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1、精品文檔微/納米無機(jī)顆粒對聚氨酯環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料性能的影響中圖分類號：tq323.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 環(huán)氧樹脂具有良好的熱穩(wěn)定性、電絕緣性、粘結(jié)性、力學(xué)性能，成型工藝多樣化，性價比較高，被廣泛應(yīng)用于航空/航天、電氣/電子等領(lǐng)域[1-4].由于環(huán)氧樹脂具有三維網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)帶來眾多優(yōu)點(diǎn)的同時，也賦予其固有的缺點(diǎn)，固化后質(zhì)脆、耐沖擊性較差和容易開裂等.利用環(huán)氧樹脂制備的復(fù)合材料存在層間韌性不足，受到低速沖擊后層間容易發(fā)生分層等問題，嚴(yán)重影響其使用壽命和范圍，這就要求對環(huán)氧樹脂進(jìn)行增韌[5].當(dāng)前，廣泛采用的改性方法是向樹脂中加入橡
2、膠[6-7]或熱塑性樹脂[8]，通過反應(yīng)誘導(dǎo)相分離形成分相結(jié)構(gòu)[9-10]，實(shí)現(xiàn)對樹脂基體的增韌.但是這些增韌成分的引入，增加了樹脂體系的化學(xué)復(fù)雜性，帶來了一系列問題.例如增韌劑要與原有樹脂相匹配，改性劑的存在會導(dǎo)致樹脂的工藝條件發(fā)生改變，對樹脂的剛度、模量、濕/熱等性能可能產(chǎn)生影響等[11].2016全新精品資料-全新公文范文-全程指導(dǎo)寫作–獨(dú)家原創(chuàng)10/10精品文檔 近年來很多研究者采用無機(jī)剛性納米粒子[11-16]對環(huán)氧樹脂進(jìn)行增強(qiáng)、增韌改性.這是因?yàn)榧{米粒子的表面非配對原子多、活性高，很容易與環(huán)氧樹脂中的某些官能團(tuán)發(fā)生物理或
3、化學(xué)作用，提高粒子與環(huán)氧樹脂基體的界面結(jié)合能力，有助于降低聚合物鍵的能動性，因而可承擔(dān)一定的載荷，具有增強(qiáng)、增韌的可能.而且，這種無機(jī)納米顆粒的加入，對體系的物理化學(xué)性質(zhì)沒有明顯影響，有利于保持現(xiàn)有樹脂體系及其工藝條件不變.同時這種利用物理手段實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)度韌性提升，由于不涉及化學(xué)計(jì)量，可以方便地選擇增韌劑的使用量. 本研究以商用的聚氨酯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料為基體，系統(tǒng)研究了幾種無機(jī)微米/納米粒子的添加對復(fù)合材料力學(xué)和熱穩(wěn)定性的影響，并對改性后復(fù)合材料的強(qiáng)韌化機(jī)理進(jìn)行了初步討論. 1實(shí)驗(yàn)部分 1.1原料 納米sio2，粒徑：30nm
4、.納米sic，50nm；納米mgo，30nm；納米al2o3，30nm.微米al2o3，1～3 symbolma@m.微米mgo，0.5～12016全新精品資料-全新公文范文-全程指導(dǎo)寫作–獨(dú)家原創(chuàng)10/10精品文檔 symbolma@m.聚氨酯改性環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑，其主劑和固化劑分別標(biāo)示為puepm和pueps. 2結(jié)果與討論 2.1顆粒組成和含量對復(fù)合材料拉伸剪切強(qiáng)度的 影響 圖1為無機(jī)顆粒組成和含量與復(fù)合材料拉伸剪切強(qiáng)度的關(guān)系曲線.從圖1可以看出，向puep體系加入無機(jī)顆粒后，其拉伸剪切強(qiáng)度均先增加后降低，最佳添加量均
5、為2%.在該加入量時，2%lmg改性puep復(fù)合材料的拉伸剪切強(qiáng)度相比未添加的puep復(fù)合體系增加了14.7%，2%lal增加了8.0%，2%nmg增加了68.9%，2%nsi增加了61.3%，2%nsc增加了87.8%，添加2%nal增加了54.2%.這是因?yàn)闊o機(jī)顆粒經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后其表面帶有活性基團(tuán)，顆?？梢猿浞纸又υ诨w上.此外，納米粒子較小的粒徑和較大的比表面積，提高了納米粒子和基體的相容性.因此納米粒子和基體之間可以有更好的應(yīng)力傳遞，增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和韌性.當(dāng)無機(jī)顆粒的添加量逐漸增多時，其在基體中的分散性變差，易團(tuán)聚，從而降
6、低了復(fù)合材料的力學(xué)性能[18].2016全新精品資料-全新公文范文-全程指導(dǎo)寫作–獨(dú)家原創(chuàng)10/10精品文檔 同時可以看出，納米顆粒對puep復(fù)合體系力學(xué)性能的提高顯著高于微米顆粒，其增加量均在50%以上.這可能是由于納米粒子尺寸小、比表面積大以及表面的物理和化學(xué)缺陷多，與高分子鏈產(chǎn)生了物理或化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)，能有效提高兩者之間的結(jié)合力，使高分子鏈剛性增加，從而導(dǎo)致puep體系的拉伸剪切強(qiáng)度顯著增加[18-19]. 圖2為無機(jī)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時所得無機(jī)顆粒改性puep復(fù)合材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線.從圖中可以看出，puep復(fù)合體系的應(yīng)力應(yīng)變曲
7、線呈現(xiàn)典型的韌性斷裂，曲線上分別出現(xiàn)了彈性變形區(qū)、彈塑性變形區(qū)、塑性變形區(qū)和屈服點(diǎn)等特征區(qū)域，其層間剪切模量 的數(shù)值約為574gpa. 從圖中還可以看出，微米顆粒的添加并不改變puep復(fù)合體系的斷裂方式，但使該體系各變形階段的模量顯著下降，同時彈性變形區(qū)域逐漸縮短.而納米顆粒的添加不僅能改變puep復(fù)合體系的斷裂方式，使其由韌性斷裂改為類似于陶瓷材料的脆性斷裂，同時彈性變形區(qū)大幅增加，但彈性模量大幅降低.2016全新精品資料-全新公文范文-全程指導(dǎo)寫作–獨(dú)家原創(chuàng)10/10精品文檔 從上述數(shù)據(jù)可知，對于無機(jī)顆粒而言，其在添加量為2
8、%時，可以獲得最佳的增韌效果，故而，下一步研究中，無機(jī)顆粒的添加量固定為2%，研究材料粒徑和組成對復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響. 2.2顆粒組成對復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響表1為無機(jī)顆粒添加對復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響.從表中可以看
