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环氧树脂/粘土纳米复合材料结构与性能的研究

邓玉明  
【摘要】: 本文工作主要分为两部分,第一部分是光学透明环氧树脂/粘土纳米复合材料(EC)光学性能与结构的关系探讨;第二部分为环氧树脂/橡胶/粘土三元复合材料(ERC)的制备及其结构与力学性能的关系研究。 1.光学透明环氧树脂/粘土纳米复合材料光学性能 采用十八烷基伯胺盐、十六烷基三甲基溴化胺处理Na基蒙脱土制备出两种不同的有机土,以三乙胺为固化剂,有机土与双酚A型环氧树脂熔融插层聚合后制备出剥离型和插层型两种结构的环氧树脂/粘土纳米复合材料。采用XRD、SEM和TEM等实验手段对材料的结构进行了表征;并对环氧树脂/粘土二元纳米复合材料的光学性能进行了系统的研究。研究结果显示,材料的透光率随粘土含量的增加而下降,随波长的增加而增大,并逐渐趋于平缓。粘土在环氧树脂基体中的结构对材料的光学透明性有很大的影响,当有机土含量相同时,粘土剥离有利于EC材料保持较高的透光率;当低粘土含量的插层型纳米复合材料与高粘土含量的剥离型纳米复合材料相比较时,材料的透光率大小关系随波长的变化而变化:在短波长时,插层型纳米复合材料优于后者;波长变长时,剥离型纳米复合材料具有较高的透光率,尽管体系中粘土的含量远大于插层型纳米复合材料。此外,还研究了固化剂用量对材料透光率的影响,固化剂用量降低有利于粘土在环氧树脂基体中的剥离,体系具有较高的透光率。对剥离型纳米复合材料的透光率与有机土含量及波长的关系进行了进一步的研究得出,材料的归一化透光率与有机土含量及波长存在下列经验关系:并采用球型粒子光散射模型对上述实验结果进行了理论分析。 对剥离型纳米复合材料的热膨胀系数进行了研究,随着粘土含量的增加体系热膨胀系数显著下降,且仍保持较好的光学透明性。表明粘土纳米复合是一种很好的制备高透光率和低膨胀系数的光电器件包装用环氧树脂基复合材料的方法。 2.环氧树脂/橡胶/粘土三元复合材料 采用熔融共混法制备了环氧树脂/橡胶/粘土三元复合材料,就CTBN、C18含量、加料顺序和固化工艺等制备工艺对C18在三元复合材料结构以及材料的力学性能的影响进行了研究。结果表明,使用熔融插层法只能制备出粘土完全分散在Ep相的三元复合 浙江大学硕士论文 材料,粘土的加入对橡胶和环氧树脂的相分离过程影响不大。三元体系的冲击韧性随粘 土用量的增大而下降,模量增大。加入CTBN液体橡胶、CTBN与环氧树脂跟有机土同 步共混、采用两步固化工艺和使用少量的有机上更加有利于有机土的分散和剥离。 尝试了采用溶液共混法以及在粘土层间引入反应性官能团制备 ERC三元复合材料, 研究了该体系结构与力学性能之间的关系。结果显示,引入反应性官能团有利于粘土与 橡胶相结合,对橡胶/EP的相分离有促进作用,但由于橡胶相模量增加,其增韧效果有 所下降。


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