用納米SiO2改進環氧樹脂膠粘劑性能研究

    摘要:對用無機納米微粒改性環氧樹脂膠粘劑的理論依據、無機納米微粒的分散原理進行了分析和敘述。依據此理論,用混合法將納米ＳｉＯ2對環氧樹脂膠粘劑進行了改性試驗,取得了提高環氧樹脂膠粘劑多項性能的良好結果。說明用無機納米微粒改性環氧樹脂膠粘劑是一個行之有效的方法。
    關鍵詞:納米微粒;環氧樹脂膠粘劑;分散劑

    20世紀80年代Ｋurauchi等首先提出采用無機剛性粒子增韌聚合物,經過幾十年發展,該方法成為材料改性最有效的途徑之一。用無機剛性粒子對有機聚合物進行改性,可以提高聚合物的剛性、硬度和耐磨性,卻又降低了聚合物的強度和韌性。科技界研究了納米尺度的材料后,指出了納米材料特性的4大效應:量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和量子隧道效應。

    1、改性的理論依據
    一般無機物填充聚合物提高材料剛性的同時會降低其韌性,但納米材料卻能夠兼顧二者,原因何在?有人歸因于銀紋理論,即納米粒子均勻地分散在基體中,當基體受到沖擊時,粒子與基體之間產生微裂紋———銀紋,同時粒子之間的基體也產生塑性變形,吸收沖擊能,從而達到增韌的效果。隨著納米粒子尺寸變小,粒子的比表面積增大,粒子與基體的界面變大,會產生更多的微裂紋和更大的塑性變形,從而吸收更多的沖擊能,增韌效果提高。
    王洪祚認為按傳統觀點,在納米ＳｉＯ2等納米粒子均勻分散于環氧樹脂中后,當基體樹脂受到外力沖擊時,2者間會產生銀紋。納米粒子之間的基體樹脂也產生塑性變形,吸收一定的沖擊能,隨著粒子的微細化,其比表面積將進一步擴大,使納米粒子與基體樹脂之間接觸面積增大。當材料受到外力沖擊時會產生更多的銀紋及塑性變形,并吸收更多的沖擊能而達到材料增韌的效果。剛性納米粒子的存在易于產生應力集中效應而引發其周圍基體樹脂產生銀紋,吸收一定形變功,同時剛性納米粒子的存在,使基體樹脂銀紋擴展受阻和鈍化,最終停止,不致發展為破壞性開裂,從而產生增韌效果。

    2、不加納米微粒的膠粘劑配方及性能
    膠粘劑配方為:Ｅ51環氧樹脂100份,651聚酰胺35份;試片粘接工藝為:試片為45#鋼,處理方法為機械除銹→丙酮清洗→化學處理→水沖、吹干→偶聯劑處理→粘接。
    粘接試件的固化工藝為:100℃保溫3ｈ,隨爐冷卻。
    所測的膠粘劑的初始拉伸強度為70.4ＭＰａ,濕熱老化后的拉伸強度為53.7ＭＰａ,強度保持率為67.4%;初始沖擊強度為3.99ｋＪ·ｍ-2,濕熱老化后的沖擊強度為3.66ｋＪ·ｍ-2,強度保持率為91.7%。

    3、膠粘劑中的納米微粒分散方法的確定
    聚合物納米復合材料中納米組分雖用量少(5%～10%),但由于納米微粒粒徑小,比表面積大,表面能高,極易形成粒徑較大的聚集體。使納米組分難以發揮其獨特作用,一旦納米粒子在復合材料中發生相分離,其性能將降低到與傳統復合材料相當的程度。因此納米組分在聚合物(或其前軀體)中的分散是納米復合材料制備過程的關鍵。在考慮分散方案時,首先考慮納米微粒的濕潤性。

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