玻纖用硅烷偶聯劑的應用

玻纖用硅烷偶聯劑的應用

0硅烷偶聯劑在玻纖增強復合材料上的應用偶聯劑是一種添加劑，可以提高機和有機材料之間的粘附性能。它的分子中含有兩種不同性質的基團,一個是親無機物的基團,易與無機材料的表面起化學反應;另一個是親有機物的基團,能與有機聚合物發(fā)生物理或化學反應。因此偶聯劑常被稱作“分子橋”,用以改善無機物與有機物之間的界面作用,從而大大提高復合材料的各種性能[2~3]。偶聯劑種類繁多,主要有硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、雙金屬偶聯劑、磷酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑、絡合物偶聯劑等,但目前應用最廣的是鈦酸酯偶聯劑和硅烷偶聯劑。鈦酸酯偶聯劑是美國肯里奇石油化學公司于20世紀70年代研制開發(fā)的一類偶聯劑,它可以與無機物表面作用,在無機物表面形成單分子層,且在填充體系中具有增塑及界面粘合作用,因此主要應用于聚合物與各類無機填料(碳酸鹽、硫酸鹽和金屬氧化物)之間的表面處理。雖然鈦酸酯偶聯劑改性效果良好,但其對生態(tài)環(huán)境以及人體的健康有非常大的影響,這給鈦酸酯偶聯劑的廣泛應用帶來了極大的局限性。而硅烷偶聯劑無污染、適用廣、成本低、對有機涂層粘合性的優(yōu)異等優(yōu)點引起了國內外專家的高度重視。硅烷偶聯劑最早是在20世紀40年代作為玻纖處理劑而開發(fā)的,由于具有品種多、用量少、效果顯著等特點,所以硅烷偶聯劑是偶聯劑中最重要的一類,其在膠粘劑、涂料、橡膠、金屬等領域均有廣泛應用,特別是近年來在復合材料領域中的應用。硅烷偶聯劑在復合材料領域中的應用主要體現在以下幾個方面:(1)用作無機填料的表面預處理,經硅烷偶聯劑處理后,無機填料與樹脂的相容性和分散性大幅度地提高。(2)用作密封劑、粘結劑和涂料的增粘劑,能提高它們的粘結強度、耐水、耐氣候等性能。(3)用于玻纖的表面處理。硅烷偶聯劑不僅是偶聯劑中最為重要的一類偶聯劑,也是玻纖增強復合材料行業(yè)最為重要,應用最為廣泛的一類偶聯劑。硅烷偶聯劑在玻纖表面處理中,由于硅烷偶聯劑的可水解基團水解后能與玻纖表面的羥基進行脫水縮合反應,生成穩(wěn)定的硅氧鍵,而其有機基團又能與樹脂形成氫鍵或化學鍵,因此經硅烷偶聯劑處理過的玻纖可用作大多數熱固性樹脂及熱塑性樹脂的增強材料,并能大幅地提高復合材料各方面的性能[12~13]。由此可見硅烷偶聯劑對玻纖增強復合材料的各方面性能有著非常重要的影響,本文將從以下幾個方面對硅烷偶聯劑在玻纖增強復合材料中的應用進行詳述。1不同酸堿土中多晶硅烷的水解速率硅烷偶聯劑的結構通式為Y-R-Si-X3,Y代表有機官能基,R代表亞烷基,X代表能夠水解的基團。Y主要與有機聚合物反應,而可水解基團X主要控制水解速率。在相同的水解條件下,大基團的可水解基水解速率慢;在酸性環(huán)境下,帶有較長亞烷基的水解較慢,例如Xie等人在研究中提到的:可水解的烷氧基通常是乙氧基或是甲氧基,在相同的水解條件下,三甲氧基硅烷的水解速率要比三乙氧基硅烷的快。而α-甲基丙烯酰氧基-甲基-三乙氧基硅烷在酸性溶液中其水解速率是γ-甲基丙烯酰氧基-丙基-三乙氧基硅烷的20倍。1.2無機材料的合成對于硅烷偶聯劑在兩種不同性質的材料之間的界面上的偶聯機理,普遍認同的是化學鍵合理論:(1)硅烷偶聯劑的可水解基團首先水解,成為硅醇。(2)水解物縮合成低聚物。(3)低聚物再與無機材料表面上的羥基形成氫鍵。(4)在干燥和固化條件下與無機材料失水形成共價鍵,最終使無機材料表面被硅烷偶聯劑所覆蓋。與此同時,硅烷偶聯劑的有機基團則與有機聚合物的有機官能基團發(fā)生化學反應從而完成了無機材料和有機材料之間的偶聯過程,具體見圖1。2用硅烷偶聯劑和玻璃生產中的一般方法2.1甲基丙烯基從長期的生產實踐總結出:常用的硅烷類偶聯劑主要有以下4種:乙烯基(如A-151)、環(huán)氧基(如A-187)、氨基(如A-1100)、甲基丙烯酰氧基(如A-174)等。表1列出了目前在玻纖行業(yè)常用的硅烷偶聯劑的品種、結構及其適用樹脂。2.2玻纖中硅烷偶聯劑的應用在生產實踐中,硅烷偶聯劑在玻纖中的使用方法主要是液相處理方法:即用硅烷偶聯劑水溶液或是硅烷偶聯劑原液,通過浸漬、噴射涂刷、混合等工藝對材料進行表面處理。這種方法又因工藝不同可以分為:(1)前處理法:在玻纖成形過程中,將硅烷偶聯劑水溶液加入到玻纖浸潤劑中,在玻纖表面浸漬硅烷偶聯劑。(2)后處理法:將玻纖織物表面經熱清洗除去表面浸潤劑涂層后,再用硅烷偶聯劑水溶液浸漬織物。(3)摻合法:把硅烷偶聯劑原液直接摻合于樹脂、橡膠等高分子聚合物中。液相處理方法在玻纖行業(yè)中的應用已非常普遍,表2列出了不同處理工藝對玻纖及其織物處理效果及應用領域。由表2可見,硅烷偶聯劑在玻纖中的最佳使用方法是前處理法,即硅烷偶聯劑是先配制成水溶液再與浸潤劑一起對玻纖表面進行預處理。硅烷偶聯劑在配制成水溶液的過程中應注意控制好水解過程及水解后水溶液的放置時間,下面對這兩方面進行詳述。2.2.1硅烷偶聯劑應用溶劑的選擇硅烷偶聯劑通常是以水溶液的形式涂覆于玻纖表面,硅烷偶聯劑首先要在水溶液中進行分散,即硅烷偶聯劑的可水解硅氧基首先水解生成硅烷醇,但是水解生成的硅烷醇極性較強,容易形成氫鍵或脫水縮合生成硅氧烷或聚硅氧烷,以乙烯基三甲氧基硅烷為例,見圖2。在整個水解過程中,第一步過程迅速,第二、三步過程較緩慢。在新配制的乙烯基硅烷水溶液中含有82%單體,15%二聚體和3%三聚體。由此可見:隨著硅羥基間的縮合,硅醇的數目在減少,這會使硅醇跟玻纖的作用減弱,因此,在硅烷的水解過程中,應盡量降低產生縮合反應的機會。Xie在硅烷偶聯劑的水解工藝研究中提出:一般影響硅烷水解的主要條件有:溶劑、水解溫度和水解液pH值。下面將分別對這些影響因素進行詳述。(1)關于溶劑方面:硅烷偶聯劑的水解介質有去離子水、醇、去離子水+醇。對于單獨使用醇做溶劑,醇的存在不利于水解反應的進行即不利于硅醇的生成。醇只對硅烷起溶解作用而已,所以單獨采用醇做硅烷的溶劑不可取。而使用水+醇混合溶劑作為硅烷偶聯劑的水解溶劑為最佳。但對于一些與去離子水相溶性好的硅烷偶聯劑如A-187,從成本方面考慮,通常采用去離子水做溶劑。而對于一些難溶于水的硅烷偶聯劑如A-174,如果只用去離子水做溶劑,會產生異相,溶液明顯分為兩層,這樣的話,水解的時間需大幅延長,這在工業(yè)上會降低生產效率。(2)關于水解溫度方面:劉峰在研究《新型硅烷偶聯劑的合成與應用》中指出,由于硅醇的縮合反應是吸熱反應,溫度升高有利于縮合反應的進行,溶液容易出現沉淀,使溶液的穩(wěn)定時間明顯縮短。不同溫度段的試驗發(fā)現,15~30℃為最佳溶液配制溫度。(3)關于水解液pH值方面:pH值在控制硅烷偶聯劑水解和縮合方面有重要的作用,王斌研究硅烷偶聯劑A-174在不同的pH值下的水解規(guī)律指出,當pH值在4~6之間時,縮合最慢,水解速率最快;當pH值在7的中性介質下,水解和縮合的速度都很慢;在堿性條件下,短時間內就出現沉淀,意味著縮合速度大于水解速度,已經形成縮合產物,這對于今后的應用沒有指導意義。所以,硅烷偶聯劑水解液的最佳pH值應是在4~6之間的弱酸環(huán)境里。另外,硅烷偶聯劑在水溶液中水解后,把此時的溶液pH值調節(jié)在合適的范圍內,有利于水解后的硅烷偶聯劑分子在無機物上的吸附。Naviroj在研究硅烷偶聯劑處理液的pH值決定硅烷分子在玻纖和二氧化硅表面的吸附以及結構中指出,氨基類型的硅烷偶聯劑(A-1100)處理液處理玻纖或是二氧化硅后,其分子在玻纖或是二氧化硅表面吸附的分子數是隨著處理液的pH值改變而變化的;當用鹽酸調節(jié)硅烷處理液的pH值呈酸性時,硅烷偶聯劑分子只有少量吸附于玻纖或二氧化硅表面;當調節(jié)處理液呈中性或自然堿性(氨基類型的硅烷其水解液本身就處于堿性)時,其吸附的分子數急劇增加,在pH值為10.6時達到最大值;當用NaOH調節(jié)再提高溶液的pH值時,吸附的分子數反而下降。而其他類型的硅烷偶聯劑,如乙烯基類型的A-151、甲基丙烯酰氧基類型的A-174等在二氧化硅表面吸附的分子數隨硅烷處理液的pH值增加變化不大。由此可見,非氨基類有機官能基的硅烷偶聯劑在無機材料表面的吸附分子數是不受處理液pH值影響,而氨基類型的硅烷偶聯劑其處理液處于中性或堿性環(huán)境下具有更高的硅烷吸附分子數。2.2.2硅烷偶聯劑整理Plueddemann研究認為:硅烷偶聯劑的水解液的穩(wěn)定性是有限的,水解液的穩(wěn)定性與放置時間有關,它必須在有效期限內使用。當水解液放置至有沉淀產生時,其偶聯作用很小或根本不起作用,有的甚至有害。以γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(A-174)為例,A-174其水解液放置1h后,雖然肉眼觀察溶液清澈透明,但通過紅外譜圖研究顯示水解產物中已經出現了具有線性結構的硅氧烷醇齊聚物;放置24h后,其清澈度下降,隨放置時間的延長,水解液由清澈變?yōu)榛鞚?通過紅外譜圖研究顯示產物中已有明顯的聚硅氧烷醇齊聚物;大約72h后,混濁液體逐漸分層;繼續(xù)放置120h后,出現兩層清晰可辨的液體,此時硅烷偶聯劑已經失效?？梢夾-174水解1h后,水解液中已有硅氧烷醇齊聚物的存在。一般認為,硅烷偶聯劑發(fā)揮偶聯作用的是水解液中的大部分單體和少量的齊聚物,隨著齊聚程度的加深,水解液的偶聯作用越來越小。所以,硅烷偶聯劑水解溶液必須在短時間里使用,時間放置越長,偶聯作用越小。3硅烷偶聯劑對復合材料熱固性能的影響硅烷偶聯劑在玻纖行業(yè)中,通常是用來對玻纖的表面進行預處理。經硅烷偶聯劑預處理后的玻纖增強的復合材料,因硅烷偶聯劑的特殊作用,其在干濕兩態(tài)下的機械、電氣等性能都有大幅的改善。所有的熱固性、熱塑性樹脂均能用經硅烷偶聯劑預處理后的玻纖增強,且硅烷偶聯劑對增強后的復合材料的性能也有很大的影響。下面將對硅烷偶聯劑在玻纖增強復合材料中的作用、性能上的影響及在熱固和熱塑性樹脂中的應用進行詳述。3.1硅烷偶聯劑能改善玻纖與樹脂之間的粘合力,阻止水的入侵經硅烷偶聯劑處理后的玻纖,硬挺度得到提高,玻纖的切割性也明顯地得到改善,同時還可以消除玻纖在拉絲過程中形成的缺陷(主要是微裂紋),從而改善玻纖表面的完整性,對纖維起到保護作用,防止纖維在拉絲中損傷,提高玻纖本身的拉伸強度。但是硅烷偶聯劑在玻纖增強復合材料中的作用最主要還是體現在改善玻纖與樹脂之間的粘合力、阻止水分入侵樹脂與玻纖的界面。硅烷處理玻纖后,一方面能與玻纖表面形成共價鍵分子層,此分子層又能最大程度地阻止水分入侵;另一方面硅烷偶聯劑的Y基團又能與樹脂起反應,起到偶聯作用,所以能改善玻纖和樹脂的粘合性能,大大提高玻纖增強復合材料的各種力學性能,還能有效減輕由于水分入侵引起的粘合力退化,保持或顯著提高復合材料的濕態(tài)力學性能,見圖3。從圖中可以明顯地看出:在潮濕的條件下,硅烷偶聯劑能有效改善玻纖與聚合物之間的粘合力。當復合材料暴露在潮濕的環(huán)境中時,水會入侵玻纖與樹脂基體的界面。水的入侵會使樹脂基體強度下降、樹脂基體與界面之間的鍵斷裂,最終使復合材料的機械和電氣性能受到大幅地降低。但是玻纖經硅烷偶聯劑處理后,復合材料的機械及電氣性能得到很大程度的改善。3.2硅烷偶聯劑對增強玻璃纖維材料性能的影響3.2.1可萃取硅和有機官能基x對環(huán)保性能的影響3.2.1.硅烷偶聯劑對玻纖表面織構的影響硅烷偶聯劑的可水解基X通過水解后形成氫鍵,吸附于玻纖表面,再通過加熱脫水在玻纖表面形成共價鍵的分子層。玻纖按玻璃原料成分可分為:中堿、無堿、特種纖維(如高強、高彈或耐腐蝕等)。雖然他們的成分各有不同,但都具有相同的骨架結構(-Si-O-Si-)及其表面吸附水層,故水解性基團X的種類對這種相似結構的玻纖表面的反應性亦相似,其對應用效果影響不太明顯,如表3。另外,可水解基X的數目也會影響復合材料的性能。Iglesias在研究APTES(γ-氨基-丙基-三乙氧基硅烷)、APDES(γ-氨基-丙基-甲基-二乙氧基硅烷)及APMES(γ-氨基-丙基-二甲基-乙氧基硅烷)這3種硅烷偶聯劑增強環(huán)氧樹脂中指出:可水解基X的數目可影響硅烷偶聯劑在玻纖表面的吸附層結構。玻纖經硅烷偶聯劑水解液處理后,在相同的調理條件下,可水解基的數目越多越易形成網狀結構。APTES(含有3個乙氧基)處理后形成交聯結構,AP-DES(含有2個乙氧基)處理后形成線性結構,APMES(含有1個乙氧基)處理后形成小分子結構,如圖4所示。經這三類硅烷偶聯劑處理后的玻纖增強環(huán)氧樹脂,其復合材料的拉伸強度為:APDES>APTES=APMES?？梢?硅烷偶聯劑分子在玻纖表面的吸附呈線性分子結構,其拉伸強度最大。因為玻纖表面的硅烷吸附分子層如果形成線性分子結構,在增強樹脂的過程中,樹脂就能很容易地擴散到硅烷偶聯劑吸附層之中,那么更多的有機官能基就能與樹脂發(fā)生反應,最后形成互穿網絡的分子結構。如果硅烷吸附分子層形成交聯網狀分子結構,其巨大的交聯網狀結構阻礙了樹脂向玻纖表面的滲透,同時也阻礙了樹脂與有機官能基的化學反應。如果硅烷吸附層形成小分子結構,其對強度的貢獻有可能僅僅依靠有機官能基氨基的低聚集作用,效果不明顯。由此可見:可水解基X的數量影響硅烷偶聯劑在玻纖表面的吸附結構,從而進一步影響復合材料的性能。3.2.1.硅烷偶聯劑的使用劉峰在研究《新型硅烷偶聯劑的合成與應用》中指出:影響復合材料性能的主要是有機官能基Y,一般要求Y基團要與樹脂相溶或是起化學反應,才能使樹脂基的性能提高。Y為惰性有機官能團的硅烷,對極性有機聚合物的效果不好,但可用于非極性的物質。如表4所示,硅烷偶聯劑通常有如下選用原則:不飽和聚酯可選用乙烯基、環(huán)氧基及甲基丙烯酰氧基型硅烷偶聯劑。環(huán)氧樹脂可選用環(huán)氧基或胺基型硅烷偶聯劑。酚醛樹脂可選用氨基、脲基型硅烷偶聯劑。烯烴聚合物可選用乙烯基、氨基型硅烷偶聯劑。硫化橡膠可選用巰基。聚氨酯、聚酰胺可用氨基類型硅烷偶聯劑。但是,具體的樹脂應該選擇哪種合適的硅烷偶聯劑需要根據復合材料的具體性能要求決定。不同的Y基團有不同的增強效果,對于熱固性樹脂,比如聚酯、環(huán)氧、酚醛樹脂,有以下規(guī)律:聚酯樹脂:氨基>甲基丙烯酰氧基>乙烯基;環(huán)氧樹脂:當環(huán)氧樹脂使用胺類固化劑時,氨基硅烷增強效果較好;而使用酸類或酸酐類固化劑時,環(huán)氧基增強效果最佳;酚醛樹脂:使用氨基及脲基硅烷增強效果最好。對于熱塑性樹脂,則有以下規(guī)律:如經雙馬來酸酐改性的PP及PE,使用甲基丙烯酰氧基硅烷效果較好;未改性的使用氨基硅烷偶聯劑;尼龍類常使用環(huán)氧基硅烷或氨基硅烷;熱塑性聚酯PET、PBT及ABS常使用氨基硅烷。3.2.2濕態(tài)條件下,復合膠結構及性能硅烷偶聯劑的實際用量會直接影響玻纖增強復合材料的性能,所以要根據實際情況來添加適量的硅烷偶聯劑。比如:對于使用單一的硅烷偶聯劑的情況,Pohl等人在研究硅烷偶聯劑A-1100增強不飽和聚酯樹脂中指出,當硅烷偶聯劑用量在0.1%以下時,濕態(tài)條件下的復合材料彎曲強度呈逐漸增加的趨勢,而且增加量非常明顯;當含量超過0.1%并達到0.6%時,彎曲強度增加緩慢。對于兩種硅烷偶聯劑復配使用的情況,Park等人在研究中用A-174和A-1100復配(兩者之間的比例為9∶1)后處理玻纖織物增強不飽和聚酯樹脂得出:當硅烷偶聯劑的含量從0%(玻纖織物未經硅烷偶聯劑處理)增加到0.2%時,材料的表面自由能和機械性能均逐漸上升;當含量增加到0.2%時,材料的表面自由能和機械性能兩方面均達到最大值;當含量繼續(xù)從0.2%增加到0.5%時,材料的表面自由能和機械性能均逐漸下降。因此可見,經硅烷偶聯劑處理玻纖后增強的復合材料,其機械性能不是硅烷偶聯劑的含量越高性能越好。硅烷偶聯劑最佳的用量應根據復合材料性能的具體要求來決定。3.3硅烷偶聯劑在其他樹脂材料中的應用3.3.1硅烷偶聯劑在熱固性樹脂中的應用常見的熱固性樹脂有不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂等。這些樹脂經玻纖增強,通過真空袋、手糊、拉擠或纏繞等工藝成型后,其制品在干濕兩態(tài)下彎曲強度均有大幅的提高。且在濕態(tài)下,彎曲強度的降低較未處理過的小,如表5所示。對于不飽和聚酯:Jin在研究A-1100、A-187、A-174分別處理玻纖織物后增強不飽和聚酯中指出:經硅烷處理后的復合材料制品的層間剪切強度都較未處理過的有不同程度的提高。其中A-1100處理后的制品具有最大的層間剪切強度,這是因為A-1100含有的氨基能與不飽和聚酯中的雙鍵發(fā)生反應,從而提高了界面的強度。另外Lee在研究A-174處理玻纖織物后增強不飽和聚酯中也指出:經硅烷處理后的復合材料制品的彎曲強度和彎曲模量明顯得到提高。對于環(huán)氧樹脂:Berg在研究中提到:分別配制相同含量的A-1100+969環(huán)氧乳液(低分子量)、A-1100+8294環(huán)氧乳液(中等分子量)、A-1100+971環(huán)氧乳液(高分子量)處理玻纖織物后,其增強的環(huán)氧制品層間剪切強度較未加硅烷偶聯劑的下降了。其中971下降最多,因為A-1100里的氨基與環(huán)氧乳液的環(huán)氧基反應降低了乳液的相溶性。8294次之,這主要是因為A-1100里的氨基能和乳液和樹脂里的環(huán)氧基反應,形成了半互穿網絡改變了界面的性能。969下降最小,因為A-1100里的氨基和乳液和樹脂里的環(huán)氧基反應最少,硅烷能快速地滲入基體界面。綜上所述,硅烷偶聯劑加入乳液一起使用時,由于硅烷偶聯劑的有機基團與乳液之間的反應,改變了整個乳液體系的相溶性,最終影響制品的強度。另外在文獻中也有提到:用作生產印刷線路板的玻纖增強的環(huán)氧復合材料,使用硅烷偶聯劑可以改善它們的電氣性能。用A-187處理過的玻纖織物與雙酚A型的環(huán)氧樹脂復合制成的層壓板,經72h水煮后,其介電常數和電阻率基本穩(wěn)定。對于乙烯基樹脂:Saidpour研究了A-174和A-187硅烷偶聯劑處理玻纖織物對乙烯基樹脂/玻纖復合材料性能的影響。研究表明,用A-174和A-187硅烷偶聯劑處理過的試樣較未處理過的層間剪切強度都分別從70MPa提高到了74MPa。這是因為硅烷偶聯劑能夠與乙烯基樹脂基體和玻纖形成化學鍵,使得界面結合非常牢固,從而使層間的斷裂韌性得到提高。另外Jang研究了用A-174改性的聚丁二烯處理玻纖織物對乙烯基樹脂/玻纖復合材料性能的影響。研究也表明,處理后的試樣較未處理的試樣總沖擊能量從8.59J提高到了11.60J。對于酚醛樹脂:Pohl在研究了A-1100、A-187以及A-174硅烷偶聯劑處理玻纖對酚醛樹脂/玻纖復合材料性能的影響。研究表明,用A-1100、A-187及A-174硅烷偶聯劑處理過的拉擠棒材試樣較未處理過的棒材試樣的彎曲、剪切及壓縮強度均有不同程度的提高,其中A-1100處理后的拉擠棒材具有最大的彎曲、剪切及壓縮強度,這是因為A-1100含有的氨基能與酚醛樹脂中的酚羥基發(fā)生反應,從而提高了界面的強度。3.3.2硅烷偶聯劑在熱塑性樹脂中的應用常見的熱塑性樹脂有PA、PBT、PET、PP等。玻纖增強熱塑性樹脂復合材料是以熱塑性樹脂為主體,與經過適量硅烷偶聯劑處理的玻纖用螺桿擠出機經包覆、回擠混合制成的一類復合材料,其制品在干濕兩態(tài)下彎曲強度均有大幅的提高。且在濕態(tài)下,彎曲強度的降低較未處理過的小,見表6。對于PA類樹脂:張士華研究偶聯劑處理玻纖增強尼龍復合材料指出:用硅烷A-1100處理的玻纖改性的尼龍試樣,拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度均比純尼龍試樣有很大的提高。然而,經A-174處理的玻纖改性的尼龍試樣,其拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度均比純尼龍試樣有不同程度的降低,這是因為A-174中的甲基丙烯酰氧基無法與尼龍形成有效的化學鍵,因此不能在玻纖和尼龍基體間形成有效的界面結合;而A-1100的有機官能團為氨基,尼龍在聚合過程中由于助催化劑的活化,形成具有大量酰亞胺結構的高分子長鏈,這個氨基可以進攻酰亞胺結構中的羰基,并與之連接起來。這樣A-1100通過化學鍵將尼龍基體與玻纖結合起來,完成兩種化學性質不同材料間的偶合,從而提高了界面強度。另外,在文獻中也有提到:用硅烷偶聯劑A-1100處理后的玻纖增強PA6復合材料與未處理的相比,其制品的平均剪切強度提高了近67%。同時文獻中也報道過:用硅烷偶聯劑A-1100處理后的玻纖增強PA6復合材料與未處理的相比,其制品的層間剪切強度提高了40%。對于PBT樹脂:MohdIshak在研究濕熱老化和硅烷偶聯劑的處理對短切纖維增強PBT注射成型材料的影響里指出:經氨基類硅烷偶聯劑A-1100處理后的PBT復合材料,其制品在干濕兩態(tài)下的拉伸強度和拉伸模量均有大幅的提高,這是因為硅烷偶聯劑在玻纖及PBT樹脂基體的界面之間形成了有效的化學鍵,這種化學鍵能提高拉伸應力從樹脂基體傳遞到玻纖上的效率。另外,陳秀宇在研究玻纖改性及加工工藝對阻燃增強PBT性能的影響中也指出:玻纖經硅烷偶聯劑A-1100處理后,其PBT/GF復合材料各方面性能均優(yōu)于未處理的復合材料,與未處理的復合材料相比,拉伸強度提高了10.6%,彎曲強度提高了13%,缺口沖擊強度提高了19.6%。對于PET樹脂:寧彩珍在研究短玻璃纖維增強PET復合材料中指出:玻纖經硅烷偶聯劑A-1100處理后,其PET/GF復合材料的彎曲強度、沖擊強度均有大幅的提高。這是因為A-1100里帶有的氨基與PET鏈端的羧基和羥基發(fā)生縮合反應,或者與鏈間的氫基以氫鍵連接,從而提高了界面的強度。另外,A-1100分子中含有亞烷基,它的鏈相對較長,所以柔性好,材料受到應力時,亞烷基分子鏈會發(fā)生某些調整,如鍵角、排列等改變,消耗一定的機械能并轉化為分子內能,提高復合材料的抗沖擊強度和彎曲強度。對于PP樹脂:趙若飛在研究玻璃纖維增強聚丙烯界面處理研究進展中提出:玻纖經硅烷偶聯劑A-1100、A-174、A-187、A-151處理后,其增強的PP樹脂(未改性)復合材料制品的界面剪切強度較未處理過出現了不同的變化,其中A-174、A-187及A-151處理的制品界面剪切強度均下降了,只有A-1100處理過的制品界面剪切強度稍提高了。這是因為未經改性的PP樹脂不能與硅烷偶聯劑形成化學鍵,玻纖表面主要通過物理方式與聚丙烯結合。玻纖表面與聚丙烯的相容性決定界面粘結強度。所用硅烷偶聯劑與聚丙烯的相容性不同,則測得的界面剪切強度也不同,相容性越好相互接觸越緊密,甚至可部分發(fā)生相互擴散,使界面結合強度較高。A-1100由于帶有極性較強的氨基,玻纖表面與聚丙烯間的物理結合更強,與聚丙烯的相容性更好,故其強度得到提高。另外靳志森在研究硅烷偶聯劑對玻纖/聚丙烯復合材料的影響中提出:玻纖經硅烷偶聯劑A-1100、A-174處理后,其增強的PP樹脂(馬來酸酐或丙烯酸接枝改性)復合材料經SEM研究顯示形成了良好的界面,其中A-174處理玻纖與PP基體之間形成的界面優(yōu)于A-1100處理過的界面。這是因為PP經改性后,引入了可以和硅烷偶聯劑有機基團反應的活性點(酸酐或丙烯酸基團),在界面上形成了化學鍵,從而形成良好的界面。但是A-174帶有的甲基丙烯酰氧基與活性點的反應更強,界面的相容性更好,所以A-174處理的制品具有更優(yōu)的界面結合。4新型硅烷偶聯劑帶有各種官能團的硅烷偶聯劑發(fā)展至今,除了作為有機-無機材料之間的偶聯劑外,利用其結構的特殊性,在其他領域的應用也有了新的發(fā)展。比如用來改性水性聚氨酯,先利用氨基類硅烷偶聯劑的氨基打開環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基,然后與擴鏈劑和二異氰酸酯一起合成改性的水性聚氨酯,