复合体系的典型界面反应.pptx

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-有机复合体系的界面反应
在无机-有机复合体系中,一般是无机纤维或粉体填料增强聚合物基体。它们的代表物有玻璃纤维及碳纤维增强聚合物,粉体填充或纤维增强橡胶等。
-聚合物复合体系
对玻璃纤维表面进行化学处理的目的:
表面处理剂的分子结构:
玻璃纤维表面基团:
使之形成新的表面,并使新生表面上的活性基团与聚合物基体发生界面反应。
一般都带有能与硅羟基起化学反应的活性羟基。
硅氧硅基团≡Si-O-Si≡
硅羟基≡Si-OH
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以硅烷偶联剂为例来说明这种反应的过程:
(1)有机硅烷水解,生成硅醇:
(2)玻璃纤维表面吸水,生成羟基:
OH
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(3)硅醇与吸水的玻璃纤维表面反应,又分三步:
第一步:硅醇与玻璃纤维表面反应生成氢键:
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第二步:低温干燥(水分蒸发),硅醇进行醚化反应:
第三步:高温干燥(水分蒸发),硅醇与吸水玻璃纤维间进行醚化反应:
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至此,有机硅烷处理剂与玻璃纤维表面结合起来了,相当于新生的活性表面。
有机硅烷中的R基团:双键、环氧基、***基、长链烷基等。
R基团若为双键,可参与不饱和聚酯树脂的交联反应,在界面形成牢固的化学键结合。
R基团若为环氧基、***基,可参与环氧树脂的固化反应,形成化学键结合的界面层。
R基团还可以是长链烷基,(主要针对热塑性树脂),那么,以实现与基体分子的插入与缠结。
总之,这些界面反应都增强了界面粘结,提高了复合材料的性能。
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-聚合物复合体系
以环氧树脂为例来说明它们之间的界面反应。
一般常用极性表面官能团来解释碳纤维的表面特性。氧原子是碳纤维表面结构的主要成分之一,它具有不同的结合形式。碳纤维经氧化处理后,氧含量显著增加,其氧化过程如下:
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碳纤维的表面官能团可能以下列形式存在:
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***固化的环氧树脂中的***基可能与纤维表面的羧基形成氢键,环氧树脂的环氧基也能与羟基和羧基形成氢键,在过量单体尤其是在较高温度时,这些氢键就转变成共价键:
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表面处理后的碳纤维表面上形成各种不同类型的化学络合物,除了含氧官能团与树脂形成氢键缔合或化学键外,其他类型的基团也可能使各种聚合物在凝胶化时改性,在界面形成不同力学和流变性能的层区。
因此,通过各种途径来改变表面官能团的种类和数量,就有可能使纤维树脂形成更好的粘结而提高其复合材料的综合性能。
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