一、偶联剂 

   1.作用机理偶联剂因其分子结构中具有2种性能截然不同的基团，这2种基团分别和有机物、无机物结合，在界面间形成一种“桥梁”，使无机物、有机物二者能够通过“桥梁”紧密的结合在一起而得名。偶联剂的加入，使胶接面更耐介质、耐水、耐老化、综合性能更佳。

   以硅烷偶联剂为例说明偶联剂的反应机理。硅烷偶联剂的分子结构中一般都带有R′-Si-（OR)3的化学通式，R′代表亲有机的基团，可以是乙烯基、甲基丙烯氧基、烷基氨基、烷基硫醇基、烷基环氧基等，Si（OR)3代表亲无机的基团，其中（OR)3可以是烷氧基、乙酰氧基等，它们是可以水解的基团。R′基团能够和环氧基团发生反应，（OR）基团可以和无机物如玻璃纤维、陶瓷、无机粉末填料相结合（化学的或物理的）如图6-1所示。

   2.品种和性能

   偶联剂是新发展起来的一种新型复合材料用助剂。通常情况下，只需加入基料量（质量）的1%～3%就可使各种复合材料的物理、化学性能得到明显的改进提高。所以，自20世纪70年代起，它就引起国内外的重视。

   偶联剂按其分子构成可分为：硅烷偶联剂，可用于许多无机填料，其中在含硅酸成分多的玻璃纤维、石英粉及白碳黑中效果最好，在陶土和水合氧化铝中次之，对不含游离水的碳酸钙效果欠佳；钛酸酯偶联剂，与硅烷系偶联剂相比，钛酸酯偶联剂具有价格便宜、使用范围广、多功能性等许多独特的优点。钛酸酯用量很少，却能赋予涂料各种功能，以满足各方面性能要求：它既是偶联剂，又兼有分散剂、润湿剂、粘结促进剂、固化催化剂、交联剂、防锈剂和阻燃剂等多种功效；铝酸酯偶联剂和脂肪酸氯化铬络合物、含磷化合物等。

   环氧树脂用主要的偶联剂见表6-1。

   3.偶联剂的选用原则

   在选用偶联剂时，主要由偶联剂中所含的两个性质不同的基团对被粘物表面及胶液本身的作用情况来决定。如X为氨基时，可以加入到环氧树脂等胶粘剂，但不可用于聚酯胶。对于R基团也同样要有选择，如R为无反应性基团的烷基或芳基时，对环氧树脂仅起物理作用。选用时还要注意价格与稳定性，以达到更好效果。 

   4.偶联剂的使用方法

   （1）偶联剂可直接加入到胶液的配方里面，使之在混合均匀后，在施胶与固化中发挥其偶联作用，此法又叫迁移法。

   （2）填料表面处理法，即事先用配置成较稀的偶联剂溶液，对填料进行表面化学处理，此时偶联剂会在被处理的填料上进行亲和取向，当其加入胶粘剂中后发挥偶联作用。

   两种方法各有优缺点。效果也相差不大。可根据实际用途与条件加以选择。 

   二、填充剂 

   1.加入填料的目的

   填充剂也称为填料。一般是指添加到环氧树脂胶液中作为其中组分，以改变：环氧树脂胶液的性能和降低成本的物料。

   在环氧树脂中使用填料的目的有以下几个方面：

   （1）降低成本。

   （2）抑制反应热。

   （3）延长树脂混合物的适用期。

   （4）降低树脂固化物的收缩性。

   （5）改善树脂固化物的耐热性。

   （6）降低树脂固化物的热膨胀系数。

   （7）降低树脂固化物的吸水性，改善固化物的耐老化性及耐化学品性。

   （8）提高树脂固化物的抗压强度，但抗拉强度及抗冲韧性会降低。

   （9）改善树脂固化物的耐电弧性及提高其它电性能。

   （10）改善树脂固化物的耐磨损性。 

   2.选用原则

   使用填料时，必须根据使用要求加以选择。应从以下方面加以考虑：

   （1）从化学角度来看，填料必须是中性或弱碱性的，不含结合水，对环氧基和固化剂为惰性，对液体或气体的吸附性要很低。

   （2）从操作应用角度看，填料粒度适宜，易于分散，应与树脂等有良好的亲和性，以保证粘接强度的改善，必要时要进行粒度搭配，在胶液中沉降性小。

   （3）填料应经过干燥和清洗，不得有水、油污、杂质等，特殊的需要经过表面处理（如偶联剂的处理）。

   （4）填料应是无毒、不易分解、非易燃易炸的匀质固体物。

   （5）来源容易，价格低廉。 

   3.填料用量及对粘接强度的影响

   轻质填料因体积大，用量一般为10～25PHR；中质填料，如氧化铝、氧化硅，一般在200PHR以下；重质填料，如铁粉有时高达800PHR。填料用量范围相当宽，须根据具体情况而定。

   填料的加入，不仅由于在固化过程中降低了放热峰、减少了收缩率、降低了热应力，从而使胶接接头（胶层）的缺陷减少，极大地保证了胶接接头的质量，从而提高了粘接强度。而且还因为胶接接头在载荷作用下，填料的存在有较好物理机械性能来承受，一旦处于超负荷作用时，出现了裂纹，加填料的胶层还能阻止裂纹扩展，而提高胶接接头的寿命。如环氧树脂胶用于金属粘接，加适量铁粉可提高剪切强度。此外填料加人还减少水分对胶接接头的浸入而延长耐老化寿命。表6-2列举了填料对固化物性能的影响。 

   4.填料对环氧树脂固化物性能的影响

   在浇铸、灌封材料的实际应用中往往加入大量的填料，而填料对增韧环氧树脂体系的冲击韧度、断裂韧性等性能有什么影响，在拉伸状态下填料界面的残余应力处会有什么行为发生？都是人们十分关注的问题。

   赵世琦、孙以实系统地研究了活性硅微粉、硅灰石等填料加入到含有自制的奇士增韧剂A、B、N增韧环氧树脂体系中，对力学、介电性能的影响见表6-3～表6-5。表6-6为填料对提高环氧树脂吸水率的影响。

   表6-3至表6-6数据表明，在增韧环氧树脂浇铸料中，加入上述填料，杨氏模量提高，缺口冲击韧度有所下降，介电常数稍有增大，介电损耗、体积电阻率和纯树脂的吸水率略有下降。而令人关注的增韧环氧树脂的断裂韧性则不受填料加入的影响。

   综上所述，用奇士增韧剂改性的环氧树脂，加入上述大量填料后，仍有优异的综合性能，尤其是断裂韧性的大幅度提高不受填料的影响最具有重要意义。生产应用已证明这一填充增韧环氧体系是解决环氧树脂浇铸料开裂问题的强有力的手段。