④加热固化过程中，伴随脱水反应而与基材形成共价键连接。
一般认为，界面上硅烷偶联剂水解生成的3个硅羟基中只有1个 与基材表面键合；剩下的2个Si—OH，或与其他硅烷中的Si—OH 缩合，或呈游离状态。
以氨丙基三乙氧基硅烷为例， 当用它首先处理无机填料时（如玻璃纤维等），硅烷首先水解变成硅醇， 接着硅醇基与无机填料表面发生脱水反应，进行化学键连接，反应过程如 下： 硅烷中的X基团水解——水解后羟基与无机填料反应——经偶联剂处理的 无机料填进行填充制备复合材料时，偶联剂中的Y基团将与有机高聚物相互
硅烷偶联剂
主讲内容
偶联剂 硅烷偶联剂定义与结构 硅烷偶联剂作用机理 有机硅烷偶联剂的选择原则 硅烷偶联剂的种类及应用 硅烷偶联剂使用方法
偶联剂
一、偶联剂定义 偶联剂（ Coupling agent），又称表面改性劑。在塑料配混中，改善合成树脂 与无机填充剂或增强材料的界面性能的一种塑料添加剂。
单烷氧基焦磷酸酯型
螯合型
适用于树脂基多种复合材料体系，适合于 含湿量高的填料体系；
适用于树脂基多种复合材料体系，由于它 们具有非常好的水解稳定性，特别适用于 含水聚合物体系； 适用于多种树脂基或橡胶基复合材料体系 适用于多种热固性树脂，也适用于多种热 塑性树脂。
配位体型 铝酸化合物偶 联剂 硅烷偶联剂 含铝酸的低分子量的无机聚合 物 在分子中同时含有两种不同化 学性质基团的有机硅化合物
161.5 190.3
相对密 度 (25℃)
1.26 0.93
折射率 (25℃)
1.432 1.395
闪点 /℃
21 54
沸点/℃ (101.324×1 03Pa)
19 161
乙烯基三氯硅烷 乙烯基三乙氧基硅烷
乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷
γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷 γ-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基 硅烷 N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-三甲氧 基硅烷 N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-甲基三甲氧基硅烷 γ-氯丙基-三甲氧基硅烷 γ-巯丙基-三甲氧基硅烷 γ-氨丙基-三甲氧基硅烷
285
290 255 259 234 192 212 217
二、硅烷偶联剂的作用机理
化学键理论（最古老却又是迄今为止被认为是比较成功的一种理论）
①与硅原子相连的Si—X基水解，生成Si—OH；
②Si—OH之间脱水缩合，生成含Si—OH的低聚硅氧烷；
③ 低聚硅氧烷中的Si — OH与基材表面的—OH形成氢键；
能可逆的重新愈合。这样在界面上既有拘束层理论的刚性区域(由树脂和硅烷 偶联剂交联生成)，又可允许应力松弛，将化学键理论、拘束层理论和变形层
理论调和起来。此机理不但可以解释界面偶联作用机理，而且也可以说明松
作用，最终搭起无机填料与有机物之间的桥梁。
表面浸润理论
理论认为硅烷偶联剂提高了玻璃纤维或其他无机材料的表面张力，甚至使其 大于树脂基体的表面张力，从而有利于树脂在无机物表面的浸润与展开，改 善了树脂对无机增强材料的润湿能力，使树脂与无机增强材料较好地黏合在 一起。
变形层理论
理论认为硅烷偶联剂在界面中是可塑的，它可以在界面上形成一个大于 10nm的柔性变形层，这个变形层具有遭受破坏时自行愈合的能力，不但能够 松弛界面的预应力，而且能阻止裂纹的扩展，故可改善界面的黏合强度。
与无机物表面有较好的反应性。典型的X基团有烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等； 最常用的则是甲氧基和乙氧基; 3. Y为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。如乙烯基、乙氧基、氨基、 环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基等，与各种合成树脂、橡胶有较强的亲和力或反应 能力。
常用的代表性硅烷偶联剂 偶联剂名称 相对分 子 质量
硅烷偶联剂
联剂又名硅烷处理剂、底涂剂，是一类在分子中同时含有两种不同化学性质 基团的有机硅化合物,可以和有机与无机材料发生化学键合(偶联)，增加两种材料的 粘接性。

硅烷偶联剂结构
结构通式为YnSiX（4-n）； 1.通式中n为0～3的整数；
2. X为可水基团，遇水溶液、空气中的水分或无机物表面吸附的水分均可引起分解，
280.4
236.1 248.1 222.1 206.1 198.5 196.1 221.0
1.04
1.07 1.04 1.03 0.98 1.08 1.06 0.94
1.428
1.427 1.429 1.445 1.445 1.418 1.439 1.419
66
135 138 140 140 78 102 104
亲无机物 的基团
偶联剂
亲有机物 的基团
降低合成树脂熔体的粘度， 改善填充剂的分散度以提 高加工性能
二、偶联剂的作用
偶联剂被称作“分子桥”，用以改善无机物与有机物之间的界面作用， 从而大大提高复合材料的性能，如物理性能、电性能、热性能、旋光性能 等。 偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反 应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层， 界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复 合材料的性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善了界面状态， 有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。 偶联剂用于橡胶工业中，可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐 磨性和耐老化性能，并且能减小NR用量，从而降低成本。
三、偶联剂的分类
按偶联剂的化学结构及组成分为有机铬络合物、钛酸酯类、铝酸化合 物和硅烷类四大类。
偶联剂种类 偶联剂结构 适用范围及体系
铬络合物偶联 剂
钛酸酯偶联剂
由不饱和有机酸与三价铬离子 形成的金属铬络合物
单烷氧基型
品种比较单一，适用范围小
适用于多种树脂基复合材料体系，适合于 不含游离水、只含化学键合水或物理水的 填充体系
拘束层理论
理论认为复合材料中高模量增强材料与低模量树脂之间存在着界面区，而硅 烷偶联剂为其中的一部分。硅烷偶联剂不仅能与无机物表面产生黏合，而且
还有可以与树脂反应的基团，能将聚合物“紧束”在界面上。当此界面区的
模量介于无机增强材料与树脂之间时，应力可以被均匀地传递。
可逆水解理论
理论认为有水存在时硅烷偶联剂和玻璃纤维间受应力作用而产生断裂，但又