第五章工程塑料改性劑

1、塑料改性是繼聚合方法之外又一個獲得新性能樹脂的簡捷而有效的方法。從20世紀70年代以來國內(nèi)外工程塑料的新品種幾乎沒有增加，但能夠滿足各種用途的新牌號(品級)改性塑料卻層出不窮，這主要得益于共混、合金、增強、復(fù)合技術(shù)和塑料助劑技術(shù)的發(fā)展和加工新技術(shù)的應(yīng)用。 在所有塑料的改性方法中最具吸引力的是通過添加其他組分，用共混等物理方法實現(xiàn)的改性。它具有效果明顯、工藝簡單、成本低等優(yōu)點。塑料改性所用的添加劑種類很多，有如增韌劑(抗沖擊改性劑)、相容劑、纖維增強劑、礦物填充劑、阻燃劑、抗靜電劑、潤滑劑、增塑劑、抗氧化劑、防老化劑、著色劑、成核劑等。5.1 增韌劑增韌劑 增韌劑是用于改善塑料的沖擊性能，即提高

2、塑料韌性的一種添加劑。塑料增韌是高分子材料研究的重要內(nèi)容。 聚合物增韌的主要方法有共混彈性體增韌、添加剛性粒子增韌、形態(tài)控制增韌、交聯(lián)增韌和低發(fā)泡增韌等，其中最有效的增韌方法仍為共混彈性體增韌。近年來剛性粒子增韌發(fā)展也較快，常用的增韌劑有彈性體、高韌性塑料、超微細無機填料、針狀(長徑比)纖維等。增韌劑的種類增韌劑的種類 1. 彈性體增韌材料彈性體增韌材料 增韌劑主要改善脆性塑料的沖擊性能，因此幾乎所有柔性材料都可以作為脆性材料的增韌劑，關(guān)鍵是多相組份的相容性。只有具有好的相容性的增韌體系才能達到良好的增韌目的，因此塑料的增溶劑常與相容劑配合使用。1）高抗沖擊性樹脂。例如氯化聚乙烯（CPE）、苯

3、乙烯丁二烯嵌段聚合物（SBS）、改性石油樹脂（MPR）等。其中，MPR的成本較低。2) 高抗沖擊橡膠。例如乙丙橡膠(EPR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈橡膠(NBR)、丁苯橡膠、天然橡膠、順丁橡膠、聚異丁烯橡膠和丁二烯橡膠等。2 剛性增韌材料剛性增韌材料 剛性增韌材料可分為無機剛性 增韌材料和有機剛性增韌材料兩大類。 目前得到廣泛應(yīng)用的有超細碳酸鈣、滑石粉、二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯、PS、苯乙烯丙烯腈共聚物（SAN）等。52 相容劑相容劑 在改性塑料中，塑料合金是由多種聚合物混合而制成的，具有單一聚合物所無法達到的優(yōu)良物理性能，并能夠很快滿足各種市場的要求，因此越來越受到重視，尤其是在通

4、用工程塑料方面發(fā)展迅速。 采用物理共混方法制造聚合物合金，關(guān)鍵是要解決聚合物之間的相容性。所謂相容性是指聚合物兩相之間相互融合的程度和分散的狀態(tài)，相容性好的聚合物混煉后可以達到分子級別的分散，并形成均相結(jié)構(gòu)，聚合物的兩相間接觸面積大，黏力強，可以形成細分散結(jié)構(gòu)，而又保持微相分離的狀態(tài)；相容性不好的聚合物經(jīng)過混煉后，各種聚合物成分獨立地凝集成團，兩相處于分離狀態(tài)，兩相界面很小，聚合物之間黏結(jié)力弱，因此易發(fā)生分層、剝離現(xiàn)象。因此聚合物相容化的辦法是在聚合物共混中加入相容劑。 相容劑是在共混的聚合物組分之間起到所謂“偶聯(lián)作用的共聚物，它又稱為增容劑、界面乳化劑等。STHG0G兩組分相容兩組分相容兩組

5、分不相容兩組分不相容0G高分子的相容性包含兩層意思： a.指熱力學(xué)上的互溶性，即指鏈段水平或分子水平上的相容； b.指熱力學(xué)意義上的混溶性，即混合程度的問題。 由于高分子混合時的熵變值S很小，而大多數(shù)高分子高分子間的混合是吸熱過程，即H為正值，要滿足G小于零的條件較困難，也就是說，絕大多數(shù)共混聚合物不能達到分子水平的混合，而形成非均相的“兩相結(jié)構(gòu)”。 改善相容性，加入第三組份增容劑是有效途徑。增容劑可以是與A、B兩種高分子化學(xué)組成相同的嵌段或接枝共聚物。觀察共混物的透光性TEM (Transmission electron microscopy)透射電鏡和SEM (Scanning elect

6、ron microscopy)掃描電鏡觀察分散相粒子大小和分布測量共混物的 Tg - 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Glass transition temperature）的變化是判別相容性的有效的方法。a共混體系僅呈現(xiàn)一個Tg，認為是分子水平相容的。b若呈現(xiàn)兩個Tg，向中間靠攏，認為是部分相容的。c若呈現(xiàn)兩個Tg， Tg不變，認為是完全不相容。透明：相容性好渾濁：相容性差421 相容劑的作用原理相容劑的作用原理 在聚合物共混過程中，相容劑的作用有兩方面的含義：一是使聚合物易于相互分散以得到宏觀上均勻的共混產(chǎn)物；另一個是改善聚合物體系中兩相界面的性能，增加相間的黏合力，并具有長期穩(wěn)定的性能。改善聚合物之

7、間相容性的方法較多。 相容劑分子中具有能與共混各聚合物組分進行物理的或化學(xué)的結(jié)合的基團，是能將不相容或部分相容組分變得相容的關(guān)鍵。由于相容劑種類、制造方法較多，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不一，因此各種相容劑在聚合物共混物中的作用機理是完全不同的。1 非反應(yīng)型相容劑的作用原理非反應(yīng)型相容劑的作用原理 非反應(yīng)型相容劑一般包括能起增容作用的嵌段共聚物和接枝共聚物。如在聚合物A和聚合物B不相容共混體系中，加入AbB(A與B的嵌段共聚物)或AgB(A與B的接枝共聚物)，可在兩相界面處起到“乳化作用”或“偶聯(lián)作用”，使兩者的相容性得以改善。其增容作用可以概括為：降低兩相之間界面能；在聚合物共混過程中促進相的分散；阻止分散

8、相凝集；強化相間黏結(jié)。如用于PS/PE合金的相容劑PSPE嵌段共聚物和PSgPE接枝共聚物。2 反應(yīng)型相容劑的作用原理反應(yīng)型相容劑的作用原理 反應(yīng)型相容劑主要是一些含有可與共混物組分起化學(xué)反應(yīng)的官能團的共聚物，它們特別適合于那些相容性差且?guī)в幸追磻?yīng)官能團的聚合物之間共混的增容。反應(yīng)增容的概念包括：外加反應(yīng)型相容劑與共混物組分反應(yīng)而增容；使共混聚合物組分官能化，并憑借相互反應(yīng)而增容。 反應(yīng)型相容劑帶有具有一定反應(yīng)活性的基團是其有增容效果的關(guān)鍵，常見的反應(yīng)活性基團有馬來酸酐、環(huán)氧基和氧氮雜茂戊環(huán)等。具有這些反應(yīng)基團的相容劑與聚合物共混時在熱、力的作用下，會與共混組分之間發(fā)生如下類型的反應(yīng)，從而達到

9、增容目的。1）羧基或酸酐與胺基反應(yīng)類型 例如羧化PE或乙烯甲基丙烯酸無規(guī)共聚物P(ECOMMA)作為相容劑，增容PEPA共混體系即是該類反應(yīng)。酸酐比羧酸更有活性，用馬來酸酐接枝的接枝聚合物常用于含PA類共聚物的共混增容。其中X可為醋酸乙烯、丙烯酸丁酯或丙烯酸乙酯等。 2）環(huán)氧基與氨基或羧基或酸酐的反應(yīng)例如將主干為PS并含有PS支鏈和環(huán)氧基的相容劑加入到PA6PPO共混體系中的增容反應(yīng)，即屬于此類反應(yīng)。53 纖維增強劑纖維增強劑1.玻璃纖維（玻璃纖維（用量最大、價格最便宜）用量最大、價格最便宜）1）玻璃纖維的分類）玻璃纖維的分類（1）以不同的來區(qū)分：玻璃纖維玻璃纖維 玻璃纖維玻璃纖維 玻璃纖維是

10、最常用的塑料增強材料，可占塑料用增強材料的95以上。用玻璃纖維增強的環(huán)氧樹脂稱為玻璃鋼，是一種通用的工程材料。 無堿玻璃纖維（通稱通稱E玻纖）玻纖） 是以鈣鋁硼硅酸鹽組成的玻璃纖維，這種纖維強度較高，耐熱性和電性能優(yōu)良，能抗大氣侵蝕，化學(xué)穩(wěn)定性也好(但不耐酸)。 現(xiàn)在，國內(nèi)外大多數(shù)都使用這種玻璃纖維作為復(fù)合材料的原材料。 目前，國內(nèi)規(guī)定其堿金屬氧化物含量不大于0.5，國外一般為1左右。 中堿玻璃纖維它是指堿金屬氧化物含量在11.5 12.5之間的玻璃纖維。國外沒有這種玻璃纖維，它的主要特點是耐酸性好，但強度不如E玻 璃纖維高。它主要用于耐腐蝕領(lǐng)域中，價格較便宜。有堿玻璃纖維 此種玻璃由于含堿量

11、高，強度低，對潮氣侵蝕極為敏感，因而很少作為增強材料。特種玻璃纖維 如由純鎂鋁硅三元組成的高強玻璃纖維，鎂鋁硅系高強高彈玻璃纖維，硅鋁鈣鎂系耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕玻璃纖維，含鉛纖維，高硅氧纖維，石英纖維等。（2）以單絲直徑分類）以單絲直徑分類玻璃纖維單絲呈圓柱形，以其直徑的不同可以分為以下幾種：粗粗纖維：纖維：30 um；初級初級纖維：纖維：20 um;中級中級纖維：纖維：10 20 um ；高級高級纖維：纖維：3 10um (亦稱亦稱紡織紡織纖維纖維)。 用于玻璃鋼的用于玻璃鋼的纖維直徑纖維直徑逐漸逐漸向粗的方向向粗的方向發(fā)展，纖維直徑為發(fā)展，纖維直徑為14-24um，甚至達，甚至達27um。2）玻

12、璃纖維的拉伸強度）玻璃纖維的拉伸強度 玻璃纖維的最大特點是拉伸強度高。一般玻璃制品的拉伸強度只有40 100 MPa，而直徑3 9 um的玻璃纖維拉伸強度則高達1500 4000 MPa，較一般合成纖維高約10倍，比合金鋼還高2倍。一般情況，玻璃纖維的拉伸強度隨直徑變細而拉伸強度增加，如下表所示：玻璃纖維拉伸強度與直徑的關(guān)系玻璃纖維拉伸強度與直徑的關(guān)系玻璃纖維本身為極性材料，表面十分光滑，對非極性樹脂如PP、PE等，兩者之間的相容性差。為此在加入樹脂中之前，需要進行表面處理或加入相容劑，表面處理可用偶聯(lián)劑。2.碳纖維碳纖維 碳纖維是由有機纖維經(jīng)固相反應(yīng)（高溫碳化和石墨化） 轉(zhuǎn)變而成的纖維狀聚合

13、物碳，其碳含量在其碳含量在90%以上。以上。制備碳纖維的有機纖維主要有有三種： 人造絲(粘膠纖維)；聚丙烯腈(PNN) 纖維；瀝青。其中，制造高強度、高模量碳纖維多選為原料。1）制備）制備2）碳纖維的分類）碳纖維的分類性能分類性能分類高性能碳纖維高性能碳纖維高強度高強度(HS)，超高強度，超高強度(VHS)，高模量高模量(HM)，中模量（，中模量（MM)低性能碳纖維低性能碳纖維耐火纖維，碳質(zhì)纖維，石墨纖維等耐火纖維，碳質(zhì)纖維，石墨纖維等根據(jù)碳纖維的性能可分為：按功能可分為：碳纖維功能碳纖維功能受力結(jié)構(gòu)用碳纖維受力結(jié)構(gòu)用碳纖維耐焰碳纖維耐焰碳纖維活性碳纖維（吸附活性）活性碳纖維（吸附活性）導(dǎo)電用

14、碳纖維導(dǎo)電用碳纖維潤滑用碳纖維潤滑用碳纖維耐磨用碳纖維耐磨用碳纖維 碳纖維的應(yīng)力應(yīng)變碳纖維的應(yīng)力應(yīng)變曲線是一條直線，纖維在曲線是一條直線，纖維在斷裂前是彈性體，斷裂是斷裂前是彈性體，斷裂是瞬間開始和完成的。瞬間開始和完成的。 碳纖維的力學(xué)性能除碳纖維的力學(xué)性能除取決于纖維的結(jié)構(gòu)外，與取決于纖維的結(jié)構(gòu)外，與纖維的直徑等有關(guān)。一般纖維的直徑等有關(guān)。一般作為結(jié)構(gòu)材料用的碳纖維作為結(jié)構(gòu)材料用的碳纖維直徑為直徑為6m11m。3）碳纖維的力學(xué)性能）碳纖維的力學(xué)性能4）碳纖維的化學(xué)性能）碳纖維的化學(xué)性能具有高的比強度和高模量，熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好。被大量用具有高的比強度和高模量，熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定

15、性好。被大量用作作復(fù)合材料的增強材料。用碳纖維制成的樹脂基復(fù)合材料比模量比鋼的增強材料。用碳纖維制成的樹脂基復(fù)合材料比模量比鋼和鋁合金高和鋁合金高5倍，比強度高倍，比強度高3倍以上，同時耐腐蝕、耐熱沖擊、耐燒蝕倍以上，同時耐腐蝕、耐熱沖擊、耐燒蝕性能均優(yōu)越，因而在航空和航天工業(yè)中得到應(yīng)用并得到迅速發(fā)展。性能均優(yōu)越，因而在航空和航天工業(yè)中得到應(yīng)用并得到迅速發(fā)展。碳纖維增強聚合物基復(fù)合材料（CFRP） CFRP在民用在民用飛機中的應(yīng)用飛機中的應(yīng)用CFRP在空間站大型結(jié)構(gòu)在空間站大型結(jié)構(gòu)以及太陽能電池支架中的應(yīng)用以及太陽能電池支架中的應(yīng)用3.高性能有機纖維高性能有機纖維芳香族聚酰胺纖維芳香族聚酰胺纖

16、維高強高模聚乙烯（超高分子量聚乙烯）高強高模聚乙烯（超高分子量聚乙烯）聚苯并聚苯并噁噁唑纖維唑纖維PBOPBONylon & PolyesterFor TextileNylon & Polyester For IndustrialAramid(Kevlar)Polyarylate Ordinary Fiber60kg150kg320kgSuper PolyethylenePBO FiberCarbon Fiber Super Fiber440kg590kg700kg高性能纖維強度高性能纖維強度 Up to what weight could a filament of 1mm2

17、 in sectional area support? 幾種高性能纖維的性能比較幾種高性能纖維的性能比較 品種品種 比重比重 強度強度 模量模量 伸長伸長 熔點熔點 (g/cm(g/cm3 3) (GPa) (GPa) (GPa) (GPa) (%) ) (%) （ C C） HSHMPE 0.97 3.5 160 2.5 140HSHMPE 0.97 3.5 160 2.5 140 芳芳 綸綸 1.441.44 2.8 132 2.5 560 2.8 132 2.5 560 碳纖維碳纖維 1.78-1.85 14-22 300-1000 0.5-1.4 1.78-1.85 14-22 300

18、-1000 0.5-1.4 聚芳酯聚芳酯 1.4 4.1 134 3.0 380 1.4 4.1 134 3.0 380 雜環(huán)雜環(huán)PBI 1.43 0.38 5.7 25-30 450PBI 1.43 0.38 5.7 25-30 450 PBO 1.59 5.5 350 2.5 650 PBO 1.59 5.5 350 2.5 650 高強高強PVA 1.32 2.1 46 4.9 245PVA 1.32 2.1 46 4.9 245氧化鋁纖維氧化鋁纖維 4.0 2.9 250 1.54.0 2.9 250 1.5 鋼纖維鋼纖維 7.867.86 2.8 2.8 225 225 1.11.1

19、16001600是指日前巳工業(yè)化是指日前巳工業(yè)化生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的。國外商品牌號叫國外商品牌號叫，我，我國暫命名為國暫命名為，有時也稱，有時也稱。 這三種牌號纖維這三種牌號纖維的用途各不相同。的用途各不相同。主要用于主要用于橡膠增強橡膠增強，制造輪胎制造輪胎、三角三角皮帶皮帶、同步帶同步帶等；等；主要用于主要用于繩索繩索、電纜電纜、涂漆織物涂漆織物、帶帶和和帶狀物帶狀物，以及，以及防彈背心防彈背心等。等。用于用于航空航空、宇航宇航、造船工業(yè)造船工業(yè)的復(fù)的復(fù)合材料制件。合材料制件。 A 、芳綸纖維的、芳綸纖維的； 、 芳綸纖維的芳綸纖維的； 、芳綸纖維的、芳綸纖維的。芳綸纖維的特點

20、芳綸纖維的特點是是。單絲強度。單絲強度可達可達3773 MPa；254mm長的纖維束的拉伸強度長的纖維束的拉伸強度為為2744 MPa，大約為鋁的，大約為鋁的5倍。倍。芳綸纖維的芳綸纖維的，大約為石墨纖維，大約為石墨纖維的的6倍，為硼纖維的倍，為硼纖維的3倍，為玻璃纖維倍，為玻璃纖維0.8倍。倍。的的，可達，可達1.27 1.577 MPa，比，比玻璃纖維玻璃纖維高一倍，為高一倍，為碳纖維碳纖維0.8倍。倍。的的在在3左右，接近左右，接近玻璃玻璃纖維纖維，高于其他纖維。，高于其他纖維。因此，因此，在高溫作用下，不發(fā)生變形，在高溫作用下，不發(fā)生變形，直至分解。直至分解。如，能長期在如，能長期在1

21、80下使用；在下使用；在150下作用下作用一周后一周后、不會下降；即使在不會下降；即使在200下，下，一周后一周后15，4；另外，在低溫另外，在低溫(-60)不發(fā)生不發(fā)生亦不亦不。與與混雜將能大大混雜將能大大纖維復(fù)纖維復(fù)合材料的合材料的。 的的，比重為，比重為1.44 1.45，只，只有鋁的一半。因此，它有高的有鋁的一半。因此，它有高的與與。下表為芳綸纖維的基本性能下表為芳綸纖維的基本性能有有，當溫度達，當溫度達487 時尚時尚，但開始，但開始。具有良好的具有良好的性能，對性能，對中中性化學(xué)藥品性化學(xué)藥品的的一般是很強的，但易受一般是很強的，但易受各種各種，尤其是，尤其是；芳綸纖維的芳綸纖維的

22、也不好，這是由于在分子也不好，這是由于在分子結(jié)構(gòu)中存在著結(jié)構(gòu)中存在著；對纖維的影響，類似于對纖維的影響，類似于尼龍或聚酯尼龍或聚酯。在。在(20相對濕度相對濕度)下芳綸纖維的吸濕率為下芳綸纖維的吸濕率為1，但在，但在(85相對濕度相對濕度)下，可達到下，可達到7。芳綸纖維是芳綸纖維是對苯二甲酰對苯二甲酰與與對苯二胺對苯二胺的聚合體，的聚合體，經(jīng)溶解轉(zhuǎn)為經(jīng)溶解轉(zhuǎn)為液晶液晶紡絲而成。它的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：紡絲而成。它的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下： 從上述化學(xué)結(jié)構(gòu)可知，從上述化學(xué)結(jié)構(gòu)可知，材料的材料的基體結(jié)構(gòu)基體結(jié)構(gòu)是是長鏈狀長鏈狀，即結(jié)構(gòu)中含有，即結(jié)構(gòu)中含有，其中至少，其中至少8585的的酰氨直接鍵合在芳香環(huán)上

23、酰氨直接鍵合在芳香環(huán)上. .鍵合在芳香環(huán)上鍵合在芳香環(huán)上剛硬的直線狀分子鍵在剛硬的直線狀分子鍵在是是高度定向高度定向的，各的，各聚合物鏈聚合物鏈是由是由作橫向連結(jié)。作橫向連結(jié)。這種在這種在和和，是造成芳綸，是造成芳綸纖維纖維的原因，即纖維的的原因，即纖維的，而，而。芳綸纖維的芳綸纖維的化學(xué)鏈化學(xué)鏈主要由主要由組成。這種組成。這種芳環(huán)結(jié)構(gòu)芳環(huán)結(jié)構(gòu)具有具有，并使，并使聚合物鏈聚合物鏈呈呈狀態(tài)而不是狀態(tài)而不是狀狀態(tài)，形成態(tài)，形成結(jié)構(gòu)，因而纖維具有結(jié)構(gòu)，因而纖維具有。由于由于具有具有，因此，它具，因此，它具有有、以及以及在很高溫度下在很高溫度下等特點。等特點。通過電鏡對纖維觀察表明，芳綸是一種通過電鏡

24、對纖維觀察表明，芳綸是一種的有規(guī)則的的有規(guī)則的。這種這種結(jié)構(gòu)的模型，可以很好地解釋結(jié)構(gòu)的模型，可以很好地解釋、及及的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。目前，芳綸纖維的總產(chǎn)量目前，芳綸纖維的總產(chǎn)量43用于用于(芳綸芳綸-29)，31用于用于，17.5用于用于和和，8.5用于用于。 以以作為作為，作為作為所形所形成的成的，簡稱，簡稱KFRP，它在，它在航空航天方面航空航天方面的應(yīng)用，僅次于的應(yīng)用，僅次于，成為必不可少的材料。，成為必不可少的材料。聚乙烯纖維作為目前聚乙烯纖維作為目前一種有機一種有機纖維，它具有以下四個特點：纖維，它具有以下四個特點：、成本較低成本較低。通常情況下，通常情況下，的的大于大于106，纖，纖

25、維的維的為為3.5 GPa，彈性模量彈性模量為為116 GPa，為為3.4%，為為0.97 g / cm 3。可用于制做。可用于制做武器武器裝甲裝甲、防彈背心防彈背心、航天航空部件航天航空部件等。等。相比于其它各種纖維材料，相比于其它各種纖維材料，具有具有許多種許多種。如：高如：高、高、高以及以及、等。等。的不足之處：的不足之處：（約（約135）。 因此僅能在因此僅能在100以下使用。以下使用。 3 3 聚對苯撐并聚對苯撐并雙惡唑雙惡唑纖維（纖維（PBOPBO） 目前，目前，PBOPBO纖維它的強度、模量、纖維它的強度、模量、耐熱性和難燃性都比有機纖維的耐熱性和難燃性都比有機纖維的性能好許多，

26、其強度和模量更超性能好許多，其強度和模量更超過了鋼纖維，它在火焰中不燃燒、過了鋼纖維，它在火焰中不燃燒、不收縮而且仍然非常柔軟。不收縮而且仍然非常柔軟。應(yīng)用：應(yīng)用：PBOPBO纖維主要用于纖維主要用于耐熱耐熱的產(chǎn)業(yè)用的產(chǎn)業(yè)用紡織品和紡織品和纖維增強材料纖維增強材料這兩個領(lǐng)域。這兩個領(lǐng)域。在耐熱難燃材料方面，在耐熱難燃材料方面，PBOPBO可用可用作襯墊，用于鋁型材、鋁合金及玻璃作襯墊，用于鋁型材、鋁合金及玻璃制品等的成形過程。制品等的成形過程。PBOPBO是優(yōu)秀的消防服材料。是優(yōu)秀的消防服材料。在纖維復(fù)合材料方面，它可以替在纖維復(fù)合材料方面，它可以替代碳纖維，用于新型交通工具、宇宙代碳纖維，用

27、于新型交通工具、宇宙空間器、深海海洋開發(fā)等?？臻g器、深海海洋開發(fā)等。 其具體用途：其具體用途：PBOPBO纖維纖維 5.4 偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑 聚合物基復(fù)合材料的基體是有機高分子材料，增強劑則主要是無機材料-如玻璃纖維、無機填料等。由于有機高分子材料和無機材料在結(jié)構(gòu)性能上存在很大的差異，相互親和力差,難以實現(xiàn)良好的界面結(jié)合。 為提高玻璃纖維或其他無機填料與基體樹脂的界面結(jié)合力，常使用偶聯(lián)劑。所謂偶聯(lián)劑是分子中含有兩種不同性質(zhì)基團的化合物，其中一種基團可與增強材料發(fā)生化學(xué)或物理的作用，另一種基團可與基體發(fā)生化學(xué)或物理作用。通過偶聯(lián)劑的偶聯(lián)作用,使基體與增強材料實現(xiàn)良好的界面結(jié)合，從而顯著提高復(fù)合材料的

28、性能。偶聯(lián)劑主要分為有機硅烷偶聯(lián)劑，鈦酸酯類偶聯(lián)劑等。1.有機硅烷偶聯(lián)劑有機硅烷偶聯(lián)劑 有機硅烷是一類品種很多，效果也很顯著的表面處理劑，其一般結(jié)構(gòu)通式為： R Rn nSiXSiX4-n4-n R為有機基團，是可與合成樹脂作用形成化學(xué)鍵的活性基團,如不飽和雙鍵、環(huán)氧基、氨基等；n1，2，3 絕大多數(shù)n1X為易水解的基團，如甲氧基、乙氧基等。X基團與玻璃纖維表面的作用機理：基團與玻璃纖維表面的作用機理： 硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃纖維通常經(jīng)歷四個階段： 開始時在偶聯(lián)劑Si上的三個不穩(wěn)定的x基團發(fā)生水解； 隨后縮合成低聚體； 這些低聚體與基質(zhì)表面上的-OH形成氫鍵; 最后在干燥或固化過程中與基質(zhì)表面形成

29、共價鍵并伴隨著少量的水。 R基團與樹脂基體的作用機理：基團與樹脂基體的作用機理： 以以R基團為乙烯基基團為乙烯基CHCH2與不飽和聚酯樹脂中的不飽和雙與不飽和聚酯樹脂中的不飽和雙鍵的反應(yīng)為例：鍵的反應(yīng)為例：幾種常見的有機硅烷偶聯(lián)劑 KH-5503-氨丙基三乙氧基硅烷 NH2 (CH2)3Si(OC2H5)3 KH-5603-（2，3-環(huán)氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷 KH-570 -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 CH2=C(CH3)COO(CH2)3Si(OCH3)3 KH-792N-2-（氨乙基）-3-氨丙基三甲氧基硅烷 NH2(CH2)2 NH(CH2)3Si(OCH3)3 A-151 乙烯基

30、三乙氧基硅烷 CH2=CHSi(OC2H5)3 幾種耐高溫型偶聯(lián)劑幾種耐高溫型偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用大致可歸納為三個方面： （1）用于玻璃纖維的表面處理，能改善玻璃纖維和樹脂的粘合性能，大大提高玻璃纖維增強復(fù)合材料的強度、電氣、抗水、抗氣候等性能，即使在濕態(tài)時，它對復(fù)合材料機械性能的提高，效果也十分顯著。目前，在玻璃纖維中使用硅烷偶聯(lián)劑已相當普遍，用于這一方面的硅烷偶聯(lián)劑約占其消耗總量的50，其中用得較多的品種是乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等 經(jīng)每種偶聯(lián)劑處理后的玻璃纖維，都有自己相應(yīng)的樹脂基體適用范圍。經(jīng)每種偶聯(lián)劑處理后的玻璃纖維，都有自己相應(yīng)的樹脂基體適用范圍。例如：例如：A1

31、51對對1，2聚丁二烯樹脂和丁苯樹脂最有效；聚丁二烯樹脂和丁苯樹脂最有效；KH550對酚醛樹脂、聚酰亞胺效果最好；對酚醛樹脂、聚酰亞胺效果最好；KH560對環(huán)氧樹脂最好對環(huán)氧樹脂最好KH570對不飽和聚配樹脂處理效果最好對不飽和聚配樹脂處理效果最好（2）用于無機填料填充塑料?？深A(yù)先對填料進行表面處理，也可直接加入樹脂中。能改善填料在樹脂中的分散性及粘合力，改善工藝性能和提高填充塑料（包括橡膠）的機械、電學(xué)和耐氣候等性能。 （3）用作密封劑、粘接劑和涂料的增粘劑，能提高它們的粘接強度、耐水、耐氣候等性能。 硅烷偶聯(lián)劑往往可以解決某些材料長期以來無法粘接的難題。硅烷偶聯(lián)劑作為增粘劑的作用原理在于它

32、本身有兩種基團；一種基團可以和被粘的骨架材料結(jié)合；而另一種基團則可以與高分子材料或粘接劑結(jié)合，從而在粘接界面形成強力較高的化學(xué)鍵，大大改善了粘接強度。硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用一般有三種方法：一是作為骨架材料的表面處理劑；二是加入到粘接劑中，三是直接加入到高分子材料中。從充分發(fā)揮其效能和降低成本的角度出發(fā)，前兩種方法較好。后處理法后處理法前處理法前處理法遷移法遷移法玻璃纖維表面處理方法：玻璃纖維表面處理方法：后處理法：后處理法： 使用紡織型浸潤劑的玻璃纖維及制品，在使用前原則使用紡織型浸潤劑的玻璃纖維及制品，在使用前原則上都采用此法處理。目前普遍采用的一種方法。上都采用此法處理。目前普遍采用的一種方法。

33、 處理方法：分兩步：（對于處理方法：分兩步：（對于“紡織型浸潤劑紡織型浸潤劑”） 首先首先除去浸潤劑除去浸潤劑. . a a、洗滌法、洗滌法: :在皂水或有機溶液中清洗，然后烘干。在皂水或有機溶液中清洗，然后烘干。 b b、熱處理法：（、熱處理法：（250250450450） 1h1h。 第二步第二步用表面處理劑處理（要求產(chǎn)品質(zhì)量較高時），用表面處理劑處理（要求產(chǎn)品質(zhì)量較高時），處理步驟為處理步驟為: : 浸漬水洗烘干浸漬水洗烘干 前處理法前處理法 是適當改變浸潤劑配方，使之既能滿足拉絲、退并、是適當改變浸潤劑配方，使之既能滿足拉絲、退并、紡織各道工序的要求，又不妨礙樹脂基體對玻璃纖維的浸紡織

34、各道工序的要求，又不妨礙樹脂基體對玻璃纖維的浸潤和粘結(jié)。將偶聯(lián)劑加入到上述的浸潤劑中，在拉絲過程潤和粘結(jié)。將偶聯(lián)劑加入到上述的浸潤劑中，在拉絲過程中表面處理劑就被覆到玻璃纖維表面上。中表面處理劑就被覆到玻璃纖維表面上。 用這種被覆了增強型浸潤劑的纖維織成的玻璃布稱為用這種被覆了增強型浸潤劑的纖維織成的玻璃布稱為前處理布。前處理布。 與后處理法比較與后處理法比較 ： 1 1）、不需再做任何處理而可以直接應(yīng)用）、不需再做任何處理而可以直接應(yīng)用 ； 2 2）、可省去復(fù)雜的處理工藝及設(shè)備，使用方便）、可省去復(fù)雜的處理工藝及設(shè)備，使用方便 ； 3 3）、避免了因熱處理而造成的纖維強度損失，是比較）、避免

35、了因熱處理而造成的纖維強度損失，是比較理想的處理方法；理想的處理方法；缺點：缺點： 既要有處理效果，又要同時滿足紡織工藝，和樹脂基既要有處理效果，又要同時滿足紡織工藝，和樹脂基體要有良好的浸潤以及滿足制作玻璃鋼各道工序的要求，體要有良好的浸潤以及滿足制作玻璃鋼各道工序的要求，是一個比較復(fù)雜的綜合技術(shù)問題。是一個比較復(fù)雜的綜合技術(shù)問題。 遷移法遷移法 將化學(xué)處理劑直接加入到樹脂膠液中進行整體摻和，在將化學(xué)處理劑直接加入到樹脂膠液中進行整體摻和，在浸膠的同時將偶聯(lián)劑施于玻璃纖維上，借處理劑從樹脂膠液浸膠的同時將偶聯(lián)劑施于玻璃纖維上，借處理劑從樹脂膠液中到纖維表面的中到纖維表面的“遷移遷移”作用而與

36、纖維表面發(fā)生反應(yīng)，從而作用而與纖維表面發(fā)生反應(yīng)，從而在樹脂固化過程中產(chǎn)生偶聯(lián)作用。在樹脂固化過程中產(chǎn)生偶聯(lián)作用。 遷移法常與前處理法結(jié)合使用。遷移法常與前處理法結(jié)合使用。 遷移法比較適用于填料與樹脂不便于分開的體系遷移法比較適用于填料與樹脂不便于分開的體系. . 一般來說，遷移法處理的效果較前兩種方法一般來說，遷移法處理的效果較前兩種方法稍差稍差 優(yōu)點優(yōu)點: :工藝操作簡便，不需要龐雜的處理設(shè)備，能源消耗也工藝操作簡便，不需要龐雜的處理設(shè)備，能源消耗也大大降低。大大降低。 2.鈦酸酯偶聯(lián)劑鈦酸酯偶聯(lián)劑 (RO)為鈦酸酯和無機填料進行化學(xué)結(jié)合的官能團； -Ti(Ox)部分為鈦酸酯的有機骨架，與聚合物的羧基之間進行相互交換，起酯基和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)； X該部分是和分子核心軟相結(jié)合的基團，對鈦酸酯的性質(zhì)有著重要影響； R是長鏈分子基團，起纏繞作用，能與熱塑性樹脂纏繞結(jié)合在一起，改善沖擊性能； Y為胺基、丙烯酸、經(jīng)基及末端氫原子等； m、n為官能團數(shù)。n2時為多官能團的鈦酸酯，可與多官能團的熱塑性及熱固性樹脂起作用。 根據(jù)分子結(jié)構(gòu)及偶聯(lián)機理，鈦酸酯偶聯(lián)劑可分為四種基根據(jù)分子結(jié)構(gòu)及偶聯(lián)機理，鈦酸酯偶聯(lián)劑