纳米SiO2/EP复合材料的制备与性能研究

柯昌银

(江西现代职业技术学院，江西 南昌 330095)

1 引言

环氧树脂是三大通用型热固性树脂之一，而环氧树脂中因为含有独特的环氧基以及羟基、醚键等活性基团和极性基团，因而具有许多优异的性能[1-2]。但是固化后的环氧树脂呈三维网状结构，具有很高的交联密度，故其内应力、质脆、耐热性和耐冲击性较差，从而限制了环氧树脂的应用[3-4]。纳米粒子具有独特的表面效应和量子尺寸效应，表现出较高的活性，很容易与环氧树脂中的某些官能团发生物理或化学作用，可提高复合材料的力学性能和热性能[5-6]。本文采用掺加纳米SiO2粒子增强增韧环氧树脂，从而提高环氧树脂的应用范围。

2 实验部分

2.1 实验原料

表1 实验原料

2.2 样品制备

用硅烷偶联剂KH-550对纳米SiO2进行表面改性处理，在分散好的SiO2/EP体系中加入固化剂聚酰胺650，并配制成浇铸液放入真空干燥箱，抽真空5min后将浇铸液小心地沿着筷子慢慢地从模具中间引流入模具中，这样可以浇注均匀并尽可能减少气泡的产生。试样在室温下固化3d后，再放入100℃烘箱里烘4h，最后在室温下冷却1d，即制得纳米SiO2/EP复合材料样品。将样品按国标制作成标准试样，最后进行性能测试。

3 结果与讨论

3.1 冲击强度

采用摆锤式简支梁冲击试验机测试后，测得SiO2/EP复合材料的冲击强度，如图1所示。

图1 纳米SiO2掺量及处理方法对环氧树脂冲击强度的影响

随着纳米SiO2含量增加，复合材料的冲击强度先增大后减小。当纳米SiO2掺量为3%，并采用偶联剂对纳米SiO2进行表面改性和超声波分散时，复合材料冲击强度达到最大，且最大值为18.7KJ/m2，相比纯环氧树脂，其冲击强度提高了112.5%。

3.2 弯曲强度

采用电子万能试验机测试后，测得SiO2/EP复合材料的弯曲强度，如图2所示。

图2 纳米SiO2掺量及处理方法对环氧树脂弯曲强度的影响

随着纳米SiO2掺量的增加，复合材料的弯曲强度先增大后减小。当纳米SiO2掺量为3%，并采用偶联剂/超声分散时，复合材料的弯曲强度达到最大，其最大值为36.0MPa，相比纯环氧树脂，其弯曲强度提高了100%。

3.3 拉伸强度

采用电子万能试验机测试后，测得SiO2/EP复合材料的拉伸强度，如图3所示。

图3 纳米SiO2掺量及处理方法对环氧树脂拉伸强度的影响

随着SiO2掺量的增加，复合材料的拉伸强度先减小后增大，然后又减小。当纳米SiO2掺量为3%，并采用偶联剂/超声分散时，复合材料的拉伸强度达到最大，其最大值为36.0MPa，相比纯环氧树脂，其强度提高了23.0%。

4 结论

本文以纳米SiO2粒子填充环氧树脂，并采用偶联剂/超声分散处理，研究了纳米SiO2粒子掺量对SiO2/EP复合材料的冲击强度、弯曲强度和拉伸强度的影响，结论如下：

纳米SiO2粒子的掺加，能显著提高环氧树脂的冲击强度、弯曲强度和拉伸强度，当纳米SiO2掺量为3%时，其综合改善效果最佳。

采用偶联剂进行表面改性处理和超声波分散处理，能显著提升环氧树脂的力学性能，起到增强增韧环氧树脂的作用。

*基金项目：纳米二氧化硅/环氧树脂复合材料的制备与性能研究。