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本文用烷基季胺盐对钠基蒙脱土进行有机化处理,使其成为有机蒙脱土(Org-MMT)。X-射线衍射(XRD)分析结果表明有机胺阳离子已同蒙脱土中的钠阳离子发生离子交换作用,烷基长链进入蒙脱土层间,导致层间距扩大,并使蒙脱土层间亲水性转变成亲油性。采用原位插层聚合法通过浇模固化成型制备了热固性树脂/蒙脱土纳米复合材料,并用XRD,DMTA,DSC等手段研究了热固性树脂与有机蒙脱土的插层与剥离行为,并对固化过程进行了理论预估。所研究的内容及其结论主要包括以下五个部分: (1) XRD测试表明环氧树脂进入了有机蒙脱土片层内,使蒙脱土层间距增大。用二乙烯三胺或咪唑作固化剂时,形成插层型纳米复合材料,而用桐油酸酐作固化剂时形成的是剥离型纳米复合材料。 (2) XRD测试表明热固性酚醛树脂与热塑性酚醛树脂均能在一定的固化温度下进入有机蒙脱土的片层内,而且从衍射峰的位置和强度可以得出前者的插层效果比后者好。 (3) DSC研究了环氧树脂/二乙烯三胺/蒙脱土、环氧树脂/桐油酸酐/蒙脱土、环氧树脂/咪唑/蒙脱土固化体系在不同Org-MMT配比(0,5,10%)及不同温度下的固化动力学,除了运用常见的Kissinger和Crane方法求出活化能和反应级数等动力学参数外,还尝试了用修正的Avrami方程和自催化动力学模型研究了环氧树脂/蒙脱土体系的固化动力学。同时还利用了Flynn-Wall-Ozawa方法求出环氧树脂/桐油酸酐/蒙脱土固化体系随着反应的进行不同固化度时对应的瞬间表观活化能。其中Org-MMT用量分别为0,5,10%时,环氧树脂/二乙烯三胺/蒙脱土体系表观活化能分别为66.5,55.4,54.6kJ/mol,环氧树脂/桐油酸酐/蒙脱土固化体系表观活化能分别为92.6,87.9,82.5kJ/mol,环氧树脂/咪唑/蒙脱土固化体系表观活化能分别为69.2,69.6,61.6kJ/mol,这三种固化体系的表观活化能随Org-MMT用量的增加逐渐降低或几乎不变,避免了粘土的引入使活化能增大,便于纳米材料制备工艺的推广。 (4) 对于环氧树脂/二乙烯三胺/蒙脱土纳米复合材料,DMTA测试的是层外固化环氧树脂的玻璃化转变温度,其值与固化温度紧密相关,加入蒙脱土后纳米复合材料的低温α′松弛峰消失。对于环氧树脂/桐油酸酐/蒙脱土纳米复合材料,DMTA测试表明桐油酸酐固化的环氧树脂的玻璃化转变温度随粘土的加入而降低。 (5) 利用环氧树脂胶粘特性,测试环氧树脂/二乙烯三胺/蒙脱土纳米复合材料单面铝片搭接拉仲剪切强度和菌形试样抗拉强度,得到有机蒙脱土含量为3%时拉伸剪切强度和抗拉强度最大,分别为8.94Mpa和10.04Mpa。