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介孔分子筛(Mesoporous Molecular Sieve)是近二十年来材料研究领域的热点之一,其独特的的结构特征及性质在于其具有长程有序的孔结构,孔径分布窄并可以调变、高孔隙率、大比表面积以及表面含端羟基等,作为新型的无机材料,介孔分子筛的研究主要集中于催化剂、吸附剂以及载体材料等方面,尤其是利用其空旷的孔道结构负载金属催化剂以及有机分子方面,受到了化学家们的重视。相比之下,利用介孔分子筛的结构特点,将其作为一种增强组份,进行介孔分子筛/聚合物基复合材料的研究较少。本文从介孔分子筛的结构特征出发,结合聚合物填充改性原理,采用大孔径的SBA-15与不饱和聚酯单体原位聚合,制备SBA-15/不饱和聚酯树脂,以此改性树脂为基体树脂,制备SBA-15/不饱和聚酯树脂原位复合材料,研究SBA-15的表面修饰、含量对改性不饱和聚酯树脂复合材料的力学性能、摩擦磨损性能、热性能、硬度及动态力学性能的影响,并借助扫描电镜(SEM)观察复合材料的磨损面形貌,研究其磨损机理。主要得出以下结论:
1、原位聚合制备的SBA-15/不饱和聚酯树脂(UP)经溶剂抽提除去粒子表面的聚合物后,得到相应的无机-有机复合材料。N2吸附测试结果表明SBA-15的孔径由原来的8.49nm下降到了4.63nm,证明SBA-15的孔道内存在聚合物。TG结果表明,SBA-15改性的不饱和聚酯树脂的热性能得到了提高,其在失重40%时的分解温度较纯树脂提高了17℃,700℃时的残留率提高了7.32%。
2、采用KH570修饰SBA-15后,FTIR结果表明,SBA-15内外表面的-OH减少,表面成功接枝上有机基团。以此树脂为基体树脂,与固化剂、无机填料等混合,通过辊炼、模压成型制备了SBA-15/UP复合材料。研究结果表明,以改性SBA-15/UP树脂为基体的复合材料较纯UP树脂复合材料的冲击性能提高了13%,弯曲强度提高了7%,弯曲模量提高了18.5%。与纯UP树脂复合材料相比较,总体积磨损率降低了39.9%,摩擦系数相比提高了0.131。
3、采用不同含量的SBA-15制备SBA-15/UP树脂基复合材料。TG测试结果表明,当SBA-15含量为2%时复合材料的热性能提高明显,失重25%时,热分解温度较纯UP树脂复合材料提高了38℃。复合材料的硬度随着SBA-15的含量增加而增大,在3%时复合材料的硬度达到最大值45.672kgf/mm2。DMA测试表明,当SBA-15含量为2%时,复合材料的玻璃化转变温度较纯UP树脂复合材料提高了16℃