溶膠-凝膠法制備PDMS雜化材料及性能研究.pdf

1、聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體具有眾所周知的優(yōu)良性能，但不經(jīng)過(guò)增強(qiáng)，其拉伸強(qiáng)度只有0.3MPa左右，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。因此，PDMS增強(qiáng)研究一直為有機(jī)硅高分子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文旨在以PDMS為有機(jī)相，正硅酸四乙酯(TEOS)、異丙醇鋁(AIP)作為無(wú)機(jī)相，通過(guò)溶膠-凝膠法制備較高力學(xué)性能、耐熱性能的PDMS雜化材料。
　　 首先，采用粘度法研究不同反應(yīng)條件下溶膠粘度的變化，采用多波長(zhǎng)作圖法測(cè)定反應(yīng)物中Si(OH)4的濃度，并用積

2、分法及作圖法分析了TEOS水解過(guò)程，確定25℃酸性條件下TEOS的水解速率方程。
　　 結(jié)果表明：25℃酸性條件下，水解初始階段溶膠分子按線性模式生長(zhǎng)。溶膠粘度變化分兩個(gè)階段，第一階段粘度隨時(shí)間延長(zhǎng)增長(zhǎng)緩慢；第二階段粘度隨時(shí)間延長(zhǎng)變化較大。水解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)為n=2，k=0.0597L·mol-1·min-1，TEOS水解反應(yīng)速率方程為v=0.0597[TEOS]1[H2O]1。
　　 其次，以PDMS為有機(jī)相，TEOS

3、作為無(wú)機(jī)相，采用溶膠-凝膠工藝成功制備了系列PDMS/SiO2雜化材料。通過(guò)FTIR、SEM、TG、DSC等方法對(duì)材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并且對(duì)材料的溶膠分?jǐn)?shù)、力學(xué)性能以及電性能等進(jìn)行了測(cè)試分析。
　　 FTIR分析和抽提實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雜化材料中有機(jī)組分和無(wú)機(jī)組分發(fā)生了化學(xué)鍵合；SEM分析結(jié)果表明，雜化材料微相均勻分布，未發(fā)生相分離：耐熱性測(cè)試表明，具有共價(jià)鍵結(jié)合的雜化材料比純PDMS材料的熱穩(wěn)定性高，熱分解溫度在350℃以上；當(dāng)

4、TEOS含量在一定范圍時(shí)，可提高材料的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率隨TEOS的增加先增大后減小，當(dāng)TEOS含量為25％左右綜合性能較好；水解生成的SiO2引入極性基團(tuán)并吸附較多的雜質(zhì)分子，因此雜化材料的體積電阻隨TEOS用量的增加減小，相對(duì)介電常數(shù)隨TEOS用量的增加而增大，但從總體上看，仍然是較好的絕緣材料。
　　 最后，采用溶膠-凝膠工藝以AIP為前驅(qū)體成功制備了Al2O3復(fù)合體系；分析了溶劑、反應(yīng)溫度、酸用量和加水量對(duì)A

5、l2O3溶膠穩(wěn)定性的影響；以PDMS為有機(jī)相，TEOS、AIP作為無(wú)機(jī)相，采用溶膠-凝膠工藝成功制備了系列PDMS/SiO2/Al2O3雜化材料。通過(guò)FTIR、SEM、TG、DSC等方法對(duì)材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并且對(duì)材料的溶膠分?jǐn)?shù)、力學(xué)性能以及電性能等進(jìn)行了測(cè)試分析。
　　 對(duì)AIP水解條件的研究發(fā)現(xiàn)，溶劑為甲苯與異丙醇的混合溶液較為合理；最佳水解溫度為80℃，較低或較高的溫度均會(huì)導(dǎo)致溶膠穩(wěn)定性變差；HCI用量與AIP的摩爾比為

6、0.04/1，加水量為AIP用量的2～5倍時(shí)生成的Al2O3顆粒較小。
　　 FTIR分析表明AIP水解生成Al2O3，雜化材料的FTIR中未有明顯的Si-O-Al-O鍵；抽提實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雜化材料中有部分PDMS被捕獲與無(wú)機(jī)網(wǎng)絡(luò)中；SEM分析結(jié)果表明，TEOS水解生成的SiO2顆粒較小能與有機(jī)相混合均勻，無(wú)相分離。Al2O3則主要以物理吸附的形式存在與雜化體系中，AIP用量增加，相分離越嚴(yán)重；耐熱性測(cè)試表明，制備的雜化材料熱穩(wěn)