关于硅微粉增韧环氧树脂的深入研究

安米微纳技术团队发布于2016-06-21 15:24:51

来自：安米微纳团队

2.4扩大试验

扩大试验是在小试的基础上进行的。采用小试结果中的最佳配方和工艺条件,选用奇士和DY增韧剂,对石英粉和活性石英粉分别进行了增韧试验。扩大试验的配方和工艺条件如下:增韧剂用量为C,处理时间为B,反应温度为C,搅拌速度为C。

将增韧石英粉按上述的配方和工艺条件配制环氧树脂混合料,在C温度环境中固化,得到试验样品,用自制的冲击仪和规定的条件进行冲击试验,并与在环氧树脂混合料中直接添加奇士增韧剂的试样进行对比。试验结果见下表。

根据上表的试验数据分析,用奇士和DY增韧剂分别增韧,增韧后的石英粉和活性石英粉对环氧树脂均具有较好的增韧效果。其中,用DY增韧剂增韧的石英粉比用奇士增韧剂增韧的效果要好;活性石英粉的增韧效果又比石英粉的增韧效果更佳;增韧石英粉对环氧树脂的增韧效果比直接在环氧树脂中添加增韧剂的增韧效果更显著。而且,前者增韧剂的用量仅为后者的一半。以上试验证明,增韧石英粉不仅对环氧树脂有显著增韧效果,而且还可以降低环氧树脂复合材料的成本,是理想的增韧填料。

3增韧石英粉增韧环氧树脂的机理初探

冲击试验证明,石英粉对环氧树脂具有明显的增韧作用。结合观察试样冲击断裂面特征和裂纹形态发现,填充未经增韧的石英粉环氧树脂固化物的试样,其断面平整,主裂纹平直,裂纹二侧微细,裂纹不发育,断裂面上鳞片发白现象不明显,反应了试样的冲击强度较低;而填充增韧的石英粉环氧树脂固化物的试样,断面主裂纹多呈波状、锯齿状、弧形、堑形等。在主裂纹二侧有分枝、开叉,微细裂纹发育,断裂面上鳞片发白现象明显,试样的冲击强度普遍较高。

可见,冲击强度与裂纹形态、微裂纹发育程度有密切的关系。裂纹平直、微裂纹不发育的试样,说明材料的脆性大,吸附能量和消除应力的能力差,不能阻止裂纹的扩展和延伸;而主裂纹呈波状起伏、断面发白、微裂纹发育的试样,具有较强的吸附和消除应力的能力。特别在裂纹的拐弯和变向处,由于应力受阻产生偏转,向侧向柔性分子链传递迁移,延长了裂纹的行程,增加了对能量的消耗,所以环氧树脂固化物的强韧性就越高。此外,主裂纹二侧的分枝裂纹和断裂面上发育的鳞片,都是在主裂纹下发育的微裂纹,每一条微裂纹的形成都要吸附一定的能量。微裂纹越发育,对材料的强韧性的贡献就越大。

石英粉（硅微粉）的增韧处理,是通过石英粉的高表面活性对增韧剂分子中的活性羟基,具有较强的吸附能力的,使增韧剂吸附到石英粉的表面上,形成一层连续相的柔韧性分子包覆层。当它填充到环氧树脂中时,即在石英粉和环氧树脂接触界面之间,存在一个柔韧性分子层,在石英粉颗粒之间形成一个密集相连的立体型柔韧性网络结构。当环氧树脂混合物,在固化过程中产生的内应力传递到填料表面时,即通过柔韧性网络结构诱导,引发大量的微裂纹和剪切带来吸收能量,最终达到增韧环氧树脂的目的。

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