硅烷偶联剂在复合材料中的应用（万亿达（山东）新材料有限公司）

硅烷偶联剂是重要的、应用日渐广泛的处理剂之一。它初是作为FPR玻璃纤维的处理剂而开发的。其后,随着新化合物的研制,逐渐在各个领域获得应用。现在,硅烷偶联剂基本上适用于所有无机材料和有机材料的连接表面。

在复合材料中的应用

1、热固性树脂无机填料以及无机增强材料与热固性树脂一起制成复合材料的应用广,硅烷偶联剂在这方面的应用也是早并为成熟。

不饱和聚酯在聚酯层压板中的玻璃纤维上用多种不饱和硅烷偶联剂进行了对比。对于大多数通用聚酯来说,常选用含甲基丙烯酸酯的硅烷偶联剂。在典型的含填料聚酯浇铸件中,采用各种填料和甲基丙烯酰氧基官能团硅烷可使其性能获得不同程度的改进。

环氧树脂许多硅烷对环氧树脂来说都相当有效,但可订出一些通则为某特定体系选择适宜的硅烷。偶联剂的反应性至少与环氧树脂所用的特定固化体系的反应性相当。对于含缩水甘油官能团的环氧树脂来说,显然是选用缩水甘油氧丙基硅烷为宜,对于脂环族环氧化物或用酸酐固化的环氧树脂,建议用脂环族硅烷(如:A-153)。在实际应用中,硅烷偶联的应用机理并非总是很清楚,但可结合应用经验来选择,如使用伯胺基团的硅烷可使室温固化的环氧树脂获得佳性能,但不可用于酸酐固化的环氧树脂含氯丙基官能团的硅烷对高温固化的环氧树脂是一种很可靠的偶联剂含甲基丙烯酸酯的硅烷是双氰胺固化的环氧树脂的有效偶联剂。

酚醛树脂硅烷偶联剂可用来改善几乎所有含酚醛树脂的复合材料。氨基硅烷可与酚醛树脂粘结料一起用于玻璃纤维绝缘材料与间苯二酚—甲醛—胶乳浸渍液中的间苯二酚—甲醛树脂或酚醛树脂一起用于玻璃纤维轮胎帘线上,与呋喃树脂与酚醛树脂一起用作金属铸造用砂芯的粘结料氨基硅烷与酚醛树脂并用,可用于油井中砂层的固定。

2、热塑性树脂用硅烷处理颗粒状无机填料可显著改善含填料热塑性树脂的流变性能,并在诸如混炼挤出或注模等高剪切力的作业中,保护填料免受机械损伤。

聚烯烃供压出法制电缆包层用的含填料聚乙烯可用硅烷改性,以提高复合材料在潮湿状态下的电性能。

热塑性工程塑料适用于环氧树脂的有机官能团硅烷,在填充无机填料的尼龙中也能产生良好的效果。氨基硅烷可用于为数众多的热塑性塑料中,如ABS、缩醛树脂、尼龙、聚碳酸酯、聚砜、聚苯乙烯、聚酯、聚氯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物等。

弹性体在橡胶中使用硅烷来处理炭黑、二氧化硅及其它无机填料已有多年的历史。子午线轮胎、胶辊、鞋底等橡胶制品中已大量使用硅烷偶联剂,含硫硅烷已成为这些橡胶配方中不可缺少的处理剂。研究表明,在各种类型橡胶中加入硅烷后,随着粘接强度的提高,其它性能也相应地发生变化,其变化情况因胶种而异。

硅烷偶联剂的使用方法

直接混合法在配合料中直接加入硅烷是对液体树脂内的颗粒状填料进行偶联改性的简便方法。如混炼橡胶时,直接掺入硅烷颗粒状填料进行即时处理。掺加硅烷的效果取决于混炼操作期间填料对硅烷的吸附能力。

以硅烷的有机溶剂处理填料此方法是将填料与硅烷在有机溶剂中的稀溶液混合,然后过滤,干燥。与采用水溶液的情况比较,无水溶剂使沉积在填料表面的硅烷更接近于单分子层,且处理过的细粒子填料与水溶液处理时的情况不同,干燥时不结块。

以水溶液处理填料在处理玻璃纤维时,几乎均采用在水中的硅烷(及其他配合剂)分散体。用水溶液处理诸如玻璃微珠及玻璃纤维类的粗粒填料非常有效,容易干燥且不结块。细粒子填料也可用水溶液处理,但需选用喷雾干澡法,以免结成硬块。

以干混法处理填料使用干混法处理填料,是希望高表面积的填料能以稳定的干粉形式留存大量硅烷,这样,当它与树脂或其它未处理的填料干混时,就会存在可供迁移的单体硅烷。硅烷在填料表面上的充分分散可能需要几天以上的时间。通常的运输与贮存时间足以使硅烷在大批处理的填料上充分分散。一般来说,乙氧基硅烷或丙氧基硅烷比甲氧基硅烷在填料表面上稳定得多。在复合材料中使用硅烷偶联剂,要充分考虑有机聚合物及无机材料的特性,选择合适的硅烷,并根据其生产工艺特点选择正确的使用方法,以取得经济适用的满意效果。

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