环氧树脂/钠基膨润土复合材料的制备和性能研究

论文摘要

环氧树脂由于具有粘接性好,电绝缘性好,固化收缩率小,价格低廉等优点,广泛地应用于军事、航空航天、建筑、电子电器领域。但是因为它脆性较大,耐热温度较低的不足使得环氧树脂的应用受到一定的限制。因此,对环氧树脂进行增韧增强的改性研究成为了国际、国内的热门课题。目前的改性方法在增加了材料韧性的同时,却又降低了材料的耐热性。近年来,随着国内外硅酸盐科学的迅猛发展,将层状硅酸盐通过有机插层复合的方法与聚合物高分子进行复合,制备有机-无机杂化材料,发挥有机物、无机物各自的优异性能的研究为环氧树脂的改性提供了新的思路。本文首先对钙基膨润原土进行钠化处理,制得钠基膨润土。实验结果表明:按照最佳实验方案:以碳酸钠作为钠化剂,用量3%,钠化反应温度70℃,钠化反应时间2.0h所制备的钠基膨润土的特性均优于原土。本文利用大分子链烷基胺对钠基膨润土进行了有机化改性,XRD测试表明运用有机插层剂对钠基膨润土进行插层可以明显增大其层间距,按照优化工艺所制备的有机膨润土的层间距最大,比钠基膨润土提高了48%,FTIR和TGA测试表明有机膨润土保持了硅酸盐基本骨架,同时有机物的亚甲基基团已经进入到层间结构中,有利于其和有机相的相容和分散;本文利用环氧树脂/有机膨润土/酸酐固化剂制备了复合材料,实验发现,选取固化剂用量为环氧树脂质量的90%,将有机膨润土与固化剂体系先进行搅拌混合,有利于膨润土在复合材料中较好地分散和提高其综合性能。复合材料的最佳固化工艺为固化时间150min、固化温度100℃、脱泡时间15min;XRD测试表明,复合材料一级衍射峰均已消失,环氧树脂的插层使膨润土层间距增大,部分膨润土已达到剥离的程度;在有机膨润土含量为3%4%时,复合材料的拉伸强度和冲击强度达到最佳,均优于未改性环氧树脂;材料断面的SEM图表明,环氧树脂的断面较为光滑平整,为典型脆性断裂,复合材料的断面引发有较多银纹,呈现韧性断裂特征;TGA实验表明,复合材料的初始热分解温度比纯环氧树脂提高了11.6℃,说明复合材料的耐热性较纯环氧树脂有所改善;复合材料的介电强度在有机膨润土含量为3%～5%时达到最大,比纯环氧树脂有所提高,介电性能也有所改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 环氧树脂基体
• 1.3 固化剂的研究
• 1.4 稀释剂的研究
• 1.5 环氧树脂的增韧改性
• 1.6 环氧树脂/膨润土复合材料研究现状
• 1.7 本课题研究意义和研究主要内容
• 2 实验原理
• 2.1 环氧树脂/膨润土复合材料的制备方法
• 2.1.1 原位插层聚合法
• 2.1.2 聚合物插层法
• 2.1.3 模板合成法
• 2.2 环氧树脂/膨润土复合材料的热力学理论
• 2.3 膨润土的剥离机理
• 2.4 本章小结
• 3 实验
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验设备
• 3.3 钠基膨润土的制备
• 3.4 有机膨润土制备
• 3.5 环氧树脂/膨润土复合材料的制备
• 3.6 性能测试
• 3.6.1 膨润土物化性质测试
• 3.6.2 X 射线衍射测试
• 3.6.3 复合材料试样断口形貌观察
• 3.6.4 红外光谱测试
• 3.6.5 拉伸性能测试
• 3.6.6 弯曲性能测试
• 3.6.7 冲击性能测试
• 3.6.8 热失重分析
• 3.6.9 电性能测试
• 3.7 本章小结
• 4 结果与讨论
• 4.1 膨润土钠化处理的分析
• 4.1.1 钠化改性剂对钠化效果的影响
• 4.1.2 钠化剂用量对钠化效果的影响
• 4.1.3 钠化反应温度对钠化效果的影响
• 4.1.4 钠化反应时间对钠化效果的影响
• 4.1.5 钠化反应最佳实验方案
• 4.2 钠基膨润土有机化改性分析
• 4.2.1 钠基膨润土有机化插层工艺的优化
• 4.2.2 反应条件对钠基膨润土层间距的影响
• 4.2.3 有机化插层实验最佳方案
• 4.2.4 X 射线衍射（XRD）分析
• 4.2.5 红外光谱（FTIR）分析
• 4.2.6 膨润土有机化处理前后热失重（TAG）分析
• 4.3 环氧树脂/膨润土复合材料的结构与性能分析
• 4.3.1 复合材料制备工艺的分析
• 4.3.2 固化工艺对复合材料性能的影响
• 4.3.3 X 射线粉末衍射分析
• 4.3.4 有机膨润土含量对材料机械性能的影响
• 4.3.5 环氧树脂/有机膨润土复合材料的结构
• 4.3.6 耐热性
• 4.3.7 介电性能
• 4.4 本章小结
• 5 结论和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录