環(huán)氧樹脂-二氧化硅納米復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、聚合物/無機(jī)物納米復(fù)合材料由于其獨(dú)特的性能成為目前乃至將來材料研究的熱點(diǎn)之一。它部分克服了單一材料和傳統(tǒng)復(fù)合材料性能上的缺陷,使材料既具有無機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn),如剛性和高熱穩(wěn)定性等,又同時(shí)具有聚合物材料的優(yōu)點(diǎn),如彈性、介電性、延展性和可加工性等,從而產(chǎn)生許多特殊的性能。二氧化硅納米粒子憑借其高熱穩(wěn)定性、剛性和模量等優(yōu)點(diǎn),是最早用于制備有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料的無機(jī)物之一,它的加入可以提高聚合物的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能等。而環(huán)氧樹脂作為最常用的一種熱

2、固性樹脂材料,由于具有優(yōu)異的粘接性能、電絕緣性能、耐化學(xué)腐蝕性能、收縮率低、高強(qiáng)度高模量、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),使其在電子、電氣、機(jī)械制造、化工防腐、航空航天、船舶運(yùn)輸及其他許多工業(yè)領(lǐng)域中起到重要的作用,已成為各工業(yè)領(lǐng)域中不可缺少的基礎(chǔ)材料,但是由于其固化后交聯(lián)密度高、造成內(nèi)應(yīng)力大、質(zhì)脆,以及耐熱性差、熱膨脹系數(shù)高等不足而限制了環(huán)氧樹脂的進(jìn)一步應(yīng)用。
　　 基于以上這些研究背景和發(fā)展要求,本論文選用環(huán)氧樹脂/二氧化硅納米復(fù)合的方法,通

3、過控制二氧化硅納米粒子在環(huán)氧樹脂體系中的分散性,提高二氧化硅與環(huán)氧樹脂的界面作用,來改善材料的耐熱性能、提高材料的韌性,以期獲得具有高熱穩(wěn)定性和韌性的環(huán)氧樹脂材料,主要開展了以下兩個(gè)方面的研究工作:
　　 (1)通過結(jié)合溶膠-凝膠法和納米粒子共混的方法制備一種耐熱型的環(huán)氧樹脂/二氧化硅納米復(fù)合材料,使得納米二氧化硅與環(huán)氧樹脂基體之間具有較強(qiáng)的界面相互作用,并通過紅外(FTIR)、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)、掃描電子顯微鏡(SEM)和

4、熱失重分析(TGA)等手段研究了復(fù)合材料的熱機(jī)械性能,包括儲(chǔ)存模量、損耗角正切值,以及復(fù)合材料的熱分解性能和熱膨脹性能。發(fā)現(xiàn)通過引入大量的硅烷偶聯(lián)劑GPTMS來改善納米二氧化硅在環(huán)氧樹脂體系中的分散性,提高環(huán)氧樹脂/二氧化硅納米復(fù)合材料的交聯(lián)密度,并通過加入納米二氧化硅進(jìn)一步改善材料的熱力學(xué)性能,最終可以制備得到高耐熱性能的環(huán)氧樹脂/二氧化硅納米復(fù)合材料,具有作為電子封裝材料使用的潛力。
　　 (2)通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(AT

5、RP)的方法在二氧化硅表面接枝聚合聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),制備一種無機(jī)粒子大小均一、聚合物分子量可控的結(jié)構(gòu)清晰的核殼結(jié)構(gòu)粒子,將其添加到環(huán)氧樹脂中制備成復(fù)合材料,主要通過拉伸測(cè)試、掃描電子顯微鏡(SEM)、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)和熱失重分析(TGA)等手段考察材料的拉伸強(qiáng)度、拉伸斷裂能、儲(chǔ)存模量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱分解溫度等性能以研究其對(duì)環(huán)氧樹脂的韌性和熱性能的影響,包括無機(jī)粒子二氧化硅的大小、表面聚合物的接枝量和PMMA的分子量