基本信息
- 項目名稱：
- 二氧化硅改性環(huán)氧樹脂膠黏劑性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 采用聚氨酯增韌，納米SiO2改性制備環(huán)氧樹脂膠黏劑。用SEM觀察微觀結構，表明無機相在基體中相容性較好，形成“海島結構”。采用電子拉力機、TGA及介電譜儀等方法測試材料的力學性能、熱穩(wěn)定性和介電損耗、介電常數(shù)等。表明：含量為2wt%時，剪切強度和彈性模量分別提高173%和95%，熱分解溫度提高8.1℃；介電常數(shù)隨頻率增加而下降，隨SiO2組分增加而增大；介電損耗則隨頻率和SiO2組分增加而增加。
- 詳細介紹：
- 環(huán)氧樹脂屬熱固性高分子材料，具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、耐熱性、電氣絕緣性和粘結性能，具有機械強度高、耐腐蝕、絕緣性能好、收縮性小、良好的加工工藝性能、吸水率低等特性。但由于純環(huán)氧樹脂固化后具有交聯(lián)密度高，呈三維交聯(lián)網(wǎng)絡結構，因而存在質(zhì)脆、耐疲勞性、抭沖擊韌性差等缺點，在受到外界的沖擊應力作用時，易發(fā)生應力開裂現(xiàn)象。另外，環(huán)氧樹脂在固化過程中，由于體積收縮等原因，產(chǎn)生內(nèi)應力，使得材料翹曲、開裂及強度下降等，難以滿足日益發(fā)展的工程技術的要求，使其應用受到一定的限制。因此對環(huán)氧樹脂的改性工作一直是中外研究的熱門課題。 本研究是采用聚氨酯增韌環(huán)氧樹脂，并利用有機化的納米SiO2為改性劑制備納米改性環(huán)氧樹脂膠黏劑。通過掃描電子顯微鏡觀察復合材料的微觀結構，表明無機相在聚合物基體中的相容性較好，而且形成了“海島結構”。采用電子拉力機、TGA以及介電譜儀等方法測試了復合材料的力學性能、熱穩(wěn)定性能和介電損耗、介電常數(shù)等性能。結果表明，納米SiO2在一定的摻雜量下有利于力學性能的提高，當含量為2wt%時，材料的剪切強度和彈性模量比摻雜前分別提高173%和95%；熱分解溫度也有一定程度的提高，當摻雜2wt%時，熱分解溫度比摻雜前提高8.1℃；介電常數(shù)（ε）的變化表現(xiàn)為：隨頻率增加而下降，隨無機組分增加而增大；介電損耗（tanδ）則隨頻率和無機摻雜量增加而增加，在頻率為1000Hz時tanδ有最小值。這對環(huán)氧樹脂應用領域的進一步擴大是一個很大的貢獻。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本文主要以環(huán)氧樹脂為基體，聚氨酯為增韌劑，以無機納米SiO2粒子為填料，制備聚合物基納米復合材料，并主要對該復合材料的電學性能進行研究，旨在為高性能絕緣復合材料的研制與應用提供理論依據(jù)，并拓寬其在電機、電器的絕緣零部件、電子計算機和其他電子控制裝置領域中的應用。
科學性、先進性及獨特之處
- 以環(huán)氧樹脂為基體，采用熱塑性樹脂-聚氨酯為增韌劑，同時利用納米材料的優(yōu)異性能，既提高了材料的機械性能，也提高了其耐熱性能和介電性能，并利用界面微結構理論分析了復合材料結構與各項性能間的關系，為制備性能更優(yōu)異的復合材料奠定了基礎。
應用價值和現(xiàn)實意義
- Nano-SiO2/PU/EP膠粘劑可以滿足國防建設、交通運輸、建筑、石油化工、環(huán)保、電子、航空航天等領域結構材料的需求，對絕緣材料的發(fā)展和應用具有重要的推動作用。在此基礎上可更進一步的研制性能更優(yōu)異的復合材料。
學術論文摘要
- 采用聚氨酯增韌環(huán)氧樹脂，并利用有機化的納米SiO2為改性劑制備納米改性環(huán)氧樹脂膠黏劑。通過掃描電子顯微鏡觀察復合材料的微觀結構，表明無機相在聚合物基體中的相容性較好，而且形成了“海島結構”。采用電子拉力機、TGA以及介電譜儀等方法測試了復合材料的力學性能、熱穩(wěn)定性能和介電損耗、介電常數(shù)等性能。結果表明，納米SiO2在一定的摻雜量下有利于力學性能的提高，當含量為2wt%時，材料的剪切強度和彈性模量比摻雜前分別提高173%和95%；熱分解溫度也有一定程度的提高，當摻雜2wt%時，熱分解溫度比摻雜前提高8.1℃；介電常數(shù)（ε）的變化表現(xiàn)為：隨頻率增加而下降，隨無機組分增加而增大；介電損耗（tanδ）則隨頻率和無機摻雜量增加而增加，在頻率為1000Hz時tanδ有最小值。
獲獎情況
- 1.Study on Properties of Epoxy Resins Modified by Nano-Silica被2010年第九屆中國國際納米科技（西安）研討會論文摘要集收錄現(xiàn)在已發(fā)表； 2.二氧化硅改性環(huán)氧樹脂膠黏劑性能研究在2010年已被哈爾濱理工大學校報收錄
鑒定結果
- 該申報者所合成材料的方法是可行的，性能分析是正確的，該材料具有一定的研究價值，申報材料中所闡述的內(nèi)容是真實的。
參考文獻
- 1.于良民, 劉璐. 聚氨酯改性環(huán)氧膠粘劑的合成及性能研究[J]. 粘接, 2006, 27(3): 6~8. 2.謝海安, 王偉. 聚氨酯改性環(huán)氧樹脂的研究[J]. 應用化工, 2007, 36(8): 779~781. 3.LI Y, MAO S F. Study on the Properties and Application of Epoxy Resin/Polyurethane semi- interpenetrating Polymer Networks[J]. Journal of Applied Polymer Science, 1996, 61(12): 2059-2063. 4.DENG S Q, LIN Y, KLAUS F. Fracture Behaviours of Epoxy Nanocomposites with Nano-Silica at Low and Elevated Temperature [J]. J Mater Sci. 2007, 42: 2766-2774. 5.謝宇，曹黎華．納米粒子改性環(huán)氧樹脂的研究進展[J]．應用化工，2008，37(3)． 6.ZHANG H L, ZHAO C X, WANG X Y. Preparation and Characterization of Epoxy-Silica Hybrid Materials by the Sol-Gel Process[J]. Journal of Materials Science. 2005, 40: 1079-1085. 7.王仁俊，蔡仕珍．用納米SiO2改進環(huán)氧樹脂膠黏劑性能的研究[J]．粘接，2005，26(4)． 8.惠雪梅，張煒，王曉潔．環(huán)氧樹脂/SiO2納米復合材料性能的研究[J]．工程塑料應用，2004，32(2)． 9.Birgit Bittmann, Frank Haupert, Alois K.Schlarb. Ultrasonic Dispersion of Inorganic Nanoparticles in Epoxy Resin. Ultrasonics Sonochemistry. 2009, 16: 622-628.
同類課題研究水平概述
- （1）國外研究 HSIEHK.H和HANJ.L制備了反應性聚氨酯，當聚氨酯和環(huán)氧樹脂形成IPN結構時，二者之間還發(fā)生了接枝反應。力學測試結果表明：在一定范圍內(nèi)，隨著聚氨酯含量的增加，材料的拉伸強度也增大，當聚氨酯含量超過一定值時，材料的拉伸強度反而降低。當PU/EP在19/81-27/73之間時，PU/EPIPN材料綜合力學性能出現(xiàn)最佳值。 Suraj C. Zunjarrao, Raman P. Singh對加入了納米和微米尺寸剛性粒子的環(huán)氧樹脂進行了實驗，實驗對顆粒大小和硅烷處理效果對斷裂韌性的影響進行了評估。結果得出，粒子分散性的提高和適當?shù)墓柰樘幚矶紝е马g性的提高。關于粒子的尺寸，帶有納米大小鋁顆粒的復合材料會導致更大的斷裂結構，然而帶有微米大小鋁顆粒的復合材料會導致更大的韌性。 （2）國內(nèi)研究 劉競超等人通過超聲波分散和偶聯(lián)劑處理的方法使納米二氧化硅粒子在環(huán)氧樹脂中充分分散，制得了環(huán)氧樹脂/納米二氧化硅復合材料。研究表明，納米二氧化硅粒子對環(huán)氧樹脂/N，N-二甲基芐胺、環(huán)氧樹脂/甲基四氫苯酐體系都有不同程度的增韌，而且納米二氧化硅粒子的添加量影響其增韌效果，當其用量分別為5%、3%時，效果最為明顯。其中對環(huán)氧樹脂/N,N-二甲基芐胺體系沖擊強度提高94%，斷裂伸長率提高46%，拉伸強度也有所提高。 李小兵等采用超聲波輔助強力機械攪拌，將經(jīng)偶聯(lián)劑（A858）改性的納米二氧化硅及溶劑加入環(huán)氧樹脂（E－44）中，二氧化硅用量從0增大到3wt%時，復合材料的沖擊強度、拉伸強度及斷裂伸長率分別從8.52KJ/m2、38.95MPa和21.7%增大到19.04KJ/m2、50.78MPa和25.6%，其起始分解溫度也提高了5.3℃。 趙世琦等分別用平均粒徑為11.34μm的滑石粉和平均粒徑為12.44μm二氧化硅兩種剛性粒子，經(jīng)偶聯(lián)劑改性后對環(huán)氧樹脂進行增韌，在100g環(huán)氧樹脂中加入100g滑石粉時改性體系的斷裂韌性達到1.975MPa?m1/2，比未改性環(huán)氧樹脂的斷裂韌性0.81MPa?m1/2高出許多；而在100g環(huán)氧樹脂中加入300g的經(jīng)偶聯(lián)劑處理的二氧化硅時，改性體系的斷裂韌性為1.851MPa?m1/2；兩種改性體系的沖擊強度、彈性模量及耐熱性均有所提高。斷面電鏡結果表明：上述兩種剛性粒子改性環(huán)氧樹脂的作用機理是以基體屈服變形和孔洞化為主。
