溶液插层制备环氧树脂改性有机硅树脂/蒙脱土纳米复合材料及其性能

摘要

有机硅树脂具有优异的热稳定性、电绝缘性能、憎水性、耐臭氧和耐候性能，对绝大多数含水的化学试剂，如稀矿物酸的耐腐蚀性能良好，但是在固化性，黏结性，配伍性，生产成本、力学性能等方面存在着不足，限制了其应用范围，本文采用溶液插层聚合法，利用有机蒙脱土对有机硅树脂进行改性，改性有机硅树脂的机械性能、阻燃性能和耐水性能。 首先通过离子交换，将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)插层进入钠基蒙脱土(Na—MMT)片层中，制备了有机蒙脱土(OMMT)。并利用X射线衍射(XRD)对钠基蒙脱土和有机蒙脱土进行了测定，结果表明，CTAB插层进入了蒙脱土的片层之间，显著增加了蒙脱土的层间距。 单一的有机硅树脂力学性能较差，因此利用E-50环氧树脂对有机硅树脂进行改性，制备了不同含量的环氧树脂改性有机硅树脂复合材料，并测定了试样的硬度、冲击强度、拉伸强度、压缩强度。研究发现：环氧树脂能在很大程度上提高机硅树脂的机械性能，当环氧树脂质量分数在30％时，其力学性能最佳，拉伸强度为1.988MPa，冲击强度1.7739kJ/m2，硬度131.4，压缩强度为12MPa。 利用溶液插层聚合法制备了不同含量的环氧树脂改性有机硅树脂插层有机蒙脱土纳米复合材料的乳液，并对其固化条件进行了研究。研究发现：当使用单纯的三乙醇胺、聚酰胺固化时，其固化周期比较长，室温固化时间达3周之久，而使用706固化剂(钛酸三异丙醇叔胺酯)和三乙醇胺联合固化，固化时间可以缩短为4小时，由于有机硅树脂为缩聚型的易发泡(温度为75℃时)，因此固化时在真空条件下进行。 对固化后的试样进行了硬度、冲击强度、拉伸强度、压缩强度，耐热性能测试，并利用XRD对不同质量分数的有机蒙脱土纳米复合材料的层间距进行测试，测试发现：环氧树脂改性的有机硅树脂分子链已经进入有机蒙脱土片层间。 对冲击后的断面利用扫描电镜进行了微观分析，表明PLs纳米复合材料的断裂是韧性断裂。通过实验确定了有机蒙脱土、环氧树脂、有机硅树脂等组分的质量分数对复合材料性能的影响，材料力学性能最佳质量分数的配比为：有机蒙脱土：环氧树脂：有机硅树脂=6：30：70。 对制备的复合材料进行了耐水性能测试以及阻燃性能的测试，研究发现随添加的蒙脱土质量的增加，耐水性能和阻燃性能增加，但是环氧树脂的加入虽然改善了材料的机械性能但是会导致阻燃性能和热性能的降低。 利用透射电镜对材料的内部微观结构进行了分析，研究发现：环氧树脂改性的有机硅树脂已经进入蒙脱土片层问，形成了明暗条纹相间的结构；整个区域中并非是完全有序的插层结构，而是基本有序、局部剥离的结构形式。有机蒙脱土片层大都以弯曲形式存在，表明蒙脱土片层在外界作用力的作用下具备一定的柔性，能够承受一定的变形。

目录

文摘

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第1章 绪论

1.1聚合物改性有机硅树脂

1.1.1 醇酸(聚醚)改性硅树脂

1.1.2聚酯改性硅树脂

1.1.3丙烯酸改性硅树脂

1.1.4酚醛改性硅树脂

1.1.5聚氨酯改性有机硅树脂

1.1.6环氧树脂改性有机硅树脂

1.2聚合物/蒙脱土纳米复合材料

1.2.1 蒙脱土的晶体结构

1.2.2蒙脱土的改性

1.2.3蒙脱土有机改性方法

1.2.4蒙脱土插层方法

1.2.5 蒙脱土的插层机理

1.3硅树脂应用领域

1.4纳米粒子改性有机硅树脂

1.5论文研究目的和意义

第2章试验部分

2.1主要原料

2.2仪器与设备

2.2.1 实验仪器与设备

2.2.2分析仪器

2.3环氧改性有机硅树脂复合材料的制备

2.4环氧树脂改性有机硅树脂插层蒙脱土纳米复合材料的制备

2.4.1有机蒙脱土的制备

2.4.2环氧树脂改性有机硅树脂插层有机蒙脱土纳米复合材料的制备

2.4.3复合材料的制备工艺流程

2.4.4溶液插层示意图与PLS纳米复合材料结构示意图

2.5性能测试

2.5.1硬度测试

2.5.2压缩测试

2.5.3拉伸测试

2.5.4冲击测试

2.5.5耐水性能测试

2.5.6阻燃性能测试

2.5.7综合热性能测试

2.5.8 X光射线衍射

2.5.9电镜扫描

2.5.10透射电镜

第3章环氧树脂改性有机硅树脂复合材料的机械性能

3.1不同含量环氧树脂改性有机硅树脂复合材料的硬度

3.2拉伸性能

3.3压缩性能

3.4冲击强度

3.5本章小结

第4章环氧树脂改性有机硅树脂插层有机蒙脱土纳米复合材料的性能

4.1固化剂的选择

4.2力学性能测试

4.2.1拉伸性能测试

4.2.2试样冲击性能

4.2.3硬度

4.2.4压缩性能测试

4.3扫描电镜测试

4.3.1有机蒙脱土表面形貌

4.4成份分析

4.4耐热性

4.5 X射线衍射分析

4.6耐水性能

4.7透射电镜分析

4.8复合材料的阻燃性能

4.9本章小结

第五章 结论

致 谢

参考文献

硕士期间发表文章