環氧樹脂耐熱納米改性3

    納米粒子的加入使環氧樹脂的玻璃化溫度升高的原因在于:納米粒子與環氧樹脂之間存在強相互作用,使玻璃化溫度升高。表面處理后的納米粒子,在基體中實際起到交聯點的作用,一方面其表面有利于環氧樹脂鏈段的纏結,形成物理交聯;另一方面其表面的表面處理劑與基體聚合,形成填充粒子與基體間良好的界面結合,起到化學交聯點的作用。因此隨著納米粒子的加入交聯密度增大,使玻璃化溫度升高,可見納米粒子的加入可使體系的玻璃化溫度明顯升高,提高體系的耐熱性。

    2、粘土對環氧樹脂體系玻璃化溫度的影響
    到目前為止,能夠在插層納米復合材料中得到應用的有蒙脫土、高嶺土、海泡石等少數幾種屬于層狀硅酸鹽的物質。由于它們具有較大的初始間距以及可交換的層間陽離子,使得我們可以利用離子交換的方式將它們的層間距擴大到允許聚合物分子鏈插入的程度,從而可以利用它們制備出性能優異的插層納米復合材料。蒙托土屬層狀粘土。海泡石具有纖維狀結晶性質,由于鏈群之間僅以四角共用氧原子連接,連接力較弱,當受到剪切力作用時纖維晶體之間極易分散,可形成眾多的細小纖維晶體。在孔道中存在可變換的陽離子K+、Ca2+、Na+等,主要的平衡是由于Al3+置換Si4+所多出的負電荷。海泡石陽離子交換容量在20-45mmo1/100g之間。采用有機蒙托土與海泡石制備不同含量粘土納米復合材料,測試其玻璃化溫度,結果見表2。
                                     表2 不同納米粒子復合材料的玻璃化溫度

Tg/

0

1

2

3

4

5

6

7

MMT

90.47

141.24

121.29

142.39

140.18

141.10

139.95

129.01

Sepiolite

90.47

141.02

141.73

139.96

140.32

 

 

 

    可見隨著海泡石與蒙脫土的加入,基體的玻璃化溫度提高,提高的幅度大達50℃,而與含量沒有關系。由圖4可見蒙脫土呈層狀剝離,形成插層納米復合材料。通過高速攪拌海泡石晶格破壞,形成單個的纖維,在環氧樹脂中形成大網狀結構,起到了纖維增強的作用,限制了高分子鏈的運動,從而使環氧樹脂基體的玻璃化溫度大幅度提高。環氧樹脂行業協會(www.epoxy-e.cn)專家介紹說,海泡石/環氧樹脂納米復合材料的透射電鏡照片見圖5,由圖可見海泡石成纖維狀分散于樹脂中,起到了微纖維增強的作用,從而使環氧樹脂的玻璃化溫度提高。

    四、結論
    通過一定的方式,使納米粒子及粘土粒子分散于環氧樹脂基體中,可使環氧樹脂的玻璃化溫度大幅度提高,多可提高50℃。