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玻璃纤维表面的偶联剂处理法

   日期:2020-08-24     来源:《纤维复合材料》    浏览:643    
核心提示:偶联剂是一种高分子化合物型的表面处理剂,从其结构看,偶联剂具有在玻璃纤维表面与树脂之间形成化学键的功能,在树脂基复合材料
偶联剂是一种高分子化合物型的表面处理剂,从其结构看,偶联剂具有在玻璃纤维表面与树脂之间形成化学键的功能,在树脂基复合材料中起架桥作用。用偶联剂处理玻纤表面能够改善纤维与基体之间的润湿性,形成一个力学上的微缓冲区,保护了玻纤表面的同时还大大增强了玻璃与树脂界面的黏结,防止水分或其他杂质的侵入,减少甚至消除弱界面层,有效地传递应力,提高了界面之间的黏结力,能显著提高复合材料的综合性能;同时,使用表面化学处理剂的玻璃纤维增强复合材料比未使用处理剂的长期耐候性、耐化学腐蚀性、耐水性均有大大改善, 机械强度成倍提高,耐热性和电性能也有很大的改善。
 
偶联剂的种类很多,主要有硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂等,不同的偶联剂对复合材料力学性能有不同的影响。硅烷偶联剂含有两种不同的化学官能团,-端亲无机物,另一端亲有机物。无机端能水解生成硅醇,与表面带有羟基的玻璃纤维表面通过氢键相连;有机端则可与各种有机官能团生成稳定共价键,从而起到偶联效果。硅烷偶联剂的处理机理是首先使有机硅氧烷水解生成硅醇,然后与玻纤表面的羟基反应,生成稳定的Si- 0- Si键结构。硅烷偶联剂的使用虽然降低了玻璃纤维的表面自由能,而纤维的表面自由能又是影响其浸润、吸附和黏结等性能的重要参数,但玻纤表面产生与玻纤有化学键合的活性官能团,这些官能团可与基体树脂有很好的物理或化学结合,能提高材料中纤维与基体的界面黏结强度。利用硅烷偶联剂对某些材料引入特定功能性基团,可以改进材料的表面性质,获得防静电、防霉、防渗透性、耐酸碱性等。研究表明,用偶联剂处理玻璃纤维可以提高含玻璃纤维的复合材料的电气性和机械强度、稳定性以及耐潮性。
 
目前,以硅烷偶联剂处理为基础的方法主要有两种: 一是采用浸润剂对玻璃纤维直接浸润,浸润剂中除了含有偶联剂以外,还有聚合物成膜剂。一般选用与基体相容性好的聚合物成膜剂,可有效地提高界面黏结强度;二是对玻璃纤维表面进行接枝,先对玻璃纤维表面进行偶联剂处理,然后引入过氧化物、功能化聚丙烯或者柔性橡胶层,该法具有很好的应用价值。然而,硅烷偶联剂在实际使用中,易于自缩聚成硅氧烷低聚物,导致其利用率低,-般起到偶联作用的偶联剂只占偶联剂总量的10% ~ 20% ,且此与玻璃纤维表面的有效化学键还极易水解,还需要提高硅烷偶联剂与玻璃纤维表面的键接效率。
 
铝酸酯偶联剂具有处理方法多样化、偶联反应快、使用范围广、处理效果好、分解温度高、价格性能比好等优点而被广泛应用。铝酸酯偶联剂在改善制品的物理性能,如提高冲击强度和热变形温度方面,豪不逊于其他的偶联剂。此外,除单独使用硅烷偶联剂作为表面处理剂外,将偶联剂与其他助剂一起使用,能够提高硅烷偶联剂的处理效果。
 
 
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