环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料制备与性能研究

论文摘要

环氧树脂因其出色的物理机械性能、电绝缘性能、粘结性能以及灵活多样的工艺加工性能而著称于世,其卓越的综合性能是其他大多数热固性树脂无法比拟的,在三大通用热固性树脂的应用中处于主导地位。尽管环氧树脂已广泛的应用于工程技术领域,但其自身固有的一些缺陷和不足限制了其更为深层次的应用,且随着科学技术的发展,工程应用对环氧树脂提出了更高的要求。此时,纳米复合材料所表现出的不同于一般复合材料的特殊性能为环氧树脂的改性研究指出了一条新的途径。大量研究证实,将环氧树脂与无机纳米粒子复合制成纳米复合材料,能显著提高其综合性能。本文以双酚A型环氧树脂为基体树脂,有机化的蒙脱土为改性剂,以甲基纳迪克酸酐为固化剂,分别采用溶液插层复合法与熔融插层复合法制备了不同蒙脱土含量的环氧树脂/蒙脱土复合材料。利用X射线衍射法测试了剥离前后蒙脱土的层间距。用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样的冲击断口形貌,研究了该复合材料的两相结构,并讨论了不同工艺条件对复合材料两相结构的影响。用热重分析法衡量了复合材料的热性能,并用负荷热变形温度测试加以验证。通过测量复合材料的冲击强度评价了纳米组分对聚合物的增韧效果,并讨论了增韧机理。用西林电桥法测量了复合材料介电谱的温度特性,分析了纳米粒子含量对复合材料介电性能的影响。对复合材料的表征测试结果表明,无论是溶液插层复合法还是熔融插层复合法,均能制得剥离型环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料,但是,在机械分散的作用下,纳米粒子容易发生团聚,使复合材料中的无机相无法均匀的分散。热重分析结果发现,复合材料的热分解温度并没有随着蒙脱土含量的增加而增加,而是表现出更为复杂的发展趋势;通过溶液插层复合法制备的复合材料的热分解温度受体系中残留溶剂的影响而降低。通过分析复合材料的断裂行为,认为无机组分对复合材料的增韧机理为基体剪切屈服机理。与未改性环氧树脂相比,复合材料的介电常数和介电损耗均有所降低,复合材料的介电常数随温度的变化趋势与未改性环氧树脂相似,而蒙脱土的加入延缓了复合材料的介电损耗随温度增加的速率,主要原因可能是蒙脱土片层抑制了复合材料中极性基团的极化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 环氧树脂改性研究与PLS 纳米复合材料
• 1.2 纳米复合材料制备方法
• 1.3 环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 课题来源以及研究背景、内容与意义
• 第2章 基本实验原理
• 2.1 酸酐固化环氧树脂机理
• 2.2 蒙脱土插层剥离机理
• 2.3 本章小结
• 第3章 实验内容
• 3.1 实验原料
• 3.2 仪器与设备
• 3.3 环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备
• 3.3.1 熔融插层复合法
• 3.3.2 溶液插层复合法
• 3.4 结构表征与性能测试
• 3.4.1 蒙脱土层间距测定
• 3.4.2 复合材料冲击断口形貌观察
• 3.4.3 复合材料热失重分析
• 3.4.4 复合材料负荷热变形温度测量
• 3.4.5 复合材料冲击强度测量
• 3.4.6 复合材料介电性能的测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 纳米复合材料的结构与性能
• 4.1 复合材料相结构
• 4.1.1 蒙脱土插层与剥离
• 4.1.2 复合材料相结构
• 4.2 复合材料热性能
• 4.3 复合材料增韧
• 4.4 复合材料介电性能
• 4.4.1 复合材料的介电极化与介电常数
• 4.4.2 复合材料的介电损耗
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢