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聚合物-粘土纳米复合材料的制备及性能研究

袁金凤  
【摘要】: 本文研究了两种聚合物/粘土纳米复合材料:环氧树脂/粘土纳米复合材料 和不饱和聚酯/粘土纳米复合材料。首先通过优选合适的插层剂对粘土进行有 机改性,用改性后的粘土作为增强介质与热固性树脂预聚体进行复合,制备出 环氧树脂/粘土纳米复合材料和不饱和聚酯/粘土纳米复合材料,讨论了影响材 料性能的条件和因素,同时对环氧树脂/粘土纳米复合材料的形成机理进行了 初步探讨。 对粘土进行有机改性所用的有机胺包括:正辛胺、正癸胺、十二胺、十六 胺、十八胺、十六烷基三甲基溴化铵和丙烯酰胺,其中十六胺处理后的有机粘 土的晶面间距由原来的1.3605nm撑至1.9885nm,十六胺和丙烯酰胺混合处理 的有机粘土的晶面间距从1.3605nm撑至1.7380nm。 用有机粘土增强的环氧树脂和不饱和聚酯树脂,其力学性能和热性能均有 较明显改善。其中,环氧树脂/粘土纳米复合材料的抗冲击强度提高了34%,抗 拉伸强度没有下降,热变形温度(HDT)由79.4℃提高到了89.2℃;不饱和聚 酯/粘土纳米复合材料的抗冲击强度提高了220%,抗拉伸强度提高了12%, 热变形温度(HDT)由76.3℃提高到了86.1℃。 本研究还通过FT-IR、XRD、TEM等手段对粘土及复合材料的微观结构进 行了分析和表征,结果表明,处理粘土中确实存在有机胺,且晶面间距(d_001) 明显加大,复合材料的XRD、TEM分析结果表明,复合材料中粘土晶层已基本 分离,且以纳米级分散在聚合物基体中。 首次应用非等温DSC方法,研究了环氧树脂/粘土纳米复合材料形成过程 的固化动力学。结果表明,环氧树脂(E-51)与经表面修饰过的改性粘土,在 低分子量聚酰胺(203~#)作为固化剂的条件下,其固化过程的表观活化能为 △E=56.21KJ/mol,反应级数n=0.9。 对环氧树脂/粘土纳米复合材料的形成机理进行了探讨,根据定量计算结 果首次提出:形成环氧树脂/粘土纳米复合材料的推动力是环氧树脂在粘土晶 层间的固化反应热。


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