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关于偶联剂涂层的几个应用问题

 偶联剂涂层

  关于偶联剂涂层的问题,也就是用偶联剂来处理材料的表面而使材料表面有一定的改变。硅烷偶联剂的分子组成一般可表述为X-R1 –Si(OR2)n, 其中X表示硅原子相连烷烃取代基团,一般为氨基(-NH2)、酯类、氰酸酯基、巯基等。n表示与硅相联的氧烷基团个数,一般为3个。硅烷偶联剂的偶联作用是通过-R1 X基团与基体的共价键结合、通过Si(OR2)n 的水解作用和纤维、基体结合实现的。金属偶联剂可以表示为M-(OR3)m 其中m表示金属原子结合的烷氧基数量,也说明该金属元素的络合或螯合能力,金属偶联剂与纤维的结合是通过原子间的配位实现的。使用少量(<10%质量分数,相对处理液)的偶联剂处理增强体后的复合材材料具有优异的力学、湿热和疲劳等性能,其机理解释有很多种,其中以化学键结合机理研究的***多、也获得了较合理的理论解释。很多的研究都发现了硅烷偶联剂中的活泼基团与纤维、基体结合的证据。
偶联剂涂层一般由3部分组成:偶联剂、成膜剂和辅助试剂(如乳化剂、稳定剂、消泡剂等),一般配制成乳液形式,在玻纤生产中的应用如图2所示。偶联剂按其主要反应基团可分为硅烷偶联剂、金属类偶联剂(沃兰、钛酸酯类、铝、锆偶联剂等)等。    使用不同分子质量的环氧树脂作成膜剂,和硅烷偶联剂配合使用。试验表明高分子质量的环氧配方导致层间剪切强度下降.涂层配方中的成膜剂、表面活性剂和抗静电剂等也会影响到复合材料的界面性能,偶联剂在助剂中的扩散是影响界面性能的重要因素;不同成膜剂(聚氨酯PU和聚丙烯PP)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(弘昌化工)涂敷玻璃纤维后增强聚丙烯基体的力学情况,单丝试验表明APS/PU和APS/PP涂层的纤维拉伸强度分别比原纤维提高了28.2%和41.5%。同时,冲击试验也说明APS/PP处理过的玻璃纤维/PP复合材料试样强度较高,影响试样力学强度的原因之一是涂层后纤维的表面形态所形成的机械“锚合”作用。    不使用偶联剂涂敷的纤维在基体1.0%、0.7%和0.5%应变状态下分别在l0µm、30µm和80µm 处发生界面脱粘,而偶联剂涂层处理后的玻璃纤维复合材料试样在应力下发生了本体断裂,没有和界面脱粘;裂纹的扩展方式和速度也有很大差别。Edith Mäider等人使用了准静态的单丝拔出试验、周期性载荷试验、动态热分析和疲劳测试等方法,系统地分析了玻璃纤维表面 γ-氨丙基三乙氧基硅烷(弘昌化工产、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(弘昌化工)/聚氨酯(APS/PU)涂层和γ-氨丙基三乙氧基硅烷/环氧( APS/EP)涂层对复合材料力学性能的影响;APS和APS/EP涂层后的纤维复合材料表现出较高的界面剪切强度和临界失效强度,在试样加载形成裂纹时表现出较好的应力传递,原因是形成了坚韧、延展性较好的界面层。
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