環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米
復(fù)合材料制備業(yè)內(nèi)已有研究，最近大慶石油學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院、中國石油大慶煉化公司利用插層法制備了環(huán)氧
樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料。通過這種新方法制得的該
新材料，經(jīng)X射線衍射分析表明，
改性使蒙脫土層間距變大，制備出的環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料
剝離結(jié)構(gòu)較好。專家介紹說，特別是性能測試表明：復(fù)合材料的
力學(xué)性能和熱性能均比純環(huán)氧樹脂有所提高，其中
拉伸強(qiáng)度提高了70.8%，無缺口
沖擊強(qiáng)度提高了64.5%，熱
變形溫度提高了17.7℃。利用有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合技術(shù)制備
聚合物基納米復(fù)合材料，可以將無機(jī)物的
剛性、尺寸
穩(wěn)定性和
熱穩(wěn)定性與聚合物的
韌性、良好的加工及介電性能結(jié)合起來，賦予
基體材料許多新異的性能，是探索和制備高性能和多功能復(fù)合材料的重要途徑之一。
聚合物基納米復(fù)合材料由于具有優(yōu)良的物理、力學(xué)和化學(xué)性能，在基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用中都引起人們普遍的興趣。其突出的性能與納米分散相具有極大的
比表面積以及與基體間有很好的界面結(jié)合有關(guān)，特別是聚合物/層狀
硅酸鹽納米復(fù)合材料，當(dāng)層狀硅酸鹽在基體中含量很少時(shí)就可以較大幅度地改善材料的力學(xué)性能、阻隔性能、
阻燃性和耐
溶劑性能，因而近年來成為研究熱點(diǎn)。環(huán)氧樹脂(EP)作為
熱固性樹脂的典型代表，具有靈活的
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性，通過其本身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、
固化劑的選用，其
固化工藝和固化性能可以在很大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)良的綜合性能使其具有頗為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。然而環(huán)氧樹脂也存在固化物
脆性較大等不足，對此人們研究了各種方法改性環(huán)氧樹脂。據(jù)專家介紹：傳統(tǒng)的改性方法以復(fù)合
彈性體為主，但是
彈性體在增韌的同時(shí)卻犧牲了環(huán)氧樹脂的
強(qiáng)度、剛性和
耐熱性等其他物性。
納米技術(shù)及
納米材料的發(fā)展為環(huán)氧樹脂的改性提供了新的思路。特別是將具有天然納米層狀結(jié)構(gòu)的蒙脫土(MMT)引入到環(huán)氧樹脂，所得到環(huán)氧樹脂基納米復(fù)合材料與基體樹脂相比具有更加優(yōu)異的性能。目前制備EP/MMT納米復(fù)合材料的方法主要有溶劑法和熔融插層法，而熔融法因無需處理溶劑，更容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。科研人員以N，N-二乙氨基丙胺作為固化劑，利用蒙脫土微粒尺寸、層間作用力弱和無限
溶脹(1nm)的插入特性，采用熔融插層的方法，制備了環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料，測試了復(fù)合材料的性能，得到了一些初步的結(jié)果。專家表示，實(shí)驗(yàn)所用原料與試劑包括：環(huán)氧樹脂E-51，工業(yè)級；鈉基蒙脫土；N，N-二乙氨基丙胺(EDAPA)；十六烷基三
甲基溴化銨(HTAB)，分析純；硝酸銀，分析純。
實(shí)驗(yàn)中首先進(jìn)行MMT的有機(jī)化處理。過程：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的蒙脫土水溶液倒入燒杯，室溫下強(qiáng)烈攪拌1h靜置2h去除沉淀后備用，將溶液升溫至75℃，滴加一定量的十六烷基三甲基溴化銨水溶液強(qiáng)烈攪拌，反應(yīng)4h后降溫、靜置、抽濾，反復(fù)用水洗滌至沉淀物不含鹵離子為止(用0.1mol/L的AgNO3溶液檢測無白色沉淀)，將其置于烘箱中一定溫度下
干燥至恒重，磨細(xì)、過篩得到有機(jī)化蒙脫土。EP/MMT納米復(fù)合材料的制備，則是按不同比例將有機(jī)蒙脫土與環(huán)氧樹脂進(jìn)行混合，
真空脫氣后加入固化劑EDAPA，攪拌使其混合均勻，
澆注于
模具中放人烘箱中固化，制得環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料。
經(jīng)X-ray衍射分析，以EDAPA為固化劑制備的EP/MMT固化物樣品的XRD圖(蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%)巾有機(jī)蒙脫土的衍射峰完全消失，表明環(huán)氧捌脂在層間內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)放熱反應(yīng)克服蒙脫土層間的范德華力，使層間大大膨脹從而完全剝離。所制備的EP/MMT復(fù)合材料為剝離型納米復(fù)合材料。環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的力學(xué)性能測試也表明：當(dāng)蒙脫土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，復(fù)合材料的
拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別達(dá)到最大值56.16MPa和42.10kJ/m2，分別比純EP提高了70.8%和64.5%，達(dá)到了理想的強(qiáng)韌化效果。這是由于有機(jī)蒙脫土在環(huán)氧樹脂中剝離成片層結(jié)構(gòu)，達(dá)到納米級分散。當(dāng)復(fù)合材料受力時(shí)納米結(jié)構(gòu)單元作為
應(yīng)力集中物，蒙脫土片層既引發(fā)小
裂紋又終止大裂紋，提高材料的韌性；從界面結(jié)合的角度考慮，蒙脫土片層和基體樹脂之間通過牢固的界面結(jié)合作用產(chǎn)生良好的應(yīng)力傳遞，有效促進(jìn)基體樹脂發(fā)生屈服和
塑性形變使體系吸收更多的能量，復(fù)合材料的強(qiáng)度得以提高。當(dāng)蒙脫土含量較大時(shí)，具有較大的表面能的剝離的蒙脫土片層容易再次發(fā)生團(tuán)聚，復(fù)合材料的力學(xué)性能有所下降。
這一新型環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的熱學(xué)性能有了很大的提高。據(jù)專家介紹，環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的熱變性溫度與蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系圖表明：熱變性溫度比原樹脂體系高，當(dāng)蒙脫土為3%時(shí)出現(xiàn)最大值128.6℃，與純環(huán)氧同化物相比提高了17.7℃，可見蒙脫土片層在樹脂中納米級的分散對樹脂
耐熱性能有大的提高；固化線性
收縮率則下降，EPMMT復(fù)合材料的固化線性
收縮率與蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線，可以看出與EP基體相比，復(fù)合材料的固化線性收縮率均有所下降，當(dāng)蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，其值達(dá)到最低的0.61%，比基體樹脂下降了30.7%，說明該納米復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性好于純環(huán)氧樹脂。這是因?yàn)橛袡C(jī)化蒙脫土在納米復(fù)合材料中達(dá)到納米級分散，蒙脫土片層與環(huán)氧樹脂基體結(jié)合緊密，對處于周圍的環(huán)氧樹脂起到牽制作用，阻礙了環(huán)氧樹脂的收縮，使固化線性收縮率下降。
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