空心微珠的制備及其高強輕質樹脂基復合材料的結構與性能研究.pdf

1、航空航天、深海浮力材料、風力發(fā)電等高端復合材料領域中最核心的問題之一是如何在保持材料輕質的基礎上增加其強度。添加具有密度低、強度高、在樹脂中分散性好的空心玻璃微珠(HGB)可為一有效的解決方法。本文在自行設計的垂直高溫成型爐中成功制備出密度小于1g/cm3、耐靜壓強度可控的HGB，且在此基礎上以高強HGB為分散載體，利用具有β晶成核和表面改性雙重效應的可溶性稀土化合物對其進行沉積改性，顯著改善了聚丙烯/空心玻璃微珠(PP/HGB)復合材

2、料的界面相容性與力學性能。此外，針對碳納米管(CNTs)在樹脂中難分散的問題，基于載體法先將CNTs接到HGB的表面使之成為“CNTs微球”，再與環(huán)氧樹脂(EP)復合，可有效改善CNTs在EP中的分散，提高了復合材料的性能。
　　 采用溶膠-凝膠/爐法制備了質地均勻、密度大小可控為0.18～0.78g/cm3、最大耐靜壓強度達85.7MPa的微米級HGB。通過控制發(fā)泡劑含量、煅燒溫度和煅燒時間調節(jié)HGB的空心結構和形貌，控制干凝

3、膠粉末粒徑調節(jié)HGB的粒徑、密度、壁厚和耐靜壓強度；此外，在稀鹽酸或鉀、鈉無機鹽等催化劑的條件下，在正硅酸乙酯/正辛胺體系中，高效率制備出了粒徑可控且具有高比表面積的微孔/介孔二氧化硅空心微米或納米微球，通過調節(jié)分散劑吐溫20的含量和超聲波功率來控制微球的粒徑，將所獲得的微球在垂直高溫成型爐中去除有機物、密實球殼獲得HGB。
　　 HGB可明顯提高PP的復合粘度η*、儲能模量G’和損耗模量G”；采用稀土硝酸鈰和硝酸釔表面改性HG

4、B后明顯改善復合材料的界面相容性，得到最佳質量濃度分別為1.2wt％和0.5wt％；兩種稀土改性劑都可促進復合材料中β晶的形成，細化和均勻化晶粒，提高拉伸強度和缺口沖擊強度，增加結晶溫度、結晶焓和結晶度。
　　 以N，N-二甲基甲酰胺為介質，在一定的條件下基于載體法將兩種不同長度的CNTs分別接到HGB的表面，再將其與EP復合，明顯提高EP/HGB復合材料的力學性能和導電性能。通過控制反應溫度、反應時間、HGB和CNTs的質量比