复合材料原理第6章课件.ppt

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1、6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。6.1增强材料的表面处理技术6.1.1玻璃纤维的表面处理6.1.1.1玻璃纤维表面处理的目的和意义所谓表面处理，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。图6.1自然环境曝晒后的强度影响1－沃兰处理；2－A－151处理；3－A－172处理

2、；4－未处理图6.2人工气候加速老化后的强度影响1－沃兰处理；2－A－151处理；3－A－172处理；4－未处理6.1.1.2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？(1)有机酸氯化铬络合物类偶联剂

3、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+RCOOH→RCOOCr2(OH)Cl4+H2O这类铬络合物无水时的结构式为：沃兰(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。沃兰处理剂与玻纤表面的作用可用如下过程表示：(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：RnSiX4-nX基团与玻璃纤维表面的作用机理：硅烷偶联剂

4、处理玻璃纤维通常经历四个阶段：①开始时在偶联剂Si上的三个不稳定的x基团发生水解；②随后缩合成低聚体；③这些低聚体与基质表面上的-OH形成氢键;④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为易水解的基团，如甲氧基、乙氧基等。n＝1，2，3绝大多数n＝1R基团与树脂基体的作用机理：以R基团为乙烯基—CH＝CH2与不饱和聚酯树脂中的不饱和双键的反应为例：(3)新品种硅烷偶联剂硅烷偶联剂是偶联剂中最重要的一大

5、类型，除了目前已广泛应用的几十种外，近来又开发了许多新的品种，下面介绍主要的几个品种。①耐高温型硅烷偶联剂②过氧化物型硅烷偶联剂特点：一是偶联作用的获得是通过过氧化物热裂解，而不是通过烷氧基团的水解；二是偶联作用不局限于玻璃纤维增强塑料，而是适用于一大类相似或不相似物质之间的偶联。③阳离子型硅烷偶联剂阳离子硅烷，除了具有一般水解型硅烷的性质外，还同时具有阳离子表面活性剂的作用，可改善无机物在树脂中的分散性。④水溶性硅烷偶联剂其化学名称为二聚氮什酰胺基三甲氧基硅烷。它是一种水溶性偶联剂，在分子主链上含有硅氧

6、烷功能基团和氨基反应活性基团，其效果与A-偶联剂相当。⑤叠氮型硅烷偶联剂6.1.1.3偶联剂的品种及其应用范围偶联剂能有效地提高玻璃纤维与树脂基体的粘结强度，所以，国内外都进行了大量的研究工作。目前国内生产的常用偶联剂有沃兰、A—151、KH—550、KH—560、ND—42、B—201、B—202等。经每种偶联剂处理后的玻璃纤维，都有自己相应的树脂基体适用范围。Eg:1)、KH—570对不饱和聚配树脂处理效果最好；2）、A—151、A—172对1，2－聚丁二烯树脂和丁苯树脂最有效；3）、KH—560对环

7、氧树脂最好；4）、KH—550对酚醛树脂、聚酰亚胺效果最好；5）、沃兰处理的玻璃纤维对大部分树脂都有较好效果，且价格便宜，是一种最常用的偶联剂。6.1.1.4玻璃纤维表面处理方法及影响因素(1)玻璃纤维表面处理方法后处理法前处理法迁移法处理意义：我们知道复合材料的性能不仅与树脂、纤维的性质与含量有关，而且在很大程度上取决于二者的结合状况。表面处理（包含界面处理），就是在玻璃纤维表面涂一层叫做“表面处理剂”的物质，使纤维与树脂能牢固地结合，以达到提高玻璃钢性能的目的。①后处理法：使用纺织型浸润剂的玻璃纤维及

8、制品，在使用前原则上都采用此法处理。目前普遍采用的一种方法。处理方法：分两步：（对于“纺织型浸润剂”）首先除去浸润剂.a、洗涤法:在皂水或有机溶液中清洗，然后烘干。b、热处理法：（250℃～450℃）1h。第二步用表面处理剂处理（要求产品质量较高时），处理步骤为:浸渍－水洗－烘干②前处理法是适当改变浸润剂配方，使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的要求，又不妨碍树脂基体对玻璃纤维的浸润和粘结。将偶联剂加入到上述的浸润剂中，在拉