不饱和聚酯/纳米氧化铈复合材料制备与性能研究

摘要

不饱和聚酯树脂(UPR)是应用最广泛的一种热固性树脂,具有易成型、价格便宜、固化后制品质轻和高硬度等优点,广泛地用于航天、建筑、汽车、家电等领域。但是UPR最大弱点是固化后力学性能低且耐老化性能较差,紫外光、氧气等因素会导致产品性能劣化,从而限制其应用。随着纳米科技和纳米材料应用技术的发展,用无机纳米粒子增韧增强不饱和聚酯树脂和改善不饱和聚酯树脂耐老化性已成为当今材料相关领域研究的热点。
　　 本论文是以通用型不饱和聚酯树脂为基体材料,选用纳米CeO2为填料改善和提高不饱和聚酯树脂的力学性能和老化性能。采用了最具有工业化应用前景的共混法制备纳米CeO2/UPR复合材料。利用SEM、EDS等技术对纳米CeO2在不饱和聚酯树脂中的分散性进行表征.并系统研究了纳米CeO2/UPR复合材料的力学性能和耐老化性,以期望制各出综合性能优良的纳米CeO2/UPR复合材料,主要研究工作及结果如下:
　　 (1)测试纳米CeO2/UPR混合液的粘度,表明纳米CeO2的加入对不饱和聚酯树脂的交联起到了一定的抑制作用;通过对纳米CeO2/UPR复合材料进行力学性能测试及SEM、EDS表征,确定研磨一次为最佳研磨工艺,此时纳米CeO2在不饱和聚酯树脂基体中有很到的分散性,纳米CeO2/UPR复合材料力学性能达到最大,与未研磨相比,拉伸强度增加31.8％,弯曲强度增加30.6%,冲击强度增加22.2%;通过力学性能测试及红外光谱测试考察了后固化处理工艺对纳米CeO2/UPR复合材料性能的影响,表明当后固化温度为60℃时,纳米CeO2/UPR复合材料固化效果最好,其力学性能达到最大,与室温后固化处理相比,拉伸强度增加23.1%,弯曲强度增加25.7%,冲击强度增加34.2%。
　　 (2)通过力学性能测试及SEM表征考察了纳米CeO2的用量对纳米CeO2/UPR复合材料的力学性能的影响,表明纳米CeO2的加入明显提高了不饱和聚酯树脂的强度和韧度;当纳米CeO2用量为不饱和聚酯树脂质量的2.0%时,纳米CeO2用量在不饱和聚酯树脂中有很到的分散性,纳米CeO2/UPR复合材料力学性能达到最佳,与纯不饱和聚酯树脂相比,拉伸强度增加了13.9%,弯曲强度增加了27.7%,冲击强度增加了25.3%;通过对老化后纳米CeO2/UPR复合材料进行力学性能测试及红外光谱表征,表明纳米CeO2能有效地改善并提高不饱和聚酯树脂的耐老化性能,且相同的老化时间下,当纳米CeO2用量为2.0%时,纳米CeO2/UPR复合材料的力学性能及耐老化性能最佳。
　　 (3)通过对加入改性后纳米CeO2的纳米CeO2/UPR复合材料力学性能测试及SEM、EDS表征,表明表面活性剂KH-570改性后的纳米CeO2在不饱和聚酯树脂中有更显著改善的分散效果;通过力学性能测试,考察了KH-570用量及改性后纳米CeO2用量对纳米CeO2/UPR复合材料力学性能的影响,表明改性剂KH-570最佳用量为纳米CeO2质量的2.0%,而改性后纳米CeO2最佳用量为不饱和聚酯树脂质量的3.0%,此时得到的纳米CeO2/UPR复合材料性能最佳,较不饱和聚酯树脂而言,拉伸强度提高了25.4%,冲击强度提高了55.4%。