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硅烷偶联剂的作用机理 已有3人参与
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硅烷偶联剂对于提高复合材料性能方面效果显著，但是也众所周知，其作用机理也较为复杂。人们提出的作用机理，往往对于某一种或几种偶联剂发挥作用，对于之外的就无能为力。这充分说明了硅烷偶联剂的复杂性。偶联剂是因为玻璃纤维增强塑料工业发展而研究并逐渐形成的一个新领域，所以很多研究也是围绕着玻璃纤维表面如何通过偶联剂与树脂起作用而进行探讨。 1.化学键理论 化学键理论是最具权威最著名的理论。此理论解释，硅烷偶联剂中含有两种不同的化学官能面，它的一段（硅氧烷端）可与无机材料（如玻璃纤维，硅酸盐，金属氧化物）等表面的硅醇基团反应生成共价键，另一端又可以与树脂生成共价键，从而偶联，增强复合材料的性能。 偶联机理模型，偶联剂的无机端，及硅氧烷首先水解反应生成硅醇，硅醇在催化剂作用下脱水形成低聚物，此低聚物中硅醇键与无机材料表面的羟基会形成氢键，加热处理则会形成更强的共价键-硅氧烷键。但是！此理论无法解释为什么有些硅烷偶联剂尽管不会与某些聚合物发生反应，却还是十分有效的硅烷偶联剂。 2.表面浸润机理 欲使复合材料拥有良好的强度，基本条件之一是树脂对无机材料或者填料必须有良好的浸润性。浸润性如何主要取决于固体材料表面张力rs与液态树脂表面张力rL的大小。如果液态树脂能完全浸润固体材料，那么液态树脂对固体材料的物理吸附将提供远高于树脂本身内部聚合强度的黏附强度。为了达到液体树脂对无机材料的完全浸润，根据无机物的临界表面张力概念，树脂表面张力rL要小于无机材料的表面张力rs。一般来说，用合适的硅烷偶联剂处理无机材料的表面，会增大其表面张力，会促使树脂在无机物表面的浸润和展开。 3.变形层理论 1965年，Hooper提出变形层理论。此理论解释，偶联剂在无机和有机材料之间形成的涂层是可塑的，它可在界面上形成一个大于一定厚度的在遭受破坏时可以自行愈合的柔韧性变形层，此变形层不仅可以松弛界面的预应力，而且能阻止界面裂缝的扩张，从而增强了界面的粘结力。 4.拘束层理论 复合材料中，无机材料是高模量，树脂属于低模量，偶联剂是两者界面区的一部分。界面区模量介于两者之间，可均匀的传递应力。按照此理论，偶联剂除与无机表面产生粘合之外，还具有在结构上紧束聚合物结构的作用。由于界面上的硅烷偶联剂具有与聚合物反应的基团，偶联剂可以在界面上起到增加交联密度的作用。 5.可逆水解键理论 1970年，Plueddemann体处理可逆平衡机理及模型。他认为，偶联剂与无机材料表面形成的氢键，在有水存在的情况下，当刚性的聚合物做相对运动时，结合的氢键即遭受破坏，同时又马上与邻近的羟基重新形成氢键，这样既松弛界面存在的预应力，同时又不失黏，此机理不但能解释界面偶联作用机理，同时也能说明松弛预应力的效应以及抗水保护表面的作用。 |
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