到液體樹脂對(duì)無(wú)機(jī)材料的完全浸潤(rùn)，根據(jù)無(wú)機(jī)物的臨界表面張力概念，樹脂表面張力rL要小于無(wú)機(jī)材料的表面張力rs。一般來(lái)說(shuō)，用合適的硅烷偶聯(lián)劑處理無(wú)機(jī)材料的表面，會(huì)增大其表面張力，會(huì)促使樹脂在無(wú)機(jī)物表面的浸潤(rùn)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(wú)機(jī)和有機(jī)材料之間形成的涂層是可塑的，它可在界面上形成一個(gè)大于一定厚度的在遭受破壞時(shí)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(kuò)張，從而增強(qiáng)了界面的粘結(jié)力。 4.拘束層理論 復(fù)合材料中，無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)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(tuán)，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(jī)理及模型。他認(rèn)為，偶聯(lián)劑與無(wú)機(jī)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，結(jié)合的氫鍵即遭受破壞，同時(shí)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(shí)又不失黏，此機(jī)理不但能解釋界面偶聯(lián)作用機(jī)理，同時(shí)也能說(shuō)明松弛預(yù)應(yīng)力的效應(yīng)以及抗水保護(hù)表面的作用。 |
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