二氧化硅-氰酸酯樹脂基納米復(fù)合材料的研究.pdf

1、本文針對(duì)氰酸酯(CE)固化物較脆的問題，選用具有特殊表面界面效應(yīng)的納米SiO2對(duì)其進(jìn)行增韌改性，研究了納米復(fù)合材料的制備工藝以及結(jié)構(gòu)和性能間的關(guān)系。為得到綜合性能更好的氰酸酯基納米復(fù)合材料，又選用納米SiO2和液體聚氨酯彈性體(PUR)與CE進(jìn)行三元復(fù)合，研究了三元體系中各組分對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。 選用研磨法、偶聯(lián)劑表面處理法及高速均質(zhì)剪切法作為納米SiO2的分散工藝，通過比較三種分散工藝對(duì)用量為1wt﹪的SiO2在CE

2、中的分散及對(duì)納米SiO2/CE復(fù)合材料力學(xué)性能和熱性能的影響，確定了納米SiO2最佳的分散工藝。結(jié)果發(fā)現(xiàn)三種分散工藝均可將SiO2以納米級(jí)分散在CE基體中，且分散效果相差不大；研磨法和高速均質(zhì)剪切法均可提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，其中高速均質(zhì)剪切法的增韌增強(qiáng)效果優(yōu)于研磨法，當(dāng)納米SiO2含量為1wt﹪時(shí)，高速均質(zhì)剪切法所得復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別比純CE提高35.0﹪和12.1﹪，但偶聯(lián)劑表面處理法卻使材料的力學(xué)性能變差；熱穩(wěn)定性分

3、析表明高速均質(zhì)剪切法可以更好地提高材料的熱穩(wěn)定性，故選擇高速均質(zhì)剪切法為分散納米SiO2的最佳工藝。 研究了不同用量的SiO2對(duì)SiO2/CE納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響；采用透射電鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)分別表征了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及斷口形貌，測(cè)試了復(fù)合材料的靜態(tài)力學(xué)性能、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能(DMA)和熱穩(wěn)定性(TGA)。研究表明SiO2以納米級(jí)顆粒較好地分散在CE中，SiO2的添加量越少，分散效果越好；當(dāng)SiO2含量為0.

4、3wt﹪時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到12.7KJ/m2，比純CE提高75.4﹪；當(dāng)SiO2含量為0.15wt﹪時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度可達(dá)到149MPa，比純CE提高28.O﹪；DMA分析表明SiO2/CE納米復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量和高溫?fù)p耗模量得到很大提高，當(dāng)SiO2含量為0.3wt﹪，體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)比純CE提高了31.2℃；TGA分析發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的熱分解溫度得到提高，熱穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。分析認(rèn)為納米改性體系性能的提高除了與Si

5、O2和基體間的氫鍵作用及復(fù)合材料化學(xué)交聯(lián)密度的提高有關(guān)外，還可能與SiO2表面上的Si原子與CE間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移從而增加界面粘結(jié)作用有關(guān)。 在SiO2/PUR/CE三元納米復(fù)合材料中，研究了體系的各組分對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，納米SiO2的加入對(duì)PUR/CE體系有協(xié)同增韌增強(qiáng)的作用，這種協(xié)同增韌增強(qiáng)作用與PUR的含量有關(guān)，當(dāng)納米SiO2與PUR彈性體配比為0.3：20時(shí)，對(duì)CE的協(xié)同增韌增強(qiáng)作用最佳；納米SiO2提高