无机纳米填料在环氧树脂中的应用及分散.pdf

第37 卷第1 期 广 州 化 学 Vol. 37 No. 1 2012 年3 月 Guangzhou Chemistry Mar. 2012 文章编号：1009-220X(2012)01-0070-08 无机纳米填料在环氧树脂中的应用及分散 刘潜发， 杜翠鸣*， 柴颂刚， 高 帅 （广东生益科技股份有限公司，广东东莞 523808 ） 摘 要：无机纳米材料可提高环氧树脂的韧性、模量、耐热性等性能，在航空、汽 车、电子材料、工程陶瓷材料等方面得到应用。纳米材料在环氧树脂中存在着易团 聚的问题，有效的分散方法包括物理分散和化学分散，物理分散包括研磨分散、超 声分散、高压均质分散等；化学分散包括偶联剂法、表面修饰法、溶胶―凝胶法等。 影响化学分散的因素有分散剂的用量、处理剂和溶剂的种类等。 关键词：纳米材料；环氧树脂；韧性；分散 中图分类号：TQ323.5 文献标识码：A 环氧树脂具有优异的粘接、耐磨、电绝缘、化学稳定、耐高低温等性能，在胶粘剂、 [1] 。由 电子仪表、航天航空、涂料、电子电气绝缘材料和先进复合材料等领域得到广泛应用 于纯环氧树脂固化后具有高的交联结构，因而存在质脆、耐疲劳性和抗冲击韧性差等缺点， 难以满足工程技术的要求，使其应用受到一定限制，因此对环氧树脂的改性一直是中外学者 研究的热门课题[2] 。有机/无机复合材料由于可以结合有机材料的韧性、弹性、延展性、可 加工性和无机材料的硬度及热稳定性而得到广泛的应用，从而产生许多特殊的性能。大量的 文献和专利报导，无机纳米填料的加入提高环氧树脂的韧性、模量、耐热性等。但由于纳米 粒子具有高的表面能，极易团聚，复合材料的性能很大程度上决定于无机填料在高分子基体 中的分散性和无机填料与有机基体之间的界面作用。如何彻底解决粒子团聚问题，使得纳米 粒子单分散，真正发挥纳米效应，是一个亟待攻关的课题。 1 无机纳米粒子提高环氧树脂韧性的基本原理及应用 无机纳米粒子对环氧树脂的增强增韧作用可归结为三个方面：1）无机纳米粒子在变形 中产生应力集中，引发粒子周围的树脂基体屈服，从而吸收大量变形功，阻碍和钝化银纹在 树脂中的扩展，起到防止破坏性开裂的作用；2 ）刚性无机纳米粒子在应力作用下的伸长变 形很小，导致基体和无机粒子的界面部分脱粘而产生空穴，进而使裂纹钝化，阻碍裂纹扩展 成破坏性裂缝而产生增韧作用；3 ）无机纳米粒子表面存在大量的不饱和残键及活性基团， 表面活性高，能够与高分子链发生物理或化学交联，因而导致材料在冲击作用下产生更多微 收稿日期：2012-02-07 作者简介：刘潜发（1975~），男，广东梅州人，大学本科学历，工程师；从事复合材料的研究工作。 ∗ 通讯作者：杜翠鸣，女，硕士研究生；从事复合材料研究工作。doo_hoo@163.com 第1 期 刘潜发等：无机纳米填料在环氧树脂中的应用及分散 71 [3] 裂纹，吸收更多冲击能 。 Naous 等[4]用共混法制备了环氧树脂/Al O 纳米复合材料，该复合材料的储能模量、杨 2 3 氏模量和拉伸模量都比普通树脂有明显提高，这说明Al2O3 纳米颗粒可以在提高环氧树脂韧 性的同时而不损害其强度和耐热性。 黄传军等[5]利用溶胶―凝胶法制备了 SiO /环氧树脂基复合材料，研究了材料在室温和 2 低温（77 K ）下的力学性能。结果表明，适量SiO2 的引入提高了室温和低温下材料的拉伸 强度、断裂伸长率和冲击强度，即SiO2 质量分数为2% 时可同时起到增强、增韧作用。 刘东亮等[6]使用超声法将纳米 SiO2 分散在环氧树脂－酚