纳米累托石改性热固性树脂基复合材料的研究

摘要

选用长链的十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)对天然纳米累托石进行有机化改性,分别以E-51环氧树脂和TDE-85环氧树脂作为基体,以1227为插层剂、以经过有机改性的钠基纳米累托石为改性剂,采用浇注成型工艺制备出了粘土改性热固性树脂基复合材料.分别考察了有机粘土对树脂体系粘度和凝胶特性的影响,利用红外光谱分析技术(FTIR)研究了有机粘土的加入对体系固化工艺的影响;分别考察了有机粘土含量对二体系的力学性能、耐湿热性能、耐老化性能以及耐介质性能等的影响;采用X-衍射(XRD)实验表征复合材料中有机粘土层间距的变化;用视差扫描量热法(DSC)考察了体系的放热情况,以探讨反应的有关热力学状况;通过扫描电子显微分析技术(SEM)对浇注体的弯曲、冲击断口进行观察分析,以考察、表征有机粘土的分散情况,并在此基础上探讨了有机粘土改性环氧树脂的机理.最后,用已确定的、制备出浇注体性能最佳的有机粘土用量及工艺组合,制备出粘土改性的热固性树脂基玻璃纤维增强复合材料,并对其性能作以考察.结果表明:有机粘土的加入可缩短树脂的凝胶时间,但幅度不大;有机粘土对树脂体系相同温度时的粘度影响不大;对E-51体系而言,累托石含量3wt％时综合性能提高幅度最大,冲击强度提高了6.25％,弯曲强度提高了7.59％,热变形温度(HDT)提高了30℃;对TDE-85体系而言,累托石含量2wt％时综合性能提高最大,其中冲击强度提高了16.3％,弯曲强度提高了18.0％,热变形温度提高了31℃.但随着粘土加入量的增加,在1％~7％范围内,两浇注体树脂体系分别经24h、48h、72h、96h和118h水煮的吸水率均呈直线提高、性能保持率均呈直线下降趋势;紫外老化试验发现,随着粘土含量的增加,材料的抗紫外性能明显增加,表明粘土有很好的抗紫外能力;有机累托石也可以改善环氧树脂/玻璃纤维复合材料的力学性能.

目录

摘要

ABSTRACTS

第一章前言

第二章文献综述

§2.1概述

§2.2环氧树脂

§2.3环氧树脂基体及其固化剂

§2.4环氧树脂的改性研究

2.4.1橡胶类弹性体改性

2.4.2热塑性树脂改性

2.4.3互穿网络(IPN)改性环氧树脂

2.4.4热致液晶聚合物改性环氧树脂

2.4.5核-壳结构改性环氧树脂

2.4.6用膨胀性单体改性环氧树脂

2.4.7无机刚性粒子改性环氧树脂

§2.5粘土

2.5.1粘土的种类、结构及其性质

2.5.2粘土的有机化改性及其应用

§2.6聚合物/粘土复合材料

2.6.1聚合物/粘土复合材料的分类

2.6.2聚合物/无机粒子纳米复合材料的制备

2.6.3环氧树脂/粘土纳米复合材料的制备

§2.7环氧树脂/粘土纳米复合材料性能的影响因素

2.7.1插层剂离子交换量对粘土剥离的影响

2.7.2有机阳离子对粘土剥离的影响

2.7.3固化剂类型及固化工艺对粘土剥离的影响

§2.8热固性树脂/玻璃纤维复合材料

§2.9环氧树脂改性存在的问题

第三章实验部分

§3.1实验所用原材料和仪器

3.1.1实验所用原材料

3.1.2实验所用主要仪器

§3.2累托石的有机化处理

§3.3树脂基体粘度的测定

§3.4.树脂基体凝胶时间的测定

§3.5树脂固化过程红外分析

§3.6浇注体的制备与性能测试

3.6.1浇注体的制备

3.6.2浇注体的性能测试

§3.7扫描电镜(SEM)分析

§3.8 X-衍射分析

§3.9复合材料的制备与性能测试

3.9.1复合材料的制备工艺

3.9.2复合材料的力学性能测试

第四章结果与讨论

§4.1树脂基体的选择

§4.2固化剂的选择

§4.3改性剂的选择

§4.4插层剂的选择

§4.5浇注体固化工艺的确定

4.5.1累托石对树脂体系粘度的影响

4.5.2累托石对树脂体系凝胶特性的影响

4.5.3红外分析

§4.6有机累托石/环氧树脂复合材料的制备

§4.7有机累托石对浇注体性能的影响

4.7.1有机累托石对浇注体力学性能的影响

4.7.2有机累托石对浇注体热性能的影响

4.7.3有机累托石对浇注体耐湿热性能的影响

4.7.4有机累托石对浇注体耐介质性能的影响

4.7.5有机累托石对浇注体耐紫外性能的影响

§4.8有机累托石/环氧树脂/玻璃纤维复合材料

4.8.1有机累托石/环氧树脂/玻璃纤维复合材料的制备工艺

4.8.2有机累托石对环氧树脂/玻璃纤维复合材料弯曲强度的影响

§4.9累托石的有机化改性机理

§4.10固化反应机理

§4.11X-衍射分析

§4.12扫描电镜(SEM)分析

第五章结论与展望

参考文献

致谢

硕士学位期间论文发表及奖励

西北工业大学学位论文知识产权声明书及原创性声明