环氧树脂/粘土纳米复合材料的制备与性能研究

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本文先利用长链烷基季铵盐与蒙脱土通过离子交换反应制得了有机蒙脱土(OMMT),利用元素分析法研究了反应条件对有机蒙脱土离子交换率的影响,并利用X衍射(XRD)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)对有机蒙脱土进行了表征。借助溶剂和超声分散作用,通过插层聚合制备了环氧树脂/粘土纳米复合材料。利用拉伸实验、冲击实验、差示扫描量热法(DSC)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法研究了有机化改性剂、环氧预聚物分子量、固化剂等因素对复合材料的力学性能和热性能的影响,通过对复合材料微结构的研究,初步探讨了有机蒙脱土增韧增强环氧树脂的机理。此外,还利用热分析法研究了有机蒙脱土对酸酐固化环氧树脂体系的促进作用,利用旋转式粘度计研究了有机蒙脱土的加入对环氧树脂流变性能的影响。 结果表明:有机长链烷基季铵盐阳离子通过离子交换反应插层进入蒙脱土片层间,改善了蒙脱土片层的表面性能,增大了与聚合物的相容性。力学性能分析结果表明:有机化试剂与蒙脱土片层间的作用越强,复合体系的力学性能越好;基体树脂的柔性越好,其增强效果越好,而基体树脂的刚性越好,则其增韧效果越大。在本文研究范围内,当有机蒙脱土的添加量在1-5%之间时,复合材料的拉伸强度最大可提高34.8%,而冲击强度最大可提高161%。热性能分析结果表明,有机蒙脱土的加入,对复合体系的玻璃化转变温度Tg的影响比较复杂,随有机化试剂和固化体系的不同,复合材料的玻璃化转变温度可能提高,也可能不变,甚至可能降低。在所研究的几个体系中,Tg提高幅度最大可达22℃。有机蒙脱土的加入可以促进酸酐/环氧树脂体系的固化反应,降低了反应活化能;对环氧预聚物/有机蒙脱土混合体系流变性能的研究表明,随有机蒙脱土含量的增大,混合体系的表观粘度η_a增大,而粘流活化能ΔE却有所降低。
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