環(huán)氧樹脂-“磨碎碳纖維-絹云母”復(fù)合材料的性能與機(jī)理.pdf

1、聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料已廣泛用于電子電氣和航天領(lǐng)域。其中導(dǎo)電塑料可消除靜電，制造接觸開關(guān)、連接器、集成電路、印刷電路板、儀器外殼、電子元件的包裝材料、電磁干擾屏蔽材料，以及計(jì)算機(jī)元件、人造器官等產(chǎn)品。 環(huán)氧樹脂(EP)具有良好的電氣性能、機(jī)械加工性能和化學(xué)穩(wěn)定性，是綜合性能優(yōu)良的廉價(jià)通用塑料。EP作為傳統(tǒng)的優(yōu)良電氣絕緣材料，人們對(duì)其電性能的研究主要集中在如何提高其電氣絕緣性方面。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始有用短碳纖維、碳納米管、石墨導(dǎo)電填

2、料填充EP，制備導(dǎo)電塑料的研究報(bào)道，但著眼于同時(shí)提高EP導(dǎo)電性能和力學(xué)性能的研究報(bào)道則很少。粉體的共復(fù)合法是在有效的界面設(shè)計(jì)與調(diào)控的基礎(chǔ)上，利用兩種或兩種以上物理、化學(xué)性質(zhì)，形狀要素不同的無(wú)機(jī)粉體的合理組合，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，達(dá)到對(duì)材料增強(qiáng)、增韌、降低電阻以及其他各種改性目的的復(fù)合技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)選取磨碎碳纖維(SCF)作填料，以EP為基體，制備出EP/SCF導(dǎo)電復(fù)合材料。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)“粉體共復(fù)合法”的思想，對(duì)粉體間協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，利用

3、機(jī)械力化學(xué)改性后的絹云母與SCF間良好的無(wú)機(jī)相容性，通過機(jī)械共混，制備出SCF/絹云母復(fù)合粉體，填充EP，獲得了力學(xué)性能顯著提高的EP/SCF/絹云母導(dǎo)電復(fù)合材料。主要研究工作和結(jié)論如下： 1. 應(yīng)用超音速氣流粉碎機(jī)對(duì)絹云母進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)改性。紅外吸收光譜(FTIR)分析結(jié)果顯示：將硬脂酸添加到絹云母中，經(jīng)超音速氣流粉碎后，硬脂酸中羧基(-COOH)的C=O反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰(波數(shù)在1725 cm-1~1700 cm-1)消失

4、了，取而代之的是羧酸鹽(-COO-)中的C=O反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰(波數(shù)在1576 cm-1和1546 cm-1處)。據(jù)此可以判斷：在強(qiáng)烈的機(jī)械力作用下，硬脂酸可能沿著羧基中羥基的O-H斷鍵，形成羧酸根負(fù)離子，以化學(xué)吸附的方式吸附于絹云母表面，形成“絹云母/硬脂酸”復(fù)合粉體。 2. 采用機(jī)械混合法，制備了“SCF/絹云母”復(fù)合粉體。復(fù)合粉體的掃描電鏡(SEM)形貌分析和X射線能譜儀(EDS)表面元素分析表明，絹云母同SCF間表現(xiàn)

5、出良好的無(wú)機(jī)相容性，部分絹云母片牢固的吸附于SCF表面，與之發(fā)生了復(fù)合作用，形成了“SCF/絹云母/硬脂酸”復(fù)合結(jié)構(gòu)，凸化了纖維的表面，增大了其粗糙度，同時(shí)賦予纖維表面一定的親油性。這種“復(fù)合粉體協(xié)同效應(yīng)”，文獻(xiàn)中尚未報(bào)道過。 3. 采用“SCF/超細(xì)改性絹云母”復(fù)合粉體為填料，能有效的補(bǔ)強(qiáng)EP的力學(xué)性能，補(bǔ)強(qiáng)效果強(qiáng)于單純的SCF填料，并顯著降低EP的體積電阻率。其中EP/SCF/絹云母(67/25/10)復(fù)合材料的綜合性能最佳

6、，其拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量和沖擊強(qiáng)度分別達(dá)到49.6 Mpa、1030 Mpa和6.96 kJ·m-2，比EP材料提高了29.8 Mpa，684 Mpa，3.87 kJ·m-2，體積電阻率rv從1.14×1015 Ω·cm降至2.25×108 Ω·cm；較之EP/SCF(67/25)復(fù)合材料，其拉伸強(qiáng)度提高了12.2 Mpa，拉伸彈性模量提高了120 Mpa，沖擊強(qiáng)度提高了0.77 kJ·m-2，rv僅上升了約1個(gè)數(shù)量級(jí)。 4.

7、 EP/SCF/絹云母復(fù)合材料試樣斷口SEM形貌分析和EDS元素分析表明，SCF拔出時(shí)覆有較多界面層黏附物。正是由于機(jī)械力化學(xué)改性后的絹云母同SCF間良好的無(wú)機(jī)相容性，二者能很好的吸附、復(fù)合，形成“SCF/絹云母/硬脂酸”復(fù)合結(jié)構(gòu)，使“SCF/絹云母”復(fù)合粉體在復(fù)合材料中得以同EP形成粘結(jié)良好的“SCF/絹云母/硬脂酸/EP”界面層結(jié)構(gòu)，從而顯著提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步實(shí)踐了“通過預(yù)設(shè)計(jì)復(fù)合粉體的協(xié)同效應(yīng)，改善碳纖維同基體