基于氧化铝和蒙脱石改性的新型多功能环氧树脂纳米复合材料
发布时间：2021-06-30 17:40
将纳米氧化铝和有机蒙脱石作为填料加入到环氧树脂中,制备出了一种拥有优良性能的新型纳米材料。改性纳米氧化铝和有机蒙脱石混合均匀后加入到环氧树脂基体中,制备成纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料。本次研究的新型多功能纳米复合材料模量和强度相较于纯环氧树脂和蒙脱石/环氧树脂复合材料分别提升了331.48%和150.8%以及140.46%和185.32%,缺口冲击强度分别提升了157.14%和127.9%,玻璃化温度和热分解温度分别提升9.7℃和19.3℃以及10.5℃和4.1℃。在多种性能上都比环氧树脂有大幅提升;经过检测,纳米氧化铝和有机蒙脱石相互作用,纳米氧化铝和蒙脱石纳米薄层相互交错分布。证明纳米氧化铝具有促进蒙脱石薄层分散的作用,这种微观结构使新型纳米材料具有优良的性质。
【文章来源】：功能材料. 2020,51(02)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
扫描电镜照片
对比样品和有机蒙脱石的红外光谱可以看出,位于1 027 cm-1附近的Si-O伸缩振动吸收峰 ,前者是1 032.16 cm-1,后者是1 027.63 cm-1,可以看出样品中的蒙脱石剥离分散后Si-O吸收峰向高波数移动4.53 cm-1,即蓝移了4.53 cm-1。同样的,样品的Al-OH伸缩振动吸收峰蓝移了2.97cm-1,以及Si-O-Al伸缩吸收峰蓝移了4.78 cm-1。由于蒙脱石晶层厚度变小,导致蒙脱石结构内部的内应力增高,蒙脱石红外吸收带向低波数移动,产生红移。对比样品和蒙脱石位于917cm-1附近的Si-O-Si振动吸收峰,前者是914.32 cm-1,后者是917.12 cm-1,由此可知,样品中的蒙脱石粒度降低,Si-O-Si伸缩振动吸收峰向低波数移动了2.8cm-1,即红移了3 cm-1。同样的,样品位于844 cm-1附近的Si-O-Si伸缩振动吸收峰红移了17.89 cm-1,而位于464 cm-1附近的Si-O-Al伸缩振动吸收峰红移了7.88 cm-1。
样品截面的扫描电镜的观察结果进一步证实了上述结论,在有机蒙脱石/环氧树脂复合材料中,由于环氧树脂分子的大量插入, 蒙脱石层状结构的间距已经扩大到4.2 nm,但是蒙脱石仍然保持紧密的插层结构。在填料含量为 2.5%的纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料中,蒙脱石的层状结构完全剥离分散,如下图3所示,剥离的薄片距离均已经超出了100 nm,层间是环氧树脂分子和氧化铝颗粒。在蒙脱石/环氧树脂复合材料中,蒙脱石的层状结构剥离分散可以使复合材料的性能更加优秀, 蒙脱石薄层分散程度越高,复合材料的性能提升越好。大多数蒙脱石/环氧树脂复合材料中蒙脱石层状结构均不能完全剥离,但是在本实验中,通过复合零维纳米氧化铝,促进了蒙脱石薄层的剥离,这可能是纳米氧化铝颗粒和蒙脱石薄层之间的范德华力和库仑力以及纳米氧化铝和高分子之间的键合作用所致。
【参考文献】：
期刊论文
[1]蒙脱石/炭对炭纤维/环氧树脂复合材料性能的影响[J]. 吴雪平,赵军帅,饶续,张先龙,吴玉程,吕春祥,杨禹,邵泽凡. 新型炭材料. 2019(01)
[2]Effects of filler loading and surface modification on electrical and thermal properties of epoxy/montmorillonite composite[J]. 贾梓睿,高振国,兰笛,成永红,吴广磊,吴宏景. Chinese Physics B. 2018(11)
[3]耐高温降磨损润滑涂料的研究[J]. 陈军,李冠,赵中华. 南昌工程学院学报. 2018(01)
[4]不同晶型纳米Al2O3的制备及其对环氧树脂耐磨性能的影响[J]. 缐芳,李巧玲,陈贝,张佳裕. 精细化工中间体. 2017(05)
[5]改性纳米氧化铝增韧环氧树脂的研究[J]. 李文芳,商睿凝,李继双,郝伟伟,胡红鑫,张庆新. 胶体与聚合物. 2016(03)
[6]纳米环氧树脂复合涂层耐冲蚀磨损性能研究[J]. 陈名华,汪定江,姚武文. 粘接. 2007(04)
[7]酸酐固化环氧树脂/蒙脱石纳米复合材料的合成及固化动力学的研究[J]. 张楷亮,王芳,王立新,任丽. 化学与粘合. 2004(01)
[8]纳米有机蒙脱石改性环氧树脂的研究[J]. 张楷亮,王芳,王立新. 粘接. 2002(06)
[9]环氧树脂-蒙脱石纳米复合材料制备与形成机理[J]. 王立新,蹇锡高,袁金凤,任丽,张楷亮. 大连理工大学学报. 2000(06)
[10]耐磨环氧胶粘涂层的浆体冲蚀磨损特性研究[J]. 潘国顺,曲敬信,邵荷生. 表面技术. 1997(02)
本文编号：3258192
【文章来源】：功能材料. 2020,51(02)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
扫描电镜照片
对比样品和有机蒙脱石的红外光谱可以看出,位于1 027 cm-1附近的Si-O伸缩振动吸收峰 ,前者是1 032.16 cm-1,后者是1 027.63 cm-1,可以看出样品中的蒙脱石剥离分散后Si-O吸收峰向高波数移动4.53 cm-1,即蓝移了4.53 cm-1。同样的,样品的Al-OH伸缩振动吸收峰蓝移了2.97cm-1,以及Si-O-Al伸缩吸收峰蓝移了4.78 cm-1。由于蒙脱石晶层厚度变小,导致蒙脱石结构内部的内应力增高,蒙脱石红外吸收带向低波数移动,产生红移。对比样品和蒙脱石位于917cm-1附近的Si-O-Si振动吸收峰,前者是914.32 cm-1,后者是917.12 cm-1,由此可知,样品中的蒙脱石粒度降低,Si-O-Si伸缩振动吸收峰向低波数移动了2.8cm-1,即红移了3 cm-1。同样的,样品位于844 cm-1附近的Si-O-Si伸缩振动吸收峰红移了17.89 cm-1,而位于464 cm-1附近的Si-O-Al伸缩振动吸收峰红移了7.88 cm-1。
样品截面的扫描电镜的观察结果进一步证实了上述结论,在有机蒙脱石/环氧树脂复合材料中,由于环氧树脂分子的大量插入, 蒙脱石层状结构的间距已经扩大到4.2 nm,但是蒙脱石仍然保持紧密的插层结构。在填料含量为 2.5%的纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料中,蒙脱石的层状结构完全剥离分散,如下图3所示,剥离的薄片距离均已经超出了100 nm,层间是环氧树脂分子和氧化铝颗粒。在蒙脱石/环氧树脂复合材料中,蒙脱石的层状结构剥离分散可以使复合材料的性能更加优秀, 蒙脱石薄层分散程度越高,复合材料的性能提升越好。大多数蒙脱石/环氧树脂复合材料中蒙脱石层状结构均不能完全剥离,但是在本实验中,通过复合零维纳米氧化铝,促进了蒙脱石薄层的剥离,这可能是纳米氧化铝颗粒和蒙脱石薄层之间的范德华力和库仑力以及纳米氧化铝和高分子之间的键合作用所致。
【参考文献】：
期刊论文
[1]蒙脱石/炭对炭纤维/环氧树脂复合材料性能的影响[J]. 吴雪平,赵军帅,饶续,张先龙,吴玉程,吕春祥,杨禹,邵泽凡. 新型炭材料. 2019(01)
[2]Effects of filler loading and surface modification on electrical and thermal properties of epoxy/montmorillonite composite[J]. 贾梓睿,高振国,兰笛,成永红,吴广磊,吴宏景. Chinese Physics B. 2018(11)
[3]耐高温降磨损润滑涂料的研究[J]. 陈军,李冠,赵中华. 南昌工程学院学报. 2018(01)
[4]不同晶型纳米Al2O3的制备及其对环氧树脂耐磨性能的影响[J]. 缐芳,李巧玲,陈贝,张佳裕. 精细化工中间体. 2017(05)
[5]改性纳米氧化铝增韧环氧树脂的研究[J]. 李文芳,商睿凝,李继双,郝伟伟,胡红鑫,张庆新. 胶体与聚合物. 2016(03)
[6]纳米环氧树脂复合涂层耐冲蚀磨损性能研究[J]. 陈名华,汪定江,姚武文. 粘接. 2007(04)
[7]酸酐固化环氧树脂/蒙脱石纳米复合材料的合成及固化动力学的研究[J]. 张楷亮,王芳,王立新,任丽. 化学与粘合. 2004(01)
[8]纳米有机蒙脱石改性环氧树脂的研究[J]. 张楷亮,王芳,王立新. 粘接. 2002(06)
[9]环氧树脂-蒙脱石纳米复合材料制备与形成机理[J]. 王立新,蹇锡高,袁金凤,任丽,张楷亮. 大连理工大学学报. 2000(06)
[10]耐磨环氧胶粘涂层的浆体冲蚀磨损特性研究[J]. 潘国顺,曲敬信,邵荷生. 表面技术. 1997(02)
本文编号：3258192
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