POSS改性環(huán)氧樹脂制備及性能研究開題報告

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1、開題報告POSS改性環(huán)氧樹脂制備及性能研究一、選題的背景、意義工程塑料工業(yè)對聚合物提出了各式各樣的要求，例如易加工、耐高溫、韌性好、硬度高，價格低廉，但與金屬材料相比，聚合物普遍存在強度低，耐溫性差等問題。一般來說，解決此問題的途徑有二[1]：一是合成新的聚合物，二是運用改性技術(shù)獲得具有特殊性能的材料。目前合成的上千種聚合物材料中僅百余種具有工業(yè)價值，繼續(xù)合成新的聚合物并不現(xiàn)實。最近幾十年來，人們普遍關(guān)注利用改性技術(shù)提高現(xiàn)有聚合物的性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。通常的改性方法有化學(xué)方法和物理方法。通過改性大大提高了聚合物的綜合性能。以聚丙烯(PP)為例[2]，其相對密度小、加工性優(yōu)良、屈服強度、拉伸強

2、度和彈性模量均較高、電絕緣性良好、耐應(yīng)力龜裂及耐化學(xué)藥品性較佳等，制品無毒無味。光澤性好，被廣泛用于汽車、電器及家具、包裝等各個領(lǐng)域。但PP成型收縮率大、脆性高、缺口沖擊強度低等弱點大大限制了其進(jìn)一步推廣應(yīng)用。為此，國內(nèi)外對PP的增強增韌改性進(jìn)行了廣泛而深入的研究[3]。盡管增強增韌改性有效地改善了PP的脆性，但總的來說，PP的綜合性能并沒有質(zhì)的提高。對于其他聚合物來說情況也大體如此。為此，探索新的改性方法成為目前新一代聚合物材料的研究熱點[4]。環(huán)氧樹脂由于具有優(yōu)異的粘結(jié)性、物理機械性能、電氣絕緣性能及固化收縮率低等性能而被廣泛應(yīng)用于機械、電子電氣、半導(dǎo)體封裝等領(lǐng)域[5]。近年來隨著電子產(chǎn)品

3、向著小型化、多功能化方向的發(fā)展，對為其配套的環(huán)氧樹脂材料的耐熱性及阻燃性能提出了更高的要求[6]，籠型倍半硅氧烷(POSS)改性環(huán)氧樹脂的研究得到廣泛關(guān)注。有機無機納米雜化材料(POSS)是近年發(fā)展起來的一種新型復(fù)合材料，它兼具有無機材料的耐熱、耐氧化和良好的力學(xué)性能，以及有機材料的柔韌性、良好的加工性能等優(yōu)點[7]。倍半硅氧烷的分子結(jié)構(gòu)由Si-O-Si形成的主鏈及有機基團形成的側(cè)鏈組成，三維結(jié)構(gòu)大小在1-3nm范圍內(nèi)，是一種真正分子水平上的有機無機納米雜化材料[8,9]。倍半硅氧烷的這種結(jié)構(gòu)使其具有耐高低溫、難燃、電氣絕緣性能好等優(yōu)點。用倍半硅氧烷改性高分子材料不僅保持了高分子材料原有的優(yōu)點

4、，而且可以使高分子材料的耐熱性能、阻燃性能、機械性能和耐壓性能等性能提高。納米粒子能增韌增強EP和提高耐磨性、耐熱性。但是納米粒子容易發(fā)生團聚，成為影響復(fù)合材料性能的關(guān)鍵。因此，如何解決納米粒子的團聚問題。納米粒子的粒徑大小、幾何形狀等形態(tài)參數(shù)和添加量對納米復(fù)合材料性能的影響程度，以及納米復(fù)合材料的相界面結(jié)構(gòu)和增韌增強機理都是亟待解決和完善的研究熱點。有機無機材料POSS正能解決次問題，由于POSS具有特殊的納米級籠形結(jié)構(gòu)及與聚合物良好的結(jié)合性和相容性，采用POSS改性傳統(tǒng)聚合物所制備的有機-無機納米雜化材料不僅具有有機材料優(yōu)良的加工性、韌性與低成本，同時還保留無機材料優(yōu)異的耐熱、耐氧化與力學(xué)

5、性能。因此，POSS改性傳統(tǒng)聚合物能使其性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，必將對航空航天領(lǐng)域和塑料工業(yè)及其相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。二、相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)2.1改性環(huán)氧樹脂的研究環(huán)氧樹脂(EP)是一種常用的熱固性樹脂，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐磨性、電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性。而且具有收縮率低、易加工成型和成本低等優(yōu)點，在涂料、粘合劑、復(fù)合材料及灌封器件等方面有著廣泛應(yīng)用。但固化后的EP存在內(nèi)應(yīng)力大、質(zhì)脆和耐濕熱性差等缺點。因而限制了其應(yīng)用。環(huán)氧樹脂的改性方法很多，目前國內(nèi)外的研究主要集中于如何獲得具有更高性能的環(huán)氧樹脂材料，以滿足特殊場合的要求，使其得到更廣泛的應(yīng)用。目前，環(huán)氧樹脂改性的研究包括改變固化劑、加入共聚

6、物增韌、利用粒子或纖維增強等方法[10]，改性的效果并沒有質(zhì)的變化[11]。人們一直在尋求新的、更有效的改性方法。因此，在90年代末期，POSS一經(jīng)商品化，人們[12-14]首先就考慮利用POSS對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，期望憑借POSS的特性在不影響其加工性的前提下，大幅提高環(huán)氧的綜合性能。2.1.1POSS改性環(huán)氧樹脂歷史進(jìn)展1946年Scott[15]首次合成分離得到齊聚倍半硅氧烷(POSS)以來，倍半硅氧烷化學(xué)的發(fā)展已經(jīng)歷了半個多世紀(jì)。近年來POSS作為改性劑或者是共聚單體用于改性高分子材料、制備納米復(fù)合材料引起了人們的廣泛關(guān)注。ZHANGZeng-ping等[16]研究了POSS結(jié)構(gòu)對環(huán)氧

7、樹脂熱性能的影響。LiborMatjka[17]研究了用POSS改性環(huán)氧樹脂后的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。NIYong等[18]從納米結(jié)構(gòu)層面研究了熱固性樹脂/兩親性有機無機復(fù)合體系。IvanJerman[19]研究了功能性POSS涂層的結(jié)構(gòu)和防腐蝕性，發(fā)現(xiàn)POSS用在涂料中可以大大改善涂料的性能；用POSS改性的環(huán)氧樹脂耐熱性好。介電性好，且無鹵阻燃，降低環(huán)氧樹脂的交聯(lián)密度，提高其韌性。改性原理認(rèn)為是由于PO