環(huán)氧樹脂增韌改性

　　無機(jī)納米粒子具有很強(qiáng)的活性，使其易與環(huán)氧樹脂分子發(fā)生鍵合作用，提高了分子間的作用力，其對聚合物的增韌克服了傳統(tǒng)彈性體在增韌聚合物的同時使其剛度和強(qiáng)度降低的缺點(diǎn)，因而在環(huán)氧樹脂及其多種聚合物改性中的應(yīng)用日益廣泛。

　　1、納米SiO2

　　納米SiO2是不定型的白色粉末(指團(tuán)聚狀態(tài))，其分子結(jié)構(gòu)呈三維鏈狀，存在大量不飽和的殘鍵和不同鍵合態(tài)的羥基。它可與基材的某些基團(tuán)發(fā)生鍵合作用，從而大大改善材料的硬度和強(qiáng)度。納米SiO2顆粒尺寸小，具有較高的流動性，當(dāng)采用適當(dāng)?shù)姆绞脚c樹脂復(fù)合時，其分布在高分子鍵的空隙中，使得復(fù)合材料的強(qiáng)度、韌性、延展性顯著提高。

　　2、層狀硅酸鹽粘土

　　層狀硅酸鹽是粘土礦物，如鈉蒙脫土、鋰蒙脫土和海泡石等可用于制備聚合物，目前研究較多并具有實際應(yīng)用前景的納米復(fù)合材料用層狀硅酸鹽、結(jié)構(gòu)單元是由一片鋁氧八面體夾在兩片硅氧四面體之間形成的層狀結(jié)構(gòu)，層間有可交換性陽離子，如Na+、Ca2+、Mg2+等，它們中可與無機(jī)金屬離子或有機(jī)陽離子等交換，從而修飾硅酸鹽層間表面形成具有不同性能的無機(jī)和有機(jī)粘土，這種硅酸鹽粘土以納米級微塊分散在聚合物中，形成無機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料，其性能明顯優(yōu)于純聚合物材料，在制備聚合物/納米復(fù)合材料領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

　　3、納米CaCO3

　　納米CaCO3材料來源易得，用納米CaCO3作為塑料填充劑可減少樹脂用量，大大降低成本，而且制品的拉伸強(qiáng)度、伸長率等性能指標(biāo)均有所提高，起到補(bǔ)強(qiáng)劑的作用，還可以提高塑料加工時的流變性和擠出速度，改善塑料加工性能。研究發(fā)現(xiàn)，摻加納米CaCO3后材料得以增強(qiáng)增韌，且其光透性能沒有受到影響。

　　4、納米TiO2

　　TiO2的晶體粒徑達(dá)到納米級后，其性能得到極大改善產(chǎn)生突破性的變化。將其添加于環(huán)氧樹脂中可明顯提高材料的綜合性能。

　　5、納米Al2O3

　　工業(yè)界對納米Al2O3在聚合物和環(huán)氧樹脂改性中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究，將納米Al2O3粒子用作橡膠填充時可以提高其介電性、耐磨性和材料的耐高溫沖擊韌性。納米α-Al2O3與環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料，使其模量增加，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高，模量達(dá)極大值。納米Al2O3與其他填料一起填充聚合物還可能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。

　　6、納米ZnO

　　納米ZnO是常用于聚合物增韌改性主流產(chǎn)品，它用于改性環(huán)氧樹脂已相當(dāng)廣泛，但仍存在許多問題，主要是如何解決納米粒子的團(tuán)聚，使其盡可能均勻地分散在聚合物材料體系中，以得到增強(qiáng)增韌的高性能環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

　　7、石墨烯

　　任小孟等研究了天然石墨(NG)、石墨烯(GNS)、膨脹石墨(EG)和氧化石墨烯(GO)4種石墨烯類材料對環(huán)氧樹脂的增韌和增強(qiáng)作用。不同添加劑對斷裂伸長率的影響不同，石墨烯(GNS)的作用最明顯，余者較差，天然石墨(NG)不能增韌環(huán)氧樹脂。

　　2016年3月Haydale公司與其他公司合作，利用納米石墨烯填料/ARALDITER環(huán)氧樹脂材料首次研制成汽車殼體，并在2016JEC(巴黎復(fù)合材料展覽會)展示。與傳統(tǒng)復(fù)合材料汽車殼體相比，其強(qiáng)度更高，更環(huán)保、耐用，還具有降低增強(qiáng)纖維含量從而降低車殼重量(輕量化)的潛力。

　　采用無機(jī)納米粒子填充環(huán)氧樹脂使其韌性、強(qiáng)度、耐濕熱性、耐磨性等各方面都得到提高，尤其是石墨烯的出現(xiàn)，使環(huán)氧樹脂基的復(fù)合材料進(jìn)一步高性能化和多功能化，甚至產(chǎn)生許多特異的功能。隨著科技進(jìn)步，納米級粒子及表面處理技術(shù)不斷成熟，環(huán)氧樹脂、無機(jī)納米復(fù)合材料將在電子元器件、食品包裝、燃料罐、汽車、航空等領(lǐng)域顯示出更廣闊的應(yīng)用前景。

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