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环氧树脂和介孔SBA-15复合材料制备和固化动力学的研究

曹均助  
【摘要】:环氧树脂的固化产物是一种应用广泛的通用热固性高分子材料。环氧树脂具有优异的粘结性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能和收缩率低、成本低廉等优点,在胶黏剂、电子仪表、机械、航空、电子电气绝缘材料、涂料及先进复合材料等领域得到广泛的应用。纳米环氧树脂复合材料具有新颖的性能,比如能提高环氧树脂韧性和耐热性能,广泛的应用前景引起很多研究者的兴趣。本文尝试引入具有双重纳米结构的介孔SBA-15(纳米级颗粒尺寸和纳米级的介孔结构),将其作为无机刚性颗粒填充、增强环氧树脂基体,填充后,环氧树脂的高分子链进入SBA-15孔道内并与其骨架内壁形成化学键,使聚合物完全贯穿无机相,形成互穿网络的复合材料。主要研究工作如下: 1、本文利用溶胶-凝胶方法来合成两种介孔材料SBA-15和AMS,在对介孔材料SBA-15内外表面进行硅烷偶联剂改性和表征。基本结论如下:合成的SBA-15粒子大小相近,类似于圆柱型粒子,长为500nm,直径为300nm左右。同时介孔SBA-15的XRD衍射实验表明介孔结构归属为二维六方结构(p6mm)。用硅烷偶联剂接枝介孔SBA-15,用红外光谱图表征表明,介孔材料SBA-15-K、AMS表面基团接枝上胺基基团; N2吸附-脱附表征进一步证明硅烷偶联剂接到SBA-15的内外表面导致改性后的SBA-15比表面积、孔容、孔径变小;热失重实验进一步表明,样品SBA-15功能化后表面键合的胺基的分解失重12.2%。 2、本文主要用热分析和流变学的方法研究纯环氧树脂和SBA-15/环氧复合材料体系固化反应,并分析了其反应固化动力学,加深对反应机理有进一步的了解。结果表明,介孔材料SBA-15对环氧树脂固化反应有催化作用,其中包括两个方面:一方面是表面基团催化作用,另一方面是其空间限制的催化作用,但是对环氧树脂固化程度是降低的。同时通过流变学的方法研究环氧树脂复合材料化学流变固化动力学,可以看到介孔材料SBA-15加入使环氧树脂体系凝胶转变时间更早,力学性能趋于越稳定。含量越多,这种影响更明显。 3、本文研究环氧树脂和纳米二氧化硅、介孔SBA-15二种填料粒子体系液体混合物结构,还研究填料和环氧基体相互作用,然后我们从宏观角度研究环氧树脂复合材料力学性能和其体系形态结构。结果表明,环氧树脂和改性SBA-15体系比纯环氧树脂体系提高30%左右韧性。同时,用有机溶剂混合法制备的介孔环氧复合材料的粒子分布比较均匀,无明显聚集现象。


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