无机颗粒级配填充环氧树脂及其性能的研究

摘要

环氧树脂是一种重要的热固性树脂,同时也是聚合物复合材料中应用最为广泛的基体树脂,它以其优异的性能如:粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能以及它的收缩率低、易加工成型等优点,使其广泛应用在涂料、胶粘剂、层压材料、浇铸料、模压料、电子电气绝缘材料及先进复合材料等领域,其三维网状交联结构使它在具有前文提到的那些优点的同时,也导致其固有的缺点:固化后质脆、耐冲击性较差、容易开裂和韧性不足,从而限制了环氧树脂进一步的应用。
　　 填充改性是环氧树脂改性的一种重要方法,可以有效降低环氧树脂的应用成本和提高其使用价值,国内外许多研究学者对此进行了报道。而级配填充改性技术是近新发展起来的一种重要的高分子材料填充改性方法,它主要是利用填充颗粒的直径不同,通过有效的粒径配比,使直径小的粒子填充到直径大的粒子的空隙中,将直径更小的粒子填充到直径小的粒子的空隙中,如此一级级的填充下去,以达到提高填料堆积密度减小孔隙率的目的。此种方法,为环氧树脂填充改性开辟了一片新的天地。
　　 本文选用E-51环氧树脂作为基体,采用酸酐(MeTHPA)作为固化剂,DMP-30作为固化促进剂对其进行固化。分别采用微米碳酸钙和自制的纳米碳酸钙以及两者复配对环氧树脂填充改性。利用ATR—FTIR技术确定了在固化反应中环氧树脂与酸酝固化剂充分反应；通过力学性能测试,扫描电镜(SEM)观察,确定了固化促进剂在体系中的最佳含量、纳米碳酸钙和微米碳酸钙分别单独填充环氧树脂的最佳含量,在两者基础之上,确定了微米碳酸钙/纳米碳酸钙级配填充环氧树脂的最佳含量；利用热重分析技术(TGA)对环氧树脂固化物的降解热进行了研究。
　　 实验结果表明,首先确定了固化促进剂DMP-30的最佳用量,当其含量为1.0phr时,环氧树脂的力学性能最好,冲击强度为3.056kJ/m2,拉伸强度为65.107Mpa；其次分别单独填充微米碳酸钙和自制的纳米碳酸钙以及两者级配填充环氧树脂,当微米碳酸钙的含量为1wt％时,环氧树脂的冲击强度达到最大为1.838kJ/m2；拉伸强度为65.107Mpa；当自制的纳米碳酸钙为3wt％时,力学性能最好,冲击强度为1.17kJ/m2,拉伸强度为45.123Mpa;而当3wt％自制纳米碳酸钙与不同含量微米碳酸钙进行复配,当微米碳酸钙为5wt％时,体系最佳力学能则降到了冲击强度的0.421kJ/m2和拉伸强度的37.017 Mpa,可见三种填充方法都没有使环氧树脂的力学性能得到提高反而出现下降。
　　 从热重分析(TGA)的结果我们可以看出,经过微米碳酸钙/纳米碳酸钙级配填充改性的环氧树脂的热降解表观活化能达到最高,为236.655kJ/mol,由此可以看出,利用级配填充方法可以使环氧树脂的耐热性得到增强。