环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料介电性能研究

论文摘要

本文以双酚A型环氧树脂为基体树脂,蒙脱土为无机填料,十八烷基氯化铵和偶联剂KH550为改性剂,甲基六氢邻苯二甲酸酐为固化剂,采用正交试验法优化了复合材料的固化工艺,制备出了不同有机改性蒙脱土以及不同蒙脱土含量的环氧树脂/蒙脱土复合材料。利用傅里叶红外光谱对十八烷基氯化铵与偶联剂KH550处理的蒙脱土的化学成分进行分析,试验研究了不同有机改性剂对与蒙脱土的作用机理。用高阻计测试了复合材料绝缘电阻率的温度特性,用高压西林电桥测试了复合材料介电温度谱特性,用宽频介电谱仪测试了复合材料的介电频率谱特性,重点探讨了蒙脱土的改性及蒙脱土含量对复合材料介电性能的影响。通过对有机化蒙脱土的傅里叶红外光谱分析得到,十八烷基氯化铵与偶联剂KH550均能与蒙脱土相互作用,使蒙脱土由亲水性转为亲油性。对复合材料的测试结果表明,偶联剂KH550改性的蒙脱土（K-MMT）和十八烷基铵盐改性的蒙脱土（O-MMT）均能使环氧树脂（EP）的介电常数（ε）与损耗角正切值（tanδ）降低,特别当温度达到160℃时,K-MMT/EP的ε和tanδ分别下降了5%和35%,而O-MMT/EP的ε和tanδ分别下降了16%和41%。可见,有机化蒙脱土的加入有望提高环氧树脂的耐温等级;对于O-MMT/EP复合材料,当蒙脱土含量为5%时,其介电常数及损耗角正切值最低,常温工频时与纯环氧树脂相比,分别下降了18%与42%。为了进一步分析产生这一现象的产生原因,试验研究了复合材料的松弛时间及分布。其结果显示,蒙脱土含量为5%的复合材料的松弛时间最长,且松弛时间的分布参数最小。此外,将复合材料的松弛时间与材料的电导率进行对比,发现这两者存在某种正比例的关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚合物/纳米层状硅酸盐复合材料
• 1.1.1 聚合物/纳米层状硅酸盐复合材料制备方法
• 1.1.2 聚合物/层状硅酸盐复合材料结构类型
• 1.1.3 聚合物/纳米层状硅酸盐复合材料研究现状
• 1.2 环氧树脂/纳米层状硅酸盐复合材料研究现状
• 1.3 课题主要研究背景、内容及意义
• 第2章 电介质的极化
• 2.1 偶极子在交变电场中的极化
• 2.1.1 德拜模型
• 2.1.2 一组松弛时间的柯尔-柯尔模型
• 2.2 非均匀介质的极化
• 2.2.1 麦克斯韦-瓦格纳模型
• 2.2.2 有效介质模型
• 2.3 空间电荷极化
• 2.4 本章小结
• 第3章 复合材料的制备与表征
• 3.1 有机蒙脱土的制备
• 3.1.1 实验材料及仪器
• 3.1.2 有机蒙脱土的制备方法
• 3.2 环氧树脂/蒙脱土复合材料制备工艺研究
• 3.2.1 实验材料及仪器
• 3.2.2 实验制备流程
• 3.2.3 正交试验法优化复合材料的制备工艺
• 3.3 结构表征及性能测试
• 3.3.1 复合材料红外光谱分析
• 3.3.2 复合材料电导的测试
• 3.3.3 复合材料温度谱的测试
• 3.3.4 复合材料频谱测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 环氧树脂/蒙脱土复合材料的结构与性能
• 4.1 固化温度对环氧树脂/蒙脱土介电性能的影响
• 4.2 蒙脱土改性对环氧树脂介电性能的影响
• 4.2.1 有机化蒙脱土的红外谱图
• 4.2.2 复合材料的介电常数与温度的关系
• 4.2.3 复合材料的损耗角正切值与温度的关系
• 4.2.4 复合材料电阻率与温度的关系
• 4.3 蒙脱土含量对环氧树脂介电性能的影响
• 4.3.1 复合材料介电常数与频率的关系
• 4.3.2 复合材料损耗角正切与频率的关系
• 4.3.3 复合材料的松弛时间及分布
• 4.3.4 复合材料松弛时间与电导率之间的关系
• 结论
• 参考文献
• 致谢