硅溶胶与SiOx/LDPE纳米复合材料的制备及性能研究

摘要

无机纳米聚合物复合材料具有良好的介电性能和机械性能等特点,在电气和交通等领域有着广泛的应用,是当今材料科学研究的热点。然而,如何制备纳米分散的聚合物复合材料成为人们研究的主要课题。本文探讨新的制备纳米氧化硅聚乙烯复合材料的方法,并研究其特性,为工业制备高性能无机纳米聚合物复合材料打下坚实的基础。
　　 以正硅酸乙酯(TEOS)为原料、氨水为催化剂,采用溶胶-凝胶法制备了硅溶胶。研究了水的用量、乙醇用量、催化剂用量、反应温度、加料方式和分散剂对硅溶胶的影响,确定了制备硅溶胶的合适工艺条件。
　　 采用直接法和母料法制备了复合材料。对制备方案进行了分析,通过拉伸实验和扫描电镜对复合材料的力学性能和形貌特征进行了分析,实验结果表明:母料法制备的复合材料的拉伸强度提高了23.3％,断裂伸长率仅下降了56.6％,SiOx颗粒分布均匀,粒径达到了54±10nm。
　　 同时采用单因素分析法研究了乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)含量、分散剂种类和SiOx含量对复合材料力学性能的影响,结果表明:随着EVA含量的增加,拉伸强度逐渐下降,而断裂伸长率呈先上升后下降的趋势；分散剂为KH-102时的复合材料的断裂伸长率最大,分散剂为KH-151时的复合材料拉伸强度最好；随着SiOx含量的增加,拉伸强度和断裂伸长率呈先上升后下降的趋势。
　　 通过正交实验,研究了EVA含量、分散剂种类和SiOx含量对复合材料体积电阻率、起树电压、击穿场强、拉伸强度、断裂伸长率和结晶度的影响。结果表明:采用硅溶胶改性后的复合材料各种性能都得到了不同程度的提高,对复合材料综合性能影响的主次顺序是EVA含量≈分散剂种类>SiOx含量；综合性能好的复合材料的合适配方为:EVA=3wt％,SiOx=1wt％,分散剂为PEG200。