最近,科研人員采用納米TiO2、Al2O3、SiO2,層狀粘土有機(jī)蒙托土、海泡石和環(huán)氧樹(shù)脂制備納米復(fù)合材料,通過(guò)透射電鏡研究納米粒子在環(huán)氧樹(shù)脂基體中的分散情況,采用差熱分析測(cè)試不同納米環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的玻璃化溫度,結(jié)果表明納米粒子分散于基體中,可使環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃化溫度提高。據(jù)中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)專家介紹,通過(guò)一定的方式使納米粒子及粘土粒子分散于環(huán)氧樹(shù)脂基體中,可使環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃化溫度大幅度提高,最多可提高50℃。
聚合物的耐熱性是決定聚合物適用范圍的條件之一,聚合物耐熱性的提高會(huì)擴(kuò)大聚合物的使用范圍。提高樹(shù)脂耐熱性的途徑有3個(gè):增加高分子鏈的剛性;使聚合物結(jié)晶;增加聚合物的交聯(lián)度。這3種方法勢(shì)必使聚合物的韌性有所喪失。納米材料是指平均粒徑在100 nm以下的材料,由于具有相當(dāng)大的相界面面積,使它具有許多宏觀物體所不具備的新穎的物理、化學(xué)特性。通過(guò)精細(xì)控制納米材料在高聚物中的分散與復(fù)合,能夠在樹(shù)脂較弱的微區(qū)內(nèi)起補(bǔ)強(qiáng)、填充,增加界面作用力,減少自由體積的作用。僅以很少的無(wú)機(jī)粒子體積含量,就能在1個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)有效地改善復(fù)合材料的綜合性能,不僅起到增強(qiáng)、增韌、抗老化的作用,而且不影響材料的加工性能。
據(jù)中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)專家介紹,在聚合物中添加納米材料,可使聚合物增強(qiáng)、增韌,玻璃化溫度提高,因此納米粒子改性聚合物將成為提高聚合物耐熱性的另一方法。日前專家采用不同的納米粒子制備納米復(fù)合材料,研究不同納米粒子對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂基體耐熱性的影響。其所用原材料為:環(huán)氧樹(shù)脂E-51,環(huán)氧值0.51~0.54ea/100g,藍(lán)星新材料無(wú)錫樹(shù)脂廠產(chǎn)。環(huán)氧樹(shù)脂納米復(fù)合材料制備方法是:在攪拌狀態(tài)下把經(jīng)表面處理的納米粒子加入到丙酮中,然后用超聲波處理幾十分鐘,在攪拌狀態(tài)下將上述溶液和環(huán)氧樹(shù)脂混合均勻脫出溶劑,升溫至130℃反應(yīng)1 h,再在高速均質(zhì)分散機(jī)上分散20 min,冷卻后加入適量的固化劑混合均勻,抽空脫氣后澆人涂有脫模劑并預(yù)熱好的鋼模具中,經(jīng)130℃/5 h+150℃/5 h固化完全后冷卻脫模。
納米環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料性能測(cè)試方法為:玻璃化溫度的測(cè)定采用USATAM DSC2910,在N2氣氛下升溫速度為20℃/min;而澆鑄體透射電鏡分析使用設(shè)備型號(hào)為H-600型的透射電鏡,觀察納米粒子的分散情況(試樣切割成1µm厚)。中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)專家介紹說(shuō),專家先后考察了納米顆粒對(duì)樹(shù)脂玻璃化溫度的影響:隨著納米粒子的加入交聯(lián)密度增大,使玻璃化溫度升高可見(jiàn)納米粒子的加入可使體系的玻璃化溫度明顯升高,提高體系的耐熱性;粘土對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂體系玻璃化溫度的影響:海泡石成纖維狀分散于樹(shù)脂中,起到了微纖維增強(qiáng)的作用,從而使環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃化溫度提高。