无机纳米粒子—聚氨酯改性环氧树脂性能研究

论文摘要

热固性环氧固化物有着良好的机械性能、电绝缘性能及较好的粘接性能,其优异的综合性能是其他大多数热固性树脂所无法比拟的,在三大通用热固性树脂中占主导地位。但其韧性差,耐热性低等缺点限制了应用范围,而随着经济和科学技术的发展,对热固性环氧树脂有了更高的要求。目前针对环氧树脂的改性方法有很多种,但都是以单一的方法为主,真正将两种或两种以上方法合并的较少,基于此,本文用热塑性聚氨酯为增韧剂改善其脆性,在此基础上添加无机纳米粒子提高复合材料的耐热性能,将两种改性方法并用发挥正协同效应。本文以环氧树脂（EP）为基体,聚氨酯（PU）为增韧剂,甲基四氢苯酐（MeTHPA）为固化剂,制备PU-EP聚合物。通过对其力学性能和热稳定性的测试,确定了PU在该体系中的最佳含量为30wt%。以PU-EP为有机预聚体,经偶联剂改性的纳米二氧化硅为无机填料,制备SiO2/PU-EP纳米复合材料,并对该材料进行微观形貌分析和结构表征。利用万能电子拉力试验机、热重分析仪（TG）、阻抗分析仪、高阻计及耐压测试仪的测试。测试结果显示,在纳米SiO2含量为2wt%时,材料的剪切强度和冲击强度达到最大值,分别为27.40MPa、25.07KJ/m2;同时有效地提高了材料的热分解温度;随着SiO2含量的增加,介电常数和介电损耗增大,体积电阻率和击穿强度降低。研究了无机组分含量均为2wt%时,三种无机纳米组分（即:SiO2、Al2O3和TiO2）对复合材料性能的影响,制备了SiO2/PU-EP、Al2O3/PU-EP和TiO2/PU-EP纳米复合材料。通过抗剪切断裂面、剪切强度、冲击强度以及TG的表征手段对三种材料进行分析。分析结果表明:在无机纳米粒子含量都为2wt%的情况下,Al2O3/PU-EP纳米复合材料的力学性能和热分解温度最好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米粒子的特性与表面修饰
• 1.1.1 纳米粒子的特点
• 1.1.2 纳米粒子表面改性的目的及方法
• 1.2 聚合物/无机纳米复合材料
• 1.2.1 聚合物/无机纳米复合材料的制备方法
• 1.2.2 环氧树脂纳米复合材料的研究现状
• 1.3 课题研究目的意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验原料及仪器设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器及测试设备
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 PU-EP 体系的制备
• 2.2.2 无机纳米粒子的表面修饰
• 2.2.3 纳米复合材料的制备
• 2.2.4 模具处理
• 2.3 测试样品的制备及性能测试
• 2.3.1 红外光谱测试
• 2.3.2 扫描电子显微镜测试
• 2.3.3 力学性能测试
• 2.3.4 热重分析
• 2.3.5 电学性能的测试
• 2.4 本章小结
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 聚氨酯对环氧树脂性能影响
• 3.1.1 PU-EP 体系红外光谱分析
• 3.1.2 PU-EP 体系力学性能分析
• 3.1.3 PU-EP 体系耐热性能的分析
• 2含量对SiO₂/PU-EP 复合材料性能的影响'>3.2 SiO₂含量对SiO₂/PU-EP 复合材料性能的影响
• 2/PU-EP 的微观结构分析'>3.2.1 SiO₂/PU-EP 的微观结构分析
• 2/PU-EP 复合材料的红外光谱'>3.2.2 SiO₂/PU-EP 复合材料的红外光谱
• 2/PU-EP 复合材料的力学性能'>3.2.3 SiO₂/PU-EP 复合材料的力学性能
• 2/PU-EP 复合材料的耐热性能'>3.2.4 SiO₂/PU-EP 复合材料的耐热性能
• 2/PU-EP 复合材料的介电性能'>3.2.5 SiO₂/PU-EP 复合材料的介电性能
• 2/PU-EP 复合材料体积电阻率'>3.2.6 SiO₂/PU-EP 复合材料体积电阻率
• 2/PU-EP 复合材料的击穿强度'>3.2.7 SiO₂/PU-EP 复合材料的击穿强度
• 3.3 三种纳米粒子对PU-EP 复合材料性能的影响
• 3.3.1 复合材料抗剪切试样断裂面分析
• 3.3.2 纳米粒子对PU-EP 体系力学性能影响
• 3.3.3 纳米粒子对PU-EP 体系热分解温度的影响
• 3.4 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