环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的制备与性能研究
发布时间：2021-08-13 12:07
制备了环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料,研究了纳米金刚石对复合材料力学性能和热性能的影响。研究结果表明,随纳米金刚石含量的增加复合材料的力学性能呈现先增加后降低的趋势。当添加0.4%的纳米金刚石时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度比纯环氧树脂分别提高了51.9%和52.5%,冲击强度为纯环氧树脂的1.9倍。复合材料的热稳定性能随着纳米金刚石含量的增加而提高,玻璃化转变温度随着纳米金刚石含量的增加而降低。利用SEM对复合材料增韧增强机理进行了探讨。
【文章来源】：合成材料老化与应用. 2016,45(04)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的TGA曲线
2016年第45卷第4期合成材料老化与应用续表1ND/%拉伸强度/MPa弯曲强度/MPa弯曲模量/GPa冲击强度/kJ·m－2Tg/℃0.248.7254.861.2814.51120.50.349.2656.991.2914.28119.00.467.6558.191.2917.26118.40.553.4853.931.2514.93116.62.2环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的热性能图1环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的TGA曲线Fig.1TGAcurvesofepoxyresin/nanodiamondnanocomposites图1是环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的TGA曲线，表2为复合材料的TGA分析数据。从图1和表2中可以看出，随着纳米金刚石用量的增加复合材料的热稳定性逐渐提高。添加0.5%的纳米金刚石，复合材料的残炭率(600℃)由纯环氧树脂的1.88%提高到3.51%。这是因为高温阶段纳米金刚石形成一层炭层，对环氧树脂起到了保护作用，延缓了环氧树脂的热降解［11］。表2环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的热重分析数据Table2Thermogravimetricdataofepoxyresin/nanodiamondnanocompositesThecontentofND/%T5%/℃T50%/℃Ｒesidueyield(600/℃)/%02683731.880.12693752.090.22703752.300.32703772.630.42723782.710.52733813.512.3环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的动态力学性能图2环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的储能模量和tanδ对温度的曲线图Fig.2Experimentalstoragemodulusandtanδvariationstemperaturecurvesoftheepoxyresin/nanodiamondnanocomposites9
合材料的制备与性能研究图2是环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的DMA曲线。从图中可以看出，添加纳米金刚石后复合材料的储能模量比纯环氧树脂明显提高，且随着填料含量增加而逐渐升高，这是由于纳米金刚石具有高的强度和硬度，对环氧树脂具有较好的增强作用。从图2中还可以看出，纳米金刚石的加入明显降低了复合材料的玻璃化转变温度(Tg)。这是由于纳米金刚石加入后破坏了环氧树脂的交联网络结构，降低其交联密度，因此复合材料的玻璃化转变温度降低［12］。2.4环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的形貌分析图3是环氧树脂/纳米金刚石复合材料冲击断面的SEM谱图。如图3a所示，纯环氧树脂的冲击断面平整光滑，是脆性断裂。如图3b、图3c所示，添加纳米金刚石后复合材料的断裂面明显变得粗糙，是韧性断裂。从图3d中还可以看到，纳米金刚石能够在环氧树脂基体中均匀分散，并且与树脂基体之间的界面比较模糊。纳米金刚石的加入使得环氧树脂试样断裂面的裂纹呈无序分布，在复合材料受到冲击时载荷能够通过界面有效传递到纳米金刚石，阻止微裂纹的宏观扩展，因此环氧树脂的强度和韧性得到了提高。a:纯环氧树脂;b:0.1%ND;c、d:0.4%ND图3环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料冲击断面的SEM图片Fig.3SEMmicrographsoftheimpactfracturedsurfaceofepoxyresin/nanodiamondnanocomposites3结论采用机械共混法制备了环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料，纳米金刚石能够均匀地分散在环氧树脂中，两者的界面相容性较好。纳米金刚石对环氧树脂具有明显的增强增韧作用，复合材料的力学性能随着纳米金刚石用量的增加先增加后降低，在用量为0.4%时复合材料的力学性能具有最大值。纳米金刚石可以提高复合材料的热稳定性，但复合材料的Tg?
【参考文献】：
期刊论文
[1]超支化聚合物增韧改性环氧树脂的研究[J]. 张博,王汝敏,江浩,强雪原,刘翔. 工程塑料应用. 2014(11)
[2]环氧树脂增韧改性研究进展[J]. 陈健,杨云峰. 工程塑料应用. 2014(05)
本文编号：3340400
【文章来源】：合成材料老化与应用. 2016,45(04)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的TGA曲线
2016年第45卷第4期合成材料老化与应用续表1ND/%拉伸强度/MPa弯曲强度/MPa弯曲模量/GPa冲击强度/kJ·m－2Tg/℃0.248.7254.861.2814.51120.50.349.2656.991.2914.28119.00.467.6558.191.2917.26118.40.553.4853.931.2514.93116.62.2环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的热性能图1环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的TGA曲线Fig.1TGAcurvesofepoxyresin/nanodiamondnanocomposites图1是环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的TGA曲线，表2为复合材料的TGA分析数据。从图1和表2中可以看出，随着纳米金刚石用量的增加复合材料的热稳定性逐渐提高。添加0.5%的纳米金刚石，复合材料的残炭率(600℃)由纯环氧树脂的1.88%提高到3.51%。这是因为高温阶段纳米金刚石形成一层炭层，对环氧树脂起到了保护作用，延缓了环氧树脂的热降解［11］。表2环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的热重分析数据Table2Thermogravimetricdataofepoxyresin/nanodiamondnanocompositesThecontentofND/%T5%/℃T50%/℃Ｒesidueyield(600/℃)/%02683731.880.12693752.090.22703752.300.32703772.630.42723782.710.52733813.512.3环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的动态力学性能图2环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的储能模量和tanδ对温度的曲线图Fig.2Experimentalstoragemodulusandtanδvariationstemperaturecurvesoftheepoxyresin/nanodiamondnanocomposites9
合材料的制备与性能研究图2是环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的DMA曲线。从图中可以看出，添加纳米金刚石后复合材料的储能模量比纯环氧树脂明显提高，且随着填料含量增加而逐渐升高，这是由于纳米金刚石具有高的强度和硬度，对环氧树脂具有较好的增强作用。从图2中还可以看出，纳米金刚石的加入明显降低了复合材料的玻璃化转变温度(Tg)。这是由于纳米金刚石加入后破坏了环氧树脂的交联网络结构，降低其交联密度，因此复合材料的玻璃化转变温度降低［12］。2.4环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料的形貌分析图3是环氧树脂/纳米金刚石复合材料冲击断面的SEM谱图。如图3a所示，纯环氧树脂的冲击断面平整光滑，是脆性断裂。如图3b、图3c所示，添加纳米金刚石后复合材料的断裂面明显变得粗糙，是韧性断裂。从图3d中还可以看到，纳米金刚石能够在环氧树脂基体中均匀分散，并且与树脂基体之间的界面比较模糊。纳米金刚石的加入使得环氧树脂试样断裂面的裂纹呈无序分布，在复合材料受到冲击时载荷能够通过界面有效传递到纳米金刚石，阻止微裂纹的宏观扩展，因此环氧树脂的强度和韧性得到了提高。a:纯环氧树脂;b:0.1%ND;c、d:0.4%ND图3环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料冲击断面的SEM图片Fig.3SEMmicrographsoftheimpactfracturedsurfaceofepoxyresin/nanodiamondnanocomposites3结论采用机械共混法制备了环氧树脂/纳米金刚石纳米复合材料，纳米金刚石能够均匀地分散在环氧树脂中，两者的界面相容性较好。纳米金刚石对环氧树脂具有明显的增强增韧作用，复合材料的力学性能随着纳米金刚石用量的增加先增加后降低，在用量为0.4%时复合材料的力学性能具有最大值。纳米金刚石可以提高复合材料的热稳定性，但复合材料的Tg?
【参考文献】：
期刊论文
[1]超支化聚合物增韧改性环氧树脂的研究[J]. 张博,王汝敏,江浩,强雪原,刘翔. 工程塑料应用. 2014(11)
[2]环氧树脂增韧改性研究进展[J]. 陈健,杨云峰. 工程塑料应用. 2014(05)
本文编号：3340400
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