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FRP玻璃鋼復(fù)合材料論壇

標(biāo)題: 晶須環(huán)氧樹(shù)脂力學(xué)機(jī)能抗靜電性綜述 [打印本頁(yè)]

作者: lloo911 時(shí)間: 2014-10-31 15:12
標(biāo)題: 晶須環(huán)氧樹(shù)脂力學(xué)機(jī)能抗靜電性綜述
慧聰涂料原料網(wǎng)訊：摘要：晶須因其直徑小、長(zhǎng)徑比大，具有高強(qiáng)度、高模量及耐熱性優(yōu)良等特性，在高分子材料改性中有著獨(dú)特的作用。環(huán)氧樹(shù)脂因其具有強(qiáng)度高、粘結(jié)性好、熱不亂性好及強(qiáng)度高、收縮性小等特點(diǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。晶須改性環(huán)氧樹(shù)脂可以進(jìn)一步進(jìn)步其力學(xué)機(jī)能、耐摩擦磨損機(jī)能以及抗靜電機(jī)能。本文先容了幾種在環(huán)氧樹(shù)脂改性研究和應(yīng)用中常見(jiàn)的晶須及其機(jī)能，並對(duì)海內(nèi)外近幾年內(nèi)晶須在環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料方面的研究和應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

樞紐詞：晶須環(huán)氧樹(shù)脂力學(xué)機(jī)能抗靜電性綜述

目前，在產(chǎn)業(yè)出產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中所用到的晶須絕大多數(shù)都是指無(wú)機(jī)物晶須，有機(jī)物晶須目前品種和數(shù)目都較少，主要有纖維素晶須。晶須直徑很小，通常為亞微米到微米級(jí)，但長(zhǎng)徑比很大。無(wú)機(jī)晶須中原子排列高度有序，結(jié)晶完整，具有高強(qiáng)度、高模量、低密度、耐熱、耐磨等優(yōu)異機(jī)能。將晶須填充於聚合物基體中，可以明顯進(jìn)步聚合物材料的綜合機(jī)能[1]。

環(huán)氧樹(shù)脂（EP）是應(yīng)用最廣泛的熱固性高分子材料之一，具有優(yōu)良的粘結(jié)性、熱不亂性、電絕緣性、耐化學(xué)藥品機(jī)能及強(qiáng)度高、收縮率小、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用於涂料、膠黏劑、輕工、建築、機(jī)械、航天航空、電子電氣絕緣材料以及提高前輩復(fù)合材料等各個(gè)領(lǐng)域。但因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂固化物脆性大、抗沖擊強(qiáng)度低、易開(kāi)裂、抗靜電性差等缺點(diǎn)，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用[2]。

很多研究結(jié)果表明，將晶須填充到環(huán)氧樹(shù)脂基體中，可以有效地解決這些缺點(diǎn)，大幅度晉昇環(huán)氧樹(shù)脂的綜合機(jī)能[3]。本文對(duì)海內(nèi)外近年來(lái)有關(guān)晶須改性環(huán)氧樹(shù)脂的研究和應(yīng)用情況進(jìn)行了綜述。

1·晶須的種類

將根據(jù)晶須的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。

1.1鈦酸鉀晶須[4,5]

鈦酸鉀（PTW）晶須是一種針狀短纖維材料，它主要有兩種形式：四鈦酸鉀（K2O·4TiO2）和六鈦酸鉀（K2O·6TiO2）。其中K2O·4TiO2化學(xué)活性很高，應(yīng)用較少；而K2O·6TiO2具有優(yōu)良的絕熱性、耐化學(xué)藥品性、耐磨性、低熱導(dǎo)率和高紅外反射率、高溫下導(dǎo)熱系數(shù)極低、價(jià)格較低以及硬度低等特點(diǎn)，應(yīng)用價(jià)值最大，應(yīng)用也最多。

1.2碳化硅晶須[4,6]

碳化硅（SiC）晶須為立方晶須，其晶型與金剛石相同，是目前晶須中硬度最高、模量最大、耐熱性最好的晶須。它有兩種結(jié)構(gòu)形式：α型和β型，其中β型硬度更高，韌性和導(dǎo)電性等綜合機(jī)能更好。

1.3硼酸鹽晶須[7]

產(chǎn)業(yè)上用的硼酸鹽晶須一般是指硼酸鋁（9Al2O3·2B2O3）晶須，它具有各向異性，機(jī)械機(jī)能和化學(xué)機(jī)能極其不亂。另外，從組成上看，Al2O3成分佔(zhàn)比較大，因而其與金屬共價(jià)性高，具有中子吸收能力，電絕緣性、化學(xué)不亂性和耐熱性好，可用作金屬、陶瓷、纖維等增強(qiáng)材料。

1.4碳酸鈣晶須[8]

碳酸鈣（CaCO3）晶須是近年來(lái)新開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新型針狀晶須，具有強(qiáng)度高、尺寸不亂性、耐熱性、耐磨性優(yōu)良等長(zhǎng)處，此外，制備碳酸鈣晶須原料豐碩、工藝簡(jiǎn)樸、本錢(qián)低、具有極高的性價(jià)比。

1.5硫酸鈣晶須[9]

硫酸鈣晶須是一種半水或無(wú)水纖維狀單晶體，具有完整結(jié)構(gòu)、特定橫截面和不亂的尺寸。與其他短纖維比擬，硫酸鈣晶須具有耐高溫、抗化學(xué)侵蝕、強(qiáng)度高、電絕緣性好、相容性好、易進(jìn)行表面處理、與聚合物的親和能力強(qiáng)等長(zhǎng)處。此外，硫酸鈣晶須，低毒性、綠色環(huán)保、原料豐碩、價(jià)格低廉、性價(jià)比很高。

1.6氧化鋅晶須[10]

氧化鋅（ZnO）晶須按結(jié)構(gòu)，可分為兩類：一維針狀氧化鋅晶須和具有三維空間結(jié)構(gòu)的四針狀氧化鋅晶須。前者主要用於增強(qiáng)，後者因?yàn)楠?dú)特的結(jié)構(gòu)，使其機(jī)能要優(yōu)於一般晶須，除了用於增強(qiáng)，還用於進(jìn)步高分子材料抗靜電性。所謂四針狀是由於，其有一個(gè)核心，從核心徑向方向舒展出四根針狀晶體，每根針狀體均為單晶體，任意兩個(gè)針狀體的夾角為109°28′。西南交通大學(xué)和沈陽(yáng)化工學(xué)院已研制成功了四針狀氧化鋅的制備工藝，並投入了出產(chǎn)。

1.7纖維素晶須[11]

纖維素晶須主要由從植物（棉花，稻草乾等），細(xì)菌，被囊類海生動(dòng)物等分離出的纖維素經(jīng)酸水解制得，其具有來(lái)源豐碩、價(jià)格低廉、可再生、可降解、力學(xué)機(jī)能優(yōu)良等長(zhǎng)處。

2·晶須在環(huán)氧樹(shù)脂改性中的研究和應(yīng)用

2.1增強(qiáng)增韌

對(duì)晶須增韌增強(qiáng)聚合物作用機(jī)理的研究還很少，目前，主要仍是鑒戒，引用晶須增韌增強(qiáng)陶瓷基體機(jī)理[12-14]：經(jīng)由偶聯(lián)劑處理過(guò)的晶須，能夠很好地不亂分散在基體中，晶須被基體良好浸潤(rùn)，界面粘結(jié)強(qiáng)度增大。通過(guò)這個(gè)界面，基體和晶須連成一個(gè)整體。當(dāng)基體受到外力作用時(shí)，應(yīng)力可以通過(guò)這個(gè)界面平均傳遞，吸收大量能量。一方面，基體中泛起裂紋時(shí)，晶須在斷開(kāi)的裂紋表面橋連，可阻礙裂紋的進(jìn)一步發(fā)展；另一方面，裂紋碰到晶須，要想進(jìn)一步發(fā)展，就必需破壞或拔除晶須，而晶須強(qiáng)度高，模量高，破壞或拔除晶須需要消耗巨大的能量，而當(dāng)裂紋繞過(guò)晶須，進(jìn)一步發(fā)展，引發(fā)更多微裂紋。又因晶須長(zhǎng)徑比較大，需要吸收更多能量，從而起到明顯增大EP基體強(qiáng)度和韌性的作用。

與無(wú)機(jī)晶須比擬，纖維素晶須有獨(dú)特之處，其輕易形成晶須滲流網(wǎng)絡(luò)，在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)晶須間強(qiáng)的氫鍵作用使得應(yīng)力更輕易傳遞，從而起到明顯增強(qiáng)增韌作用[15]。

王蓉等[16]研究了不同晶須及晶須用量對(duì)復(fù)合樹(shù)脂力學(xué)機(jī)能的影響，結(jié)果表明：硼酸鋁晶須熔附二氧化硅SiO2用量為60時(shí)，雙酚F型環(huán)氧復(fù)合樹(shù)脂的機(jī)能最佳，彎曲強(qiáng)度為79.80±2.55MPa，進(jìn)步了30%，彎曲彈性模量可達(dá)3616.36±44.00MPa，進(jìn)步了1.4倍。

戴靜等[17]研究了硼酸鹽晶須改性環(huán)氧樹(shù)脂機(jī)能，結(jié)果表明：不進(jìn)行表面處理和以硅烷偶聯(lián)劑KH-550表面處理的硼酸鹽晶須/樹(shù)脂體系相互作用弱，力學(xué)機(jī)能沒(méi)有明顯改善；而硼酸酯偶聯(lián)劑BE3和n-BE4表面處理效果好，能明顯進(jìn)步EP復(fù)合材料的力學(xué)機(jī)能；硼酸鎂晶須/樹(shù)脂體系的力學(xué)機(jī)能優(yōu)於對(duì)應(yīng)的樹(shù)脂/硼酸鋁晶須共混體系。劉琳等[18]研究了鈦酸鉀晶須（PTW）表面改性及增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂，采用表面包覆法對(duì)PTW進(jìn)行包覆二氧化硅處理，並用硅烷偶聯(lián)劑KH550和KH560對(duì)包硅後的PTW進(jìn)行表面改性，制備了環(huán)氧樹(shù)脂EP/PTW復(fù)合材料，考察了改性方法、晶須含量、偶聯(lián)劑種類等對(duì)復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度的影響。模式很好，值得借鑒

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