摘要:對用無機(jī)納米微粒改性
環(huán)氧樹脂膠粘劑的理論依據(jù)、無機(jī)納米微粒的分散原理進(jìn)行了分析和敘述。依據(jù)此理論,用混合法將納米ＳｉＯ2對
環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行了改性試驗(yàn),取得了提高
環(huán)氧樹脂膠粘劑多項(xiàng)性能的良好結(jié)果。說明用無機(jī)納米微粒改性環(huán)氧樹脂膠粘劑是一個(gè)行之有效的方法。
關(guān)鍵詞:納米微粒;環(huán)氧樹脂膠粘劑;分散劑
20世紀(jì)80年代Ｋurauchi等首先提出采用無機(jī)剛性粒子增韌
聚合物,經(jīng)過幾十年發(fā)展,該方法成為材料改性最有效的途徑之一。用無機(jī)剛性粒子對有機(jī)聚合物進(jìn)行改性,可以提高聚合物的剛性、
硬度和耐磨性,卻又降低了聚合物的
強(qiáng)度和韌性。科技界研究了納米尺度的材料后,指出了納米材料特性的4大效應(yīng):量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)。
1、改性的理論依據(jù)
一般無機(jī)物填充聚合物提高材料剛性的同時(shí)會(huì)降低其韌性,但納米材料卻能夠兼顧二者,原因何在?有人歸因于銀紋理論,即納米粒子均勻地分散在基體中,當(dāng)基體受到?jīng)_擊時(shí),粒子與基體之間產(chǎn)生微裂紋———銀紋,同時(shí)粒子之間的基體也產(chǎn)生塑性變形,吸收沖擊能,從而達(dá)到增韌的效果。隨著納米粒子尺寸變小,粒子的比表面積增大,粒子與基體的界面變大,會(huì)產(chǎn)生更多的微裂紋和更大的塑性變形,從而吸收更多的沖擊能,增韌效果提高。
王洪祚認(rèn)為按傳統(tǒng)觀點(diǎn),在納米ＳｉＯ2等納米粒子均勻分散于環(huán)氧樹脂中后,當(dāng)基體樹脂受到外力沖擊時(shí),2者間會(huì)產(chǎn)生銀紋。納米粒子之間的基體樹脂也產(chǎn)生塑性變形,吸收一定的沖擊能,隨著粒子的微細(xì)化,其比表面積將進(jìn)一步擴(kuò)大,使納米粒子與基體樹脂之間接觸面積增大。當(dāng)材料受到外力沖擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的銀紋及塑性變形,并吸收更多的沖擊能而達(dá)到材料增韌的效果。剛性納米粒子的存在易于產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)而引發(fā)其周圍基體樹脂產(chǎn)生銀紋,吸收一定形變功,同時(shí)剛性納米粒子的存在,使基體樹脂銀紋擴(kuò)展受阻和鈍化,最終停止,不致發(fā)展為破壞性
開裂,從而產(chǎn)生增韌效果。
2、不加納米微粒的膠粘劑配方及性能
膠粘劑配方為:Ｅ51環(huán)氧樹脂100份,651
聚酰胺35份;試片粘接工藝為:試片為45#鋼,處理方法為機(jī)械除銹→丙酮清洗→化學(xué)處理→水沖、吹干→
偶聯(lián)劑處理→粘接。
粘接試件的固化工藝為:100℃
保溫3ｈ,隨爐冷卻。
所測的膠粘劑的初始
拉伸強(qiáng)度為70.4ＭＰａ,濕熱老化后的拉伸強(qiáng)度為53.7ＭＰａ,強(qiáng)度保持率為67.4%;初始
沖擊強(qiáng)度為3.99ｋＪ·ｍ-2,濕熱老化后的沖擊強(qiáng)度為3.66ｋＪ·ｍ-2,強(qiáng)度保持率為91.7%。
3、膠粘劑中的納米微粒分散方法的確定
聚合物納米
復(fù)合材料中納米組分雖用量少(5%～10%),但由于納米微粒粒徑小,比表面積大,表面能高,極易形成粒徑較大的聚集體。使納米組分難以發(fā)揮其獨(dú)特作用,一旦納米粒子在復(fù)合材料中發(fā)生相分離,其性能將降低到與傳統(tǒng)復(fù)合材料相當(dāng)?shù)某潭取Ｒ虼思{米組分在聚合物(或其前軀體)中的分散是納米復(fù)合材料制備過程的關(guān)鍵。在考慮分散方案時(shí),首先考慮納米微粒的濕潤性。
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