增韧型硅烷偶联剂在复合材料中的应用
增韧型硅烷偶联剂在复合材料中的应用
王旭东
无锡四优化学有限公司
复合材料是指由基体树脂、增强材料（填料、玻璃纤维）、功能性助剂（偶联剂、脱模剂、增韧剂）等经过特定设备加工而成的材料，主要有不饱和聚酯复合材料、酚醛模塑料、环氧塑封料、环氧灌封料、环氧浇注料、环氧玻璃纤维布等。其特点为：高强度、高电性能、成型性好等。
硅烷偶联剂含有可以和无机填料反应的硅氧烷基团以及和有机树脂反应的环氧基、氨基、乙烯基基团等。作为复合材料中常用的助剂，它的作用为：改善基体树脂对填料、玻璃纤维的浸润性，使得基体树脂通过化学键和填料或玻璃纤维相连接，进而提高复合材料的弯曲强度、冲击强度、耐水性、电性能等。
增韧型硅烷偶联剂是指在硅氧烷基团和有机活性基团之间含有一定分子量的柔性长链。由于柔性长链的存在，适当降低了复合材料中填料表面层的化学键合密度，当复合材料受到外界冲击时，填料表面包裹的柔性链能很好的吸收冲击能量。这样就改善了复合材料的冲击强度，减少了应力开裂。同时由于长链硅烷偶联剂大部分分散在填料的表面层，树脂层中含量较少，适当的用量情况下对复合材料的热变形温度、玻璃化温度影响不大。
以下是电子材料用高性能环氧模压料性能对比
|
原料 |
规格 |
来源 |
|
环氧树脂 |
----- |
大日本油墨化学株式会社 |
|
酚醛树脂 |
----- |
松下电工有限公司 |
|
硅微粉 |
1000目 |
江苏东海硅微粉厂 |
|
卡拉巴蜡 |
特级 |
天津裕华经济贸易总公司 |
|
硅烷偶联剂 |
A-187 |
美国联碳 |
|
增韧型硅烷偶联剂 |
SL-101 |
无锡市四优化学有限公司 |
|
端羧基丁腈橡胶 |
|
吉林化工研究院 |
参考配方
|
原料 |
A |
B |
C |
D |
|
环氧树脂 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
酚醛树脂 |
50 |
50 |
50 |
50 |
|
硅微粉 |
400 |
400 |
400 |
400 |
|
卡拉巴蜡 |
8 |
8 |
8 |
8 |
|
硅烷偶联剂 A-187 |
0 |
6 |
0 |
|
|
增韧型硅烷偶联剂 |
0 |
0 |
6 |
|
|
增强型硅烷偶联剂 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
端羧基丁腈橡胶 |
0 |
0 |
0 |
15 |
|
合计 |
558 |
564 |
564 |
573 |
测试结果
|
项目 |
A |
B |
C |
D |
|
弯曲强度 MPa |
108 |
123 |
122 |
91 |
|
热变形温度 ℃ |
175.4 |
176.8 |
175.1 |
157.4 |
|
冲击强度 J/cm² |
0.73 |
0.88 |
1.06 |
1.17 |
|
冲击强度提高比例 |
|
+20.5% |
+45.2% |
+60.3% |
|
内应力 MPa |
9.6 |
7.7 |
5.3 |
4.7 |
|
内应力下降比例 |
|
-19.8% |
-44.8% |
-51.0% |
由以上结果可知：添加增韧型硅烷偶联剂的复合材料具有高韧性且内应力较低,而耐热性却下降不大。
和一般的硅烷偶联剂相比，长链硅烷偶联剂在改善胶液对填料的浸润性方面亦有其独特的优点，尤其对于那些具有很高的表面能的填料如：玻璃纤维、纳米二氧化硅等，长链硅烷偶联剂由于具有疏水性的柔性长链，极大地降低了填料的表面能，使得胶液中的溶剂、树脂、助剂等能均匀的渗透到玻璃纤维中或均匀分散到纳米填料表面，这就提高了复合材料的冲击强度、耐热性等。而经过一般的硅烷偶联剂处理的玻璃纤维布在涂胶处理时（如覆铜板生产用的环氧-玻璃纤维半固化片），由于毛细现象，总是纤维布表面胶液中的丙酮、二甲基甲酰胺等低分子量的极性溶剂优先在玻璃纤维中扩散，这样就使得纤维布表面的胶液黏度急剧增大，胶液中的树脂和固化剂难以迅速向玻璃纤维中渗透，由此得到的复合材料冲击强度、耐热性较差。另外亦已证明经过长链硅烷偶联剂处理的玻璃纤维复合材料具有更好的耐离子迁移性。
由于长链的影响,增韧型硅烷偶联剂和填料或玻璃纤维表面硅醇键的反应速度稍慢,所以需适当延长处理填料的时间。
EMAIL：WANG6162003@YAHOO.COM.CN