晶須環(huán)氧樹脂力學機能抗靜電性綜述

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   慧聰涂料原料網(wǎng)訊：摘要：晶須因其直徑小、長徑比大，具有高強度、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特的作用。環(huán)氧樹脂因其具有強度高、粘結(jié)性好、熱不亂性好及強度高、收縮性小等特點在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。晶須改性環(huán)氧樹脂可以進一步進步其力學機能、耐摩擦磨損機能以及抗靜電機能。本文先容了幾種在環(huán)氧樹脂改性研究和應(yīng)用中常見的晶須及其機能，並對海內(nèi)外近幾年內(nèi)晶須在環(huán)氧樹脂復(fù)合材料方面的研究和應(yīng)用進行了綜述。

樞紐詞：晶須環(huán)氧樹脂力學機能抗靜電性綜述

目前，在產(chǎn)業(yè)出產(chǎn)和實驗研究中所用到的晶須絕大多數(shù)都是指無機物晶須，有機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，但長徑比很大。無機晶須中原子排列高度有序，結(jié)晶完整，具有高強度、高模量、低密度、耐熱、耐磨等優(yōu)異機能。將晶須填充於聚合物基體中，可以明顯進步聚合物材料的綜合機能[1]。

環(huán)氧樹脂（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、耐化學藥品機能及強度高、收縮率小、價格低廉等特點，廣泛應(yīng)用於涂料、膠黏劑、輕工、建築、機械、航天航空、電子電氣絕緣材料以及提高前輩復(fù)合材料等各個領(lǐng)域。但因為環(huán)氧樹脂固化物脆性大、抗沖擊強度低、易開裂、抗靜電性差等缺點，限制了其進一步應(yīng)用[2]。

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

1·晶須的種類

將根據(jù)晶須的化學結(jié)構(gòu)進行分類。

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化學活性很高，應(yīng)用較少；而K2O·6TiO2具有優(yōu)良的絕熱性、耐化學藥品性、耐磨性、低熱導率和高紅外反射率、高溫下導熱系數(shù)極低、價格較低以及硬度低等特點，應(yīng)用價值最大，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，韌性和導電性等綜合機能更好。

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，機械機能和化學機能極其不亂。另外，從組成上看，Al2O3成分佔比較大，因而其與金屬共價性高，具有中子吸收能力，電絕緣性、化學不亂性和耐熱性好，可用作金屬、陶瓷、纖維等增強材料。

1.4碳酸鈣晶須[8]

碳酸鈣（CaCO3）晶須是近年來新開發(fā)出來的一種新型針狀晶須，具有強度高、尺寸不亂性、耐熱性、耐磨性優(yōu)良等長處，此外，制備碳酸鈣晶須原料豐碩、工藝簡樸、本錢低、具有極高的性價比。

1.5硫酸鈣晶須[9]

硫酸鈣晶須是一種半水或無水纖維狀單晶體，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、抗化學侵蝕、強度高、電絕緣性好、相容性好、易進行表面處理、與聚合物的親和能力強等長處。此外，硫酸鈣晶須，低毒性、綠色環(huán)保、原料豐碩、價格低廉、性價比很高。

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，後者因為獨特的結(jié)構(gòu)，使其機能要優(yōu)於一般晶須，除了用於增強，還用於進步高分子材料抗靜電性。所謂四針狀是由於，其有一個核心，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，任意兩個針狀體的夾角為109°28′。西南交通大學和沈陽化工學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），細菌，被囊類海生動物等分離出的纖維素經(jīng)酸水解制得，其具有來源豐碩、價格低廉、可再生、可降解、力學機能優(yōu)良等長處。

2·晶須在環(huán)氧樹脂改性中的研究和應(yīng)用

2.1增強增韌

對晶須增韌增強聚合物作用機理的研究還很少，目前，主要仍是鑒戒，引用晶須增韌增強陶瓷基體機理[12-14]：經(jīng)由偶聯(lián)劑處理過的晶須，能夠很好地不亂分散在基體中，晶須被基體良好浸潤，界面粘結(jié)強度增大。通過這個界面，基體和晶須連成一個整體。當基體受到外力作用時，應(yīng)力可以通過這個界面平均傳遞，吸收大量能量。一方面，基體中泛起裂紋時，晶須在斷開的裂紋表面橋連，可阻礙裂紋的進一步發(fā)展；另一方面，裂紋碰到晶須，要想進一步發(fā)展，就必需破壞或拔除晶須，而晶須強度高，模量高，破壞或拔除晶須需要消耗巨大的能量，而當裂紋繞過晶須，進一步發(fā)展，引發(fā)更多微裂紋。又因晶須長徑比較大，需要吸收更多能量，從而起到明顯增大EP基體強度和韌性的作用。

與無機晶須比擬，纖維素晶須有獨特之處，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，通過晶須間強的氫鍵作用使得應(yīng)力更輕易傳遞，從而起到明顯增強增韌作用[15]。

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

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


















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