偶聯(lián)劑是兩性結構化合物，按其化學結構可分為硅烷類、鈦酸酯類、鋁酸酯類及鋁鈦復合類。在環(huán)氧樹脂領域使用最多的是硅烷偶聯(lián)劑，鈦酸酯類偶聯(lián)劑。 偶聯(lián)劑的使用目的。偶聯(lián)劑的使用目的有兩個。 ⑴提高復合材料界面的粘接力 偶聯(lián)劑用于存在界面的復合材料中，為的是改善樹脂基材和組成物的界面狀態(tài)。例如，在纖維增強塑料（FRP）中玻璃纖維和樹脂的界面狀態(tài)時非常重要的。界面的粘接承擔著纖維和基材之間力的傳送，如果界面粘接不強固的話就不能充分發(fā)揮復合的功能。為了提高這種粘接力，就要使用偶聯(lián)劑。因此，FRP的發(fā)展帶動了偶聯(lián)劑的進步。 偶聯(lián)劑的使用方法。大體分成兩種方法： ⑴將用于復合材料的纖維或無機填料粒子進行前期處理的方法。 硅烷偶聯(lián)劑的結構 硅烷偶聯(lián)劑具有如下結構：R’Si（OR）3式中，R’為有幾官能基（氨基，硫醇基，乙烯基，環(huán)氧基等，）OR為無機官能基（烷氧基）有機官能基與樹脂化學結合，無機官能基（烷氧基）和玻璃、二氧化硅等無機質(zhì)反應，在復合材料界面粘接中起“橋梁”作用，加強粘接力。烷氧基在玻璃表面上的反應，首先與水分解生成硅醇，與比例表面的Si—OH進行縮合反應，形成共有鍵（—O—），醚鍵的形成有利于粘接力的提高。在環(huán)氧樹脂復合材料中，通常使用具有有機官能基氨基或環(huán)氧基的硅烷偶聯(lián)劑。 硅烷偶聯(lián)劑的產(chǎn)品特性 硅烷偶聯(lián)劑的用量很少，只要加入基料量的1%~3%就可使復合材料的物理、化學性能得到明顯的改善或提高。但是硅烷偶聯(lián)劑無機官能基的反應型受無機質(zhì)的種類影響，所以所有的復合體系不可能期待有相同的改善效果，這點需要注意的。無機質(zhì)的種類不同，硅烷偶聯(lián)劑的改性效果亦不一樣。 ⑴硅烷偶聯(lián)劑用于纖維縫合材料（層壓板）。 經(jīng)硅烷處理過的玻璃纖維環(huán)氧樹脂層壓板的電氣性能及彎曲強度。玻璃纖維布經(jīng)硅烷處理后，環(huán)氧樹脂層壓板的電性能和力學性能，特別是在吸濕條件下的性能有明顯改善。 ⑵硅烷偶聯(lián)劑用于無機填料粒子填充環(huán)氧樹脂。 鈦系偶聯(lián)劑結構通式與硅系無機官能基是三烷氧基相對應，只有單烷氧基R—O—，這是鈦系偶聯(lián)劑的最大特征。鈦系中烷氧基對無機質(zhì)的反應歷程和硅系不同，不經(jīng)水解反應，以一步反應進行。 鈦系偶聯(lián)劑最大的作用時降低填充無機粒子組成物的黏度，改善作業(yè)性，再有就是由于高填充使成本降低。這是單烷氧基所致的效果。 與環(huán)氧樹脂復合的增強基材主要是玻璃纖維、碳纖維、芳香聚酸胺纖維、硼纖維等。纖維增強塑料（FRP）制品具有成形容易、質(zhì)量輕、強度高、耐藥品性及電氣性能優(yōu)良等特點。因此在民用工業(yè)、軍事工業(yè)級高端技術領域廣泛使用。 各種增強基材的特性及其復合材料的特性。和金屬木材等其他材料相比，增強基材共有的特點是高強度、高剛性。 纖維基材的形態(tài)有長纖維、短纖維、纖維布、無紡布等。纖維增強塑料的成型方法有多種：手糊法，噴射法、注射法、長絲纏繞法、離心成型法、真空袋法，壓力袋法，熱壓罐法，對模熱壓法，BMC及SMC法等。在實際應用時可根據(jù)產(chǎn)品要求特性和成型方法去選擇纖維基材的形態(tài)。 玻璃纖維是最早用于復合材料的。按玻璃纖維的成分可分為有堿、中堿、低堿和微堿玻璃纖維（有時亦稱無堿玻璃纖維）；高強度玻璃纖維（代號S）和高模量玻璃纖維（代號M）。 為了提高玻璃纖維和環(huán)氧樹的黏著性，玻璃布需用硅烷偶聯(lián)劑處理。處理時將玻璃布浸泡在處理液里，通過干燥塔進行干燥偶聯(lián)劑附著量大約為0.1%~0.5%。處理劑是否合適，對層壓板吸濕后的絕緣電阻和機械強度會產(chǎn)生影響。出現(xiàn)差別的原因是處理液和樹脂體系親和性不同。處理劑和處理量對其有些影響。 碳纖維一般采用人造纖維，例如膠粘纖維，醋酸纖維及聚丙烯纖維（PAN）等制造。目前各國多采用聚丙烯腈纖維為原料制造碳纖維。碳纖維是一種高強度、高模量的高性能纖維，其特點是耐摩擦，其摩擦力和磨耗??；有導電性；耐熱、熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好等。碳纖維按其力學性能分類有普通型、中強中模型及高強高模型等。 碳纖維的缺點是與樹脂潤濕性、黏附性較差，在制備復合材料前，須對纖維進行表面活化處理，以增強纖維與樹脂基體的增減剪切強度。碳纖維是纖維狀的炭材料，其化學組成中碳元素占總質(zhì)量的90%以上。碳原子間的結合方式為石墨狀，形成石墨晶格結構，不同品種規(guī)格的碳纖維具有不同的石墨化程度。碳纖維表面十分粗糙。經(jīng)表面處理后，表面粗糙度明顯提高，有利于與聚合物基體的機械“錨固”。 碳纖維復合材料由于密度小、質(zhì)量輕、高的比強度、比模量和斷裂應變，加之耐熱、耐低溫及尺寸穩(wěn)定，使其成為理想航天航空材料，在人造衛(wèi)星的主結構，天線太陽能電池帆板、航天飛機，各種戰(zhàn)機，導彈、火箭、吸波涂料等方面得到應用。碳纖維增強聚合物復合材料還被應用于高速車輛、賽車、賽艇、纖維機械、體育用品、釣魚竿、登山用具、武器等。建筑上用于橋梁加固。 硼纖維是一種將硼元素通過高溫化學氣相法沉積在鎢絲的表面的高性能增強纖維，具有很高的比強度和比模量。其制備方法還是在連續(xù)移動的鎢絲或碳絲基體上，三氯化硼與氫氣的混合物加熱至1300℃，發(fā)生下列反應，反應生成硼沉積在鎢絲上，制得直徑為100~200um的連續(xù)單絲硼纖維。 美國Textron systems公司除生產(chǎn)硼纖維（主要有兩種，其直徑分別為100um和140um）外，同時生產(chǎn)硼纖維預浸帶，主要產(chǎn)品有中溫固化的5505硼/環(huán)氧預浸帶（121℃/60min，固化壓力0.34~0.59MPa，后固化191℃/120~240min）。硼纖維與環(huán)氧的預浸料多用于飛機金屬機體修補。 國內(nèi)亦稱聚芳酰胺纖維，有機纖維。學名聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA）。是以對苯二甲酰氯或?qū)Ρ蕉姿岷蛯Ρ蕉窞樵?，在強極性溶劑中，通過低溫溶液縮聚或直接縮聚反應而得.力學性能好。拉伸強度高，單絲強度可達3773MPa；沖擊性能好，大約為石墨纖維的6倍；彈性模量高，可達（1.27~1.577）×1015MPa；斷裂伸長率可達3%。 芳綸纖維由于性能優(yōu)異，作為復合材料在航空航天軍事工業(yè)及民用工業(yè)取得廣泛應用。在航空方面，主要用作各種整流罩、機翼前緣、襟翼、方向舵、安定面翼尖、尾椎、應急出口系統(tǒng)構件、窗框、天花板、艙壁、地板、舵門行李架及座椅等。采用芳綸復合材料，可比玻璃纖維復合材料的適量減輕30%。航天方面，主要用作火箭發(fā)動機殼體和壓力容器，宇宙飛船的駕駛舵，氧氣、氮氣和氦氣的容器，通風管道等。軍事方面，可用作防護材料如坦克、裝甲車、飛機、艇的防彈板以及頭盔和防彈衣等。芳綸纖維增強復合材料可大幅度減輕制品的質(zhì)量，所以在民用工業(yè)方面應用也十分廣泛。在體育用品方面已成功地用于許多運動器材。例如高爾夫球棒、網(wǎng)球拍、標槍、釣魚竿、滑雪橇等。 |