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無機納米材料為環氧樹脂改性帶來極大利好
2014年11月18日 發布 分類:行業要聞 點擊量:4445
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      環氧樹脂作為綜合性能優異的熱固性樹脂得到廣泛應用,但是它固化產物性脆、耐沖擊性差、易開裂、不耐疲勞,對其進行各種改性以提高其性能成為環氧樹脂研究的熱點。橡膠或熱塑形彈性體可大幅度提高環氧樹脂的沖擊強度,但卻以拉伸強度下降為代價;增強纖維可大幅度提高環氧樹脂的拉伸強度,但沖擊強度和斷裂伸長率下降;液晶高分子原位復合增強技術可使環氧樹脂的拉伸強度和沖擊強度改善,但斷裂伸長率下降。相比之下納米無機粒子由于納米尺寸效應,巨大的比表面積和強的界面作用,與環氧樹脂復合后可使無機物的剛性,尺寸穩定性和熱穩定性與環氧樹脂的韌性,加工性揉合在一起,表現出增韌與增強的同步效應,充分顯示了納米級填料改性的優越性。 


      納米粒子的結構、粒徑、比表面積、表面粗糙度,及粒子表面所含的官能團等將影響納米粒子的補強性。納米炭黑的AFM照片中可以看出,炭黑粒徑約30~50nm,表面比較粗糙,比表面積比較大,表面所含的官能團較多,它能與基體材料發生化學反應形成網絡結構,這種網絡結構是賦予復合材料強度的最基本結構因素。據專家介紹,所形成的網絡結構越多,對基體材料的化學結合及物理吸附作用就越強。 


      納米粒子由于特殊的小尺寸效用,可能有利于增加其與環氧樹脂之間的混溶性,根據擴散理論,粘合強度主要決定于2種物質之間的混溶性。混溶性越大粘合強度越高。納米粒子的表面效應使納米粒子的比表面積、表面能及表面結合能迅速增大,因為表面原子的增多,原子配位不滿及較高的表面能,因而產生許多缺陷而呈現很高活性,易于與環氧樹脂產生鍵合,和產生一系列其他可導致強度增大的化學及物理作用。專家表示,另外由于納米粒子極易團聚,因而復合前須對其進行表面處理,過程中引入的有機化基團可增加納米粒子與環氧樹脂的親和性,所有這些作用都有利于納米粒子與環氧樹脂的復合。 


      無機納米粒子填充改性環氧樹脂的制備主要是通過共混法,它通過不同的物理或化學方法將納米粒子與環氧樹脂充分混勻形成復合材料。共混法可分為物理和化學2種方法:物理法是通過如球磨、研磨、膠體磨和超聲波法等分散納米粒子,其中超聲波法效果較好;納米粒子由于納米效應在混合的過程中易發生團聚,而環氧樹脂的黏度又很大,為使納米粒子能夠達到良好的分散,大多通過使用偶聯劑對其進行表面改性,也就是通過物理吸附或化學吸附改善納米粒子的表面可潤濕性,增強納米粒子在環氧樹脂中的界面相容性,使納米粒子在環氧樹脂中均勻分散,獲得良好的納米效應,即所謂的化學法。納米無機粒子的存在賦予環氧樹脂很高的力學性能,其強度、剛度、韌性、耐熱性都有很大提高,具體表現在材料的沖擊強度、拉伸強度、彈性模量的增大及玻璃化溫度的提高。 


      納米粒子的改性機理具有明顯特征,專家認為主要包括:無機納米粒子具有能量傳遞效應,使基體樹脂裂紋擴展受阻和鈍化,最終終止裂紋,不致發展為破壞性開裂;隨著納米粒子粒徑的減小,粒子的比表面積增大,納米微粒與基體接觸面積增大,材料受沖擊時產生更多的微裂紋,吸收更多的沖擊能;無機納米粒子具有應力集中與應力輻射的平衡效應,通過吸收沖擊能量,使基體無明顯的應力集中現象,達到復合材料的力學平衡狀態;若納米微粒用量過多或填料粒徑較大,復合材料的應力集中較為明顯,微裂紋易發展成宏觀開裂,造成復合材料性能下降;基體中的無機納米粒子作為聚合物分子鏈的交聯點,對復合材料的拉伸強度及玻璃化溫度的提高有貢獻。 


      采用混合法制備的環氧納米復合材料有納米CB/環氧、納米SiO2/環氧、納米TiO2/環氧、納米Al2O3/環氧、納米BaTiO3/環氧等。環氧樹脂/無機納米復合材料具有優異的力學、耐熱、耐腐蝕性和尺寸穩定性。此外,還有許多其他優異性能,在電子學、光學、機械、生物學、醫學等領域將顯示出更廣闊的應用前景。據專家介紹,環氧樹脂基無機納米復合材料的開拓,反映了先進的納米材料技術對傳統通用產品的有效改性,它為環氧樹脂的功能化和高性能化開辟了一條新的廣闊發展道路。

(來源:國家樹脂網)


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