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環氧樹脂黏土納米複材(一)
[2016-06-06]

納米微粒是近幾年研究開發的新興材料,納米粒子的問世,為環氧樹脂的改性提供了新途徑。由於納米粒子具有尺寸小、比表麵積大、表麵能高、活性高、分散性好,加之將無機物的剛性,尺寸穩定性和熱穩定性與聚合物的韌性、加工性及介電性揉合在一起等獨特的性能,表現出較高的活性,因此很容易與環氧樹脂中的某些官能團發生物理或化學作用,有可能提高複合材料的力學性能和熱性能。

一、引言
專家選擇環氧樹脂/黏土納米複合材料為淪述對象,對其主要的製備方法、特點及應用進行闡述。

二、環氧樹脂/黏土納米複合材料的製備方法
環氧樹脂/黏土納米複合材料的出現備受國內外學者的關注。黏土礦物中由於矽酸鹽晶片的疊層排列,經有機化處理以後,可以被聚合物或單體插層,製備出聚合物/黏土納米複合材料。此外黏土價格低廉、納米結構原位生成,避免了黏土與聚合物共混過程中的聚集,為聚合物基納米複合材料的製備提供了一條有效的途徑。環氧樹脂/黏土納米複合材料的製備方法主要有插層複合、共混法2種。

1、插層複合法
插層複合法(Compounding)是目前製備環氧樹脂基納米複合材料的主要方法,也是當前材料科學研究的熱點。該方法是將單體或聚合物插入經插層劑處理後的層狀結構的矽酸鹽片層之間,進而破壞矽酸鹽的片層結構,使片層間距擴大甚至解離,使層狀矽酸鹽填料在聚合物基體中達到納米尺度的分散,從而獲得納米級複合材料。
具有陽離子交換性能的黏土經過有機改性後,通常通過2種途徑形成插層或解離納米複合材料,因此,插層複合法義可分為插層聚合法(Intercalation Polymerization)和聚合物插層(Polymer Intercalation)2種。按照聚合反應類型的不同,插層聚合也可以分為插層縮聚和插層加聚2種類型,聚合物插層又可分為聚合物溶液插層和聚合物熔融插層2種。

    利用該法製備環氧樹脂/黏土複合研究較多,Usuki曾在專利上披露胺類固化劑固化環氧可使黏土剝離至麵間距d001>5nm,但需要二甲基甲酰胺作溶脹劑才能實現環氧對黏土的插層。
宋軍等人利用插層法製備了環氧樹脂/蒙脫土納米複合材料。X射線衍射分析表明,改性使蒙脫土層間距變大,製備出的環氧樹脂/蒙脫土納米複合材料剝離結構較好。性能測試表明,複合材料的力學性能和熱性能均比純環氧樹脂有所提高:拉伸強度提高了70.8%,無缺口衝擊強度提高了64.5%,熱變形溫度提高到177℃。

    孫婷婷等人采用長鏈烷基季胺鹽對蒙脫土進行有機改性,將改性後的蒙脫土與雙酚A型環氧樹脂以及酸酐固化劑充分混合固化製得複合材料。這樣製得複合材料的力學性能和熱性能與純環氧樹脂固化物相比有不同程度的提高。   

    申德妍等人采用聚氧化丙烯二醇(N210和N220)、2,4-甲苯二異氰酸酯(TDI)、有機納米蒙脫土(OMMT)等為原材料,分別製備了相應的聚氨酯預聚體和有機蒙脫土納米插層聚氨酯預聚體,並以此對環氧樹脂E-44進行化學共聚改性,係統地研究了改性環氧樹脂複合材料的力學等性能。研究表明,有機蒙脫土納米插層聚氨酯能大幅度提高環氧樹脂複合材料的韌性,比相應的聚氨酯預聚體改性環氧樹脂具有更好的效果。


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