納米SiO2/EP復(fù)合材料的制備與性能研究

柯昌銀

(江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330095)

1 引言

環(huán)氧樹脂是三大通用型熱固性樹脂之一，而環(huán)氧樹脂中因?yàn)楹歇?dú)特的環(huán)氧基以及羥基、醚鍵等活性基團(tuán)和極性基團(tuán)，因而具有許多優(yōu)異的性能[1-2]。但是固化后的環(huán)氧樹脂呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很高的交聯(lián)密度，故其內(nèi)應(yīng)力、質(zhì)脆、耐熱性和耐沖擊性較差，從而限制了環(huán)氧樹脂的應(yīng)用[3-4]。納米粒子具有獨(dú)特的表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，表現(xiàn)出較高的活性，很容易與環(huán)氧樹脂中的某些官能團(tuán)發(fā)生物理或化學(xué)作用，可提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱性能[5-6]。本文采用摻加納米SiO2粒子增強(qiáng)增韌環(huán)氧樹脂，從而提高環(huán)氧樹脂的應(yīng)用范圍。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

表1 實(shí)驗(yàn)原料

2.2 樣品制備

用硅烷偶聯(lián)劑KH-550對(duì)納米SiO2進(jìn)行表面改性處理，在分散好的SiO2/EP體系中加入固化劑聚酰胺650，并配制成澆鑄液放入真空干燥箱，抽真空5min后將澆鑄液小心地沿著筷子慢慢地從模具中間引流入模具中，這樣可以澆注均勻并盡可能減少氣泡的產(chǎn)生。試樣在室溫下固化3d后，再放入100℃烘箱里烘4h，最后在室溫下冷卻1d，即制得納米SiO2/EP復(fù)合材料樣品。將樣品按國標(biāo)制作成標(biāo)準(zhǔn)試樣，最后進(jìn)行性能測試。

3 結(jié)果與討論

3.1 沖擊強(qiáng)度

采用擺錘式簡支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)測試后，測得SiO2/EP復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度，如圖1所示。

圖1 納米SiO2摻量及處理方法對(duì)環(huán)氧樹脂沖擊強(qiáng)度的影響

隨著納米SiO2含量增加，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)納米SiO2摻量為3%，并采用偶聯(lián)劑對(duì)納米SiO2進(jìn)行表面改性和超聲波分散時(shí)，復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大，且最大值為18.7KJ/m2，相比純環(huán)氧樹脂，其沖擊強(qiáng)度提高了112.5%。

3.2 彎曲強(qiáng)度

采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試后，測得SiO2/EP復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度，如圖2所示。

圖2 納米SiO2摻量及處理方法對(duì)環(huán)氧樹脂彎曲強(qiáng)度的影響

隨著納米SiO2摻量的增加，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)納米SiO2摻量為3%，并采用偶聯(lián)劑/超聲分散時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大，其最大值為36.0MPa，相比純環(huán)氧樹脂，其彎曲強(qiáng)度提高了100%。

3.3 拉伸強(qiáng)度

采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試后，測得SiO2/EP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，如圖3所示。

圖3 納米SiO2摻量及處理方法對(duì)環(huán)氧樹脂拉伸強(qiáng)度的影響

隨著SiO2摻量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度先減小后增大，然后又減小。當(dāng)納米SiO2摻量為3%，并采用偶聯(lián)劑/超聲分散時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大，其最大值為36.0MPa，相比純環(huán)氧樹脂，其強(qiáng)度提高了23.0%。

4 結(jié)論

本文以納米SiO2粒子填充環(huán)氧樹脂，并采用偶聯(lián)劑/超聲分散處理，研究了納米SiO2粒子摻量對(duì)SiO2/EP復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度的影響，結(jié)論如下：

納米SiO2粒子的摻加，能顯著提高環(huán)氧樹脂的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，當(dāng)納米SiO2摻量為3%時(shí)，其綜合改善效果最佳。

采用偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性處理和超聲波分散處理，能顯著提升環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能，起到增強(qiáng)增韌環(huán)氧樹脂的作用。

*基金項(xiàng)目：納米二氧化硅/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備與性能研究。