论文部分内容阅读
为提高自由基固化树脂(FRCR)的性能,扩展其用途,选择邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP)及乙烯基酯树脂(VER)为基体,分别加入有机层状硅酸盐(OLS),进行了纳米改性的研究。主要工作及结论如下：(1)利用两种无机层状硅酸盐(LS)：钠蒙脱石(Na-MMT)及钙累托石(Ca-REC)通过阳离子交换反应制备了有机蒙脱石(OMMT)及有机累托石(OREC)。测试结果表明,有机层状硅酸盐(OLS)的IR谱图显示有机基团的信息,层间距变大,200℃以前的热稳定性增加。(2)分别利用四种OLS通过原位聚合的方法,制备DAP基及VER基纳米复合材料,XRD及TEM测试表明,DAP/OMMT纳米复合材料具有有序插层结构,DAP/OREC形成以插层为主、有一定程度剥离的结构,而四种VER/OLS纳米复合材料均具有以剥离为主的结构。长链有机插层剂的结构对DAP基纳米复合材料的结构类型无重要影响,但影响微米尺度上插层团聚体的大小及分布。(3) DAP/OLS纳米复合材料的弯曲强度及冲击强度随OLS含量的增加均有一最大值,而弯曲模量的变化与无机土的类型有关,加入OLS也可提高DAP/OLS纳米复合材料的动态贮存模量及玻璃化转变温度。对VER/OLS纳米复合材料,如果按通常的固化方法,纳米复合材料的弯曲强度随OLS含量的增加而下降,弯曲模量仅有少量增加并且反应体系的凝胶时间变长、固化后聚合物的不溶分数降低、固化材料的玻璃化转变温度下降。加入中温引发剂BPO并改变固化历程,可提高纳米复合材料的固化度,因而弯曲模量及动态贮存模量进一步提高,弯曲强度及玻璃化转变温度也可增加到分别高于VER基体的弯曲强度及玻璃化转变温度。冲击强度随OLS含量的增加而下降。(4) DAP/OLS纳米复合材料的热稳定性随OLS含量的增加而降低,而VER基纳米复合材料的热稳定性能优于VER基体。两种基体的粘土纳米复合材料的热稳定性能均受插层剂结构及无机土类型的影响。(5)OLS加入到DAP中使反应体系的凝胶时间延长(MHAB-MMT反应体系除外),DSC曲线呈现两个放热峰,总活化能增加,固化度稍微降低,表明OLS对反应有一定阻碍作用。但加入OLS对DAP单体的凝胶转化率、固化物中聚合物的不溶分数、预聚物的分子量及分子量分布、碘值无明显影响,这表明OLS不改变DAP聚合的机理。(6)系统地研究了插层剂结构、聚合物及单体极性、交联、聚合热对FRCR/LS纳米复合材料微观结构的影响。结果发现,插层剂的作用是扩大层间距以利单体插入,对纳米复合材料的微观结构无重要影响。另外,聚合物及单体极性也不是影响粘土片层在DAP及通用VER树脂中剥离的重要因素。只有当凝胶前反应产生的热量足以驱动MMT片层剥离时才能制备剥离结构的纳米复合材料。在此基础上,提出一个原位聚合制备FRCR/LS纳米复合材料时,LS在FRCR基体中的分散过程模型,其要点是：1)单体或液态分子的插层过程可以分为初次插层及后续插层两个过程；2)初次插层后OLS的层间距主要受单体极性控制,后续插层由化学反应驱动,凝胶可能影响后续插层过程；3)只有当后续插层能顺利进行,并使层间距达到8 nm以上时,才能制备具有剥离结构的纳米复合材料。(7)利用四种OLS改性DAP基单向纤维层合板,发现OLS对沿纤维方向的弯曲性能无明显影响,层间剪切及压缩强度与插层剂及无机土类型有关,当OLS含活性插层剂或有一定剥离时,层间剪切强度及偏轴压缩强度增加比较明显,这与基体性能的提升及基体与玻璃纤维两相界面黏结性能的改善有关。