無機納米粒子改性環氧樹脂的研究
環氧樹脂/無機納米復合材料,具有優異的力學、耐熱、耐腐蝕性和尺寸穩定性,還有許多其他優異性能,因而在電子學、光學、機械、生物學、醫學等領域將顯示出更廣闊的應用前景。環氧樹脂基無機納米復合材料的開拓,反映了先進的納米材料技術對傳統通用產品的有效改性,它為環氧樹脂的功能化和高性能化開辟了一條新的廣闊發展道路。采用混合法制備的環氧納米復合材料有納米CB/環氧、納米SiO2/環氧、納米TiO2/環氧、納米Al2O3/環氧、納米BaTiO3/環氧等,近期業界無機納米粒子改性環氧樹脂的研究,不斷有新的發現和進展,專家擇要進行了介紹。
國內采用共混法制備了納米CB/環氧樹脂復合材料,并研究了不同處理方法及CB添加量對材料性能的影響。實驗結果表明,用預處理法制備的復合材料較純環氧樹脂沒有太大的變化,甚至略有降低;而采用直接加入法制備的復合材料力學性能有明顯的提高,當添加量為2%時性能好,拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度、斷裂伸長率分別達到82MPa、107MPa、20.0kJ/m2、3.03%,相比純環氧樹脂分別提高了32.3%、10.3%、88.7%、39.6%;隨著納米CB添加量的增加,材料的玻璃化溫度也有了很大的提高,當其添加量為5%時玻璃化溫度提高了20℃,納米CB在20nm左右且分散均勻。
納米SiO2按其尺度屬于三維納米材料即納米粒子。專家介紹說,對于這一體系的研究主要集中在力學性能和熱性能上,通過溶液共混法制備了納米SiO2/環氧樹脂復合材料,實驗結果表明經超聲波處理后,納米SiO2以第2聚集態的形式均勻地分散在環氧樹脂基體中,在一定范圍內隨著納米SiO2用量的增加,復合材料的力學性能逐漸增加,當用量為3%時達到大值,沖擊強度從純環氧樹脂的8.5kJ/m2上升到19.04kJ/m2,拉伸強度從38.95MPa增加到50.78MPa,斷裂伸長率從2.17%提高到2.56%。此外復合材料的耐熱性能也得到改善,當納米SiO2用量為3%時,其起始分解溫度由純樹脂的270.2℃提高到275.5℃,當用量增加為5%則提高到281.8℃。
納米TiO2按其結構尺度屬于三維納米材料,與EP復合具有增強增韌的可能。據專家介紹,其研究涉及到力學性能、熱性能和固化動力學。專家研究了納米TiO2填充環氧樹脂復合材料的性質:納米TiO2,在60℃下加入到表氯醇基環氧樹脂中,經超聲波處理后,加入1,3―亞苯基二胺作為固化劑。與微米尺寸的TiO2填充到環氧樹脂的復合材料相比較,納米填充的復合材料比純環氧的應變―疲勞強度提高了15%,比微米填充的環氧樹脂也高;在抗刮涂方面,納米TiO2添加的環氧樹脂呈現出顯著的效果。提高環氧樹脂介電性能并盡量減少介電損耗的研究也有報道,水熱合成的BaTiO3納米粒子在丙酮中經超聲處理后與環氧樹脂混合,用乙二胺固化劑使其固化,發現隨著BaTiO3納米粒子摻人體積含量的增大,環氧樹脂復合材料的介電常數呈非線性增加。
還有專家用不同含量的n-A12O3,納米粒子與固化劑(DDM二氨基二苯基甲烷)混合均勻,在90℃將其均勻分散在環氧樹脂(E-51,168)中并固化成型。他們主要研究了n-A12O3,的含量對環氧樹脂復合材料體系內摩擦IP和剪切模量的影響,發現當n-A12O3:納米粒子為0.001時ß-IP峰增加,而模量不變;當n-A12O3,納米粒子值為0.01,0.05時ß-IP峰緩慢降低,但模量降低得很快;當n-A12O3,納米粒子增加到0.1時ß-IP峰顯著降低,模量恢復到不添加納米粒子時材料的模量值。專家介紹說,可見納米n-A12O3的加入對環氧樹脂的內摩擦和剪切模量起很重要的作用。
國內采用共混法制備了納米CB/環氧樹脂復合材料,并研究了不同處理方法及CB添加量對材料性能的影響。實驗結果表明,用預處理法制備的復合材料較純環氧樹脂沒有太大的變化,甚至略有降低;而采用直接加入法制備的復合材料力學性能有明顯的提高,當添加量為2%時性能好,拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度、斷裂伸長率分別達到82MPa、107MPa、20.0kJ/m2、3.03%,相比純環氧樹脂分別提高了32.3%、10.3%、88.7%、39.6%;隨著納米CB添加量的增加,材料的玻璃化溫度也有了很大的提高,當其添加量為5%時玻璃化溫度提高了20℃,納米CB在20nm左右且分散均勻。
納米SiO2按其尺度屬于三維納米材料即納米粒子。專家介紹說,對于這一體系的研究主要集中在力學性能和熱性能上,通過溶液共混法制備了納米SiO2/環氧樹脂復合材料,實驗結果表明經超聲波處理后,納米SiO2以第2聚集態的形式均勻地分散在環氧樹脂基體中,在一定范圍內隨著納米SiO2用量的增加,復合材料的力學性能逐漸增加,當用量為3%時達到大值,沖擊強度從純環氧樹脂的8.5kJ/m2上升到19.04kJ/m2,拉伸強度從38.95MPa增加到50.78MPa,斷裂伸長率從2.17%提高到2.56%。此外復合材料的耐熱性能也得到改善,當納米SiO2用量為3%時,其起始分解溫度由純樹脂的270.2℃提高到275.5℃,當用量增加為5%則提高到281.8℃。
納米TiO2按其結構尺度屬于三維納米材料,與EP復合具有增強增韌的可能。據專家介紹,其研究涉及到力學性能、熱性能和固化動力學。專家研究了納米TiO2填充環氧樹脂復合材料的性質:納米TiO2,在60℃下加入到表氯醇基環氧樹脂中,經超聲波處理后,加入1,3―亞苯基二胺作為固化劑。與微米尺寸的TiO2填充到環氧樹脂的復合材料相比較,納米填充的復合材料比純環氧的應變―疲勞強度提高了15%,比微米填充的環氧樹脂也高;在抗刮涂方面,納米TiO2添加的環氧樹脂呈現出顯著的效果。提高環氧樹脂介電性能并盡量減少介電損耗的研究也有報道,水熱合成的BaTiO3納米粒子在丙酮中經超聲處理后與環氧樹脂混合,用乙二胺固化劑使其固化,發現隨著BaTiO3納米粒子摻人體積含量的增大,環氧樹脂復合材料的介電常數呈非線性增加。
還有專家用不同含量的n-A12O3,納米粒子與固化劑(DDM二氨基二苯基甲烷)混合均勻,在90℃將其均勻分散在環氧樹脂(E-51,168)中并固化成型。他們主要研究了n-A12O3,的含量對環氧樹脂復合材料體系內摩擦IP和剪切模量的影響,發現當n-A12O3:納米粒子為0.001時ß-IP峰增加,而模量不變;當n-A12O3,納米粒子值為0.01,0.05時ß-IP峰緩慢降低,但模量降低得很快;當n-A12O3,納米粒子增加到0.1時ß-IP峰顯著降低,模量恢復到不添加納米粒子時材料的模量值。專家介紹說,可見納米n-A12O3的加入對環氧樹脂的內摩擦和剪切模量起很重要的作用。










































