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硅烷作用的機理和功能
當有機材料和無機材料共混時,有機硅在兩種材料表面顯示出親和力。有機硅的這種雙向功能,被稱為硅烷分子的雙向反應。硅烷通過化學作用,在有機物和無機物兩種材料的縫隙間搭起了橋梁。由于硅烷的作用,兩種材料形成了持久的化學粘接,因此提高了礦物復合材料的耐久性能。當有許多其它材料共混時,硅烷被稱為偶聯(lián)劑,是具用雙向反應的材料,在不同材料間搭起橋梁。
硅烷表面處理劑可采用以下兩種方法對金屬表面改性:
(1) 浸漬硅烷化法
通過有機硅烷的特殊結(jié)構(gòu),金屬工件經(jīng)硅烷處理后,橡膠硅烷偶聯(lián)劑表面會吸附一層類似于磷化晶體的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的超薄有機納米膜(50~500nm),同時在界面形成結(jié)合力很強的Si-O-Me共價鍵(其中Me為金屬),橡膠硅烷偶聯(lián)劑可將金屬表面和涂層偶合,具有很好的附著力。
工藝流程:
脫脂→水洗→壓縮空氣吹干金屬表面→浸漬于硅烷溶液中→晾干
(2) 電沉積硅烷化法
優(yōu)化硅烷化金屬表面處理技術(shù),根據(jù)電沉積理論,陰極電位下金屬表面發(fā)生O2或H2O的去極化生成OH-,而OH-的生成促進了硅醇間的縮合反應,有利于硅烷膜的形成。
工藝流程:
脫脂→水洗→壓縮空氣吹干金屬表面→硅烷溶液電沉積→ 晾干
由此可見,硅烷化處理可省去表調(diào)及磷化前后的水洗工序,處理時間大大縮短,減少了污水處理量。
對于復合材料來說,顆粒與樹脂之間的界面往往是應力集中點和微裂紋發(fā)起點,為了進一步改善界面,提高材料整體性能,需要采用偶聯(lián)劑對其表面進行改性。偶聯(lián)劑種類繁多,硅烷偶聯(lián)劑正是其中之一。
硅烷偶聯(lián)劑(簡稱“SCA”或“硅烷”)是能同時與極性物質(zhì)和非極性物質(zhì)產(chǎn)生一定結(jié)合力,橡膠硅烷偶聯(lián)劑,把兩種性質(zhì)完全不同的材料連接在一起的化合物硅,其通式可表示為R-SiX3。身為偶聯(lián)劑中被應用得早、廣泛的一員,硅烷偶聯(lián)劑發(fā)展至今已有近70年的歷史,幾乎可以與任何一種材料交聯(lián),包括熱固性材料、熱塑性材料、橡膠及無機材料等,因此應用十分廣泛。
但隨著現(xiàn)代復合材料研究的不斷發(fā)展,對硅烷偶聯(lián)劑性能要求越來越高,不同功能、不同要求的新產(chǎn)品被陸續(xù)被研制和開發(fā)出來。其新型多功能硅烷便是其中一員,具有如下優(yōu)勢:
①橡膠硅烷偶聯(lián)劑和無機填料的表面包覆率更高;
②和有機樹脂的相容性更廣;
③橡膠硅烷偶聯(lián)劑功能特點更明顯;
④填料添加量更大,使下游客戶的生產(chǎn)成本降低更明顯。
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