第十一章偶联剂922课件.ppt
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- 第十一 章偶联剂 922 课件
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1、1第十一章 偶联剂 一二请在这里输入您的主要叙述内容整体概述三请在这里输入您的主要叙述内容请在这里输入您的主要叙述内容3复合材料定义 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料中,通常有一相为连续相,称为基体;另一相为分散相,称为增强材料。两相之间存在着相界面。虽然复合材料的组分材料保持着其相对的独立性,但其性能却不是组分材料性能的简单相加,而是相互“取长补短”,有着协同作用,极大的弥补了单一材料的缺点。在一定程度上讲,它综合了各种材料如纤维,树脂,橡胶,金属,陶瓷等的优点。4复合材料的主要优点比强度,比模量大(以碳纤维,硼纤维及有机纤维增强的聚合
2、物基复合材料的比强度相当于钛合金的35倍,比模量相当于金属的4倍之多)耐疲劳性能好(聚合物基复合材料中纤维与基体的界面有能阻止材料受力所致的裂纹扩展的效果)减震性好(一是由于其具有高的自振频率,二是由于复合材料的界面具有吸振能力,使材料的震动阻尼很高)过载时安全性好(当过载时,一部分纤维断裂,载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上)有很好的加工工艺性(有多种加工工艺如手糊成型,模压成型,挤拉成型等)5复合材料的分类 按基体材料分主要有:w 聚合物基复合材料w 金属基复合材料1.无机非金属基复合材料(包括陶瓷基和水泥基6复合材料的分类 按增强纤维种类分主要有w 玻璃纤维复合材料w 碳纤维复合材料w
3、有机纤维复合材料(包括芳香族聚酰胺纤维,芳香族聚酯纤维和高强度聚烯纤维等)w 金属纤维1.陶瓷纤维7聚合物基体的作用 把增强纤维粘在一起 分配增强纤维间的载荷 保护增强纤维不受环境的影响8聚合物基体 常用作基体的聚合物 不饱和聚酯树脂,环氧树脂,酚醛树脂 耐高温树脂 热塑性聚合物 辅助材料:固化剂,增韧剂,稀释剂,催化剂等9聚合物增强剂 增量剂 填料 降低制品的成本、改善其功能的物质显著提高聚合物的力学性能增加重量降低成本?10无机填料增强PEPE耐辐射性能11复合材料的界面 复合材料界面的重要性 复合材料界面的理论 复合材料界面的表征 纤维表面处理12化学结构和物理形态的差异缺乏亲和性粘度的
4、显著提高加工性能受到影响彼此之间混合不均、黏合力弱力学性能降低偶联剂13复合材料的界面处理技术 为了获得好的界面粘结,通常要对增强材料的表面进行有针对性的处理,以改善其表面性能,获得与基体的良好界面粘结。所谓表面处理,就是在增强体表面涂覆上一种称为表面处理剂的物质,这种表面处理剂包括浸润剂及一系列偶联剂和助剂等物质,它有利于增强体与基体间形成一个良好的粘结界面,从而达到提高复合材料各种性能的目的。14偶联剂及其作用机理 偶联剂是这样的一类化合物,它们的分子两端通常含有性质不同的基团,一端的基团与增强体表面发生化学作用或物理作用,另一端的基团则能和基体发生化学作用或物理作用,从而使增强体和基体很
5、好地偶联起来,获得良好的界面粘结,改善了多方面的性能,并有效地抵抗了水的侵蚀。按化学组成,偶联剂主要可分为有机铬和有机硅两大类,此外还有钛酸酯等。何为偶联剂?15(1)(1)有机酸氯化铬络合物类偶联剂 有机酸氯化铬络合物简称铬络合物,这类络合物通常是用碱式氯化铬与羧酸反应而制得。2Cr(OH)Cl2+RCOOHRCOOCr2(OH)Cl4+H2O这类铬络合物无水时的结构式为:16沃兰(Vo1an)(Vo1an),结构式为 :沃兰是一种有机酸铬络合物,它通常配成水、异丙醇或丙酮的溶液,该溶液是酸性的,一般是暗绿色,常用的是它的水溶液。17沃兰处理剂与玻纤表面的作用可用如下过程表示:1819(2)
6、(2)有机硅烷类偶联剂 有机硅烷是一类品种很多,效果也很显著的表面处理剂,其一般结构通式为:R Rn nSiXSiX4-n4-n X X基团与玻璃纤维表面的作用机理:硅烷偶联剂处理玻璃纤维通常经历四个阶段:开始时在偶联剂SiSi上的三个不稳定的x x基团发生水解;随后缩合成低聚体;这些低聚体与基质表面上的-OH-OH形成氢键;最后在干燥或固化过程中与基质表面形成共价键并伴随着少量的水。R R为有机基团,是可与合成树脂作用形成化学键的活性基团,如不饱和双键、环氧基、氨基等;X X为易水解的基团,如甲氧基、乙氧基等。n n1 1,2 2,3 3 绝大多数n n1 1202122OHOHOHOHOH
7、OHSiOHRnSiOHRnSiOHRnSiOHRnSiOHRnSiOHRnH2NCH2CH2CH2SiOOHOHSi玻璃+H2O玻璃H2NCH2CH2CH2SiOH+HOOHOHSiH2N C H2C H2C H2S iOO HO HS i玻璃+CH2C HOC H2C H2C H2N HC H2C HO HS iOH OH OS i玻璃23三甲氧基硅烷偶联剂改善填料界面性质的过程24硅烷偶联剂改善含有含氧基团聚合物的过程25硅烷偶联剂改善含有含胺基聚合物的过程26硅烷偶联剂改善含有含羟基聚合物的过程27预处理法:先用硅烷偶联剂对无机填料进行表面处理,然后再加入到聚合物中。(1)干式处理:是
8、在高速搅拌机中,首先加入无机填料,在搅拌的同时将预先配制的硅烷偶联剂慢慢加入,并均匀分散在填料表面进行处理。(2)湿式处理:则是在填料的制作过程中,用硅烷偶联剂处理液进行浸渍或将硅烷偶联剂添加到填料的浆液中,然后再进行干燥。整体掺合法:即将硅烷偶联剂掺入无机填料和聚合物中,并且一步完成配料。硅烷偶联剂的使用方法28 由于实际使用中真正起到偶联作用的是很少的偶联剂所形成的单分子层,因此过多地添加硅烷偶联剂是不必要的。硅烷偶联剂的使用量与其种类以及填料的表面积有关。当填料面积不确定时,偶联剂的用量可以确定为填料的1%左右。)硅烷最小包覆面积()填料表面积()填料用量(硅烷偶联剂的用量/gm/gmg
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