界面強度對柔性環(huán)氧樹(shù)脂/粘土納米復合材料熱/力學(xué)性能的影響

近年來(lái),聚合物/粘土納米復合材料引起了國內外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的極大關(guān)注[1~3] 與常規聚合物基復合材料相比,只需添加較少的納米填料(3%~5%,質(zhì)量分數)就能使這種聚合物納米復合材料的性能顯著(zhù)提高且不損失材料原有的特性 這是實(shí)現通用聚合物高性能化的一個(gè)極有前景的新方法 [4] 納米粘土是一種層狀硅酸鹽,其基本單元由初級粒子(直徑8~10 nm)聚集而成 每個(gè)初級粒子,由十幾個(gè)至幾十個(gè)厚度約為1 nm的薄片構成 用Monte Carl方法估算出納米粘土的模量約為270 GPa[5],因此是一種理想的納米級增強材料 用納米粘土改性聚合物并實(shí)現其高性能化,須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：一是粘土片層以高度無(wú)規剝離的形式均勻地分散在聚合物基體中；二是在聚合物基體與作為增強體的粘土片層之間產(chǎn)生較高的界面強度 這個(gè)領(lǐng)域前期的研究,主要是實(shí)現粘土片層在聚合物基體中的均勻分散和高度剝離 例如,用適當的有機修飾劑將粘土改性并用超聲、球磨特別是“粘土淤漿復合法”等[6~8]工藝制備具有無(wú)規剝離結構的環(huán)氧樹(shù)脂/粘土納米復合材料 近年來(lái),研究重點(diǎn)轉向納米復合材料界面強度的構建及其對復合材料力學(xué)性能的影響[9~11] 在確保粘土片層在環(huán)氧基體中均勻分散且高度剝離的情況下選擇與環(huán)氧預聚體有較好相容性并有較強相互作用的有機修飾劑將粘土改性,是構建較高界面強度的主要手段 使用帶有能與環(huán)氧樹(shù)脂的羥基形成氫鍵的季銨鹽將粘土改性,可在環(huán)氧樹(shù)脂基體與粘土片層之間構建一定強度的界面 這類(lèi)有機修飾劑,能使復合材料的力學(xué)性能有一定程度的提高[12~14] 另一類(lèi)修飾劑雖然帶有可參與反應的環(huán)氧基團[15,16],但是其數量遠少于環(huán)氧預聚體上的環(huán)氧基團數量,因此在固化反應過(guò)程中參與反應的能力不足,不能使其所構建的界面強度可以明顯的提高 有研究者擬將聚醚二元胺類(lèi)化合物進(jìn)行單質(zhì)子化后用于的粘土改性[9,17],然后用有機修飾劑上保留的氨基參與環(huán)氧樹(shù)脂固化反應從而構建較強的界面作用力 但是,二元胺的單質(zhì)子化較難實(shí)現,等當量酸化能得到完全質(zhì)子化的產(chǎn)物卻不能保留反應基團[18] DMP30是一種環(huán)氧固化反應的促進(jìn)劑,其中的叔胺基團具有較強的參與環(huán)氧固化反應的能力 同時(shí),DMP30還具有較強的親水性,與丙酮以及環(huán)氧樹(shù)脂的相容性較好 DMP30的部分質(zhì)子化產(chǎn)物是非常理想的在“粘土淤漿復合法”中使用的反應型有機修飾劑[8,19] 本文使