1 前 言在復(fù)合材料中所使用的填料大部分是天然的或人工合成的無(wú)機(jī)填料,都屬于極性的,水不溶性物質(zhì)。當(dāng)它們分散于極性極小的有機(jī)高分子樹脂時(shí),往往因二者的極性差異而造成相容性不良,直接或過(guò)多的填充易導(dǎo)致材料的力學(xué)性能下降。因此采用物理或化學(xué)的方法對(duì)無(wú)機(jī)填料表面進(jìn)行改性,使填料表面非極性化,從而提高其與樹脂的相容性,進(jìn)而提高復(fù)合材料制品的力學(xué)性能,具有一定的實(shí)際意義。
2 實(shí)驗(yàn)方案
2.1 實(shí)驗(yàn)用原料
1)不飽和聚酯樹脂191# 江蘇富麗化工廠
2)引發(fā)劑:過(guò)氧化甲乙酮 撫順化工廠
3)促進(jìn)劑:環(huán)烷酸鈷 撫順化工廠
4)鈦酸酯偶聯(lián)劑ＮＤＺ-401 南京曙光化工廠
5)重質(zhì)碳酸鈣 哈市龍江建材廠
2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備
1)萬(wàn)能電子實(shí)驗(yàn)機(jī)ＴＤＷ-5Ａ型 長(zhǎng)春智能儀器研究所
2)烘箱101-1型 上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠
3)金屬模具
2.3 試件的制備
1) 填料的表面改性本實(shí)驗(yàn)采用表面化學(xué)改性方法中的干法處理,過(guò)程如下:按1:1的比例(重量比)將鈦酸酯偶聯(lián)劑配成乙醇溶液,滴入烘干后的重質(zhì)碳酸鈣中并攪拌,時(shí)間控制在40～60分鐘,使處理劑充分包覆在填料表面,然后將其放入烘箱中,溫度控制在40℃左右,恒溫3小時(shí)。
2) ＵＰ樹脂澆鑄體及ＧＦＲＰ試件的制備根據(jù)相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),按處理后的填料與樹脂重量百分比分別為0%、10%、20%和30%制備樹脂澆鑄體及ＧＦＲＰ拉伸、彎曲試件。
3 結(jié)果與討論填料含量、處理劑用量對(duì)填料填充復(fù)合材料體系的力學(xué)性能均有顯著影響。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1和表2。為了更加直觀地觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果,還制作了六張曲線圖,以期對(duì)處理劑用量對(duì)試件力學(xué)性能的影響作出預(yù)測(cè)。本實(shí)驗(yàn)選用的鈦酸酯偶聯(lián)劑ＮＤＺ-401為配位型偶聯(lián)劑,不易于聚酯發(fā)生酯交換反應(yīng),適用于不飽和聚酯樹脂體系。由表1、表2及圖1～6可見(jiàn):填料的加入使ＵＰ樹脂澆鑄體、ＧＦＲＰ的拉伸、彎曲強(qiáng)度顯著下降,拉伸、彎曲模量提高,且有隨填料用量的增加而發(fā)展的趨勢(shì)。填充體系模量的上升歸結(jié)于填料的模量比聚合物的模量大許多倍。大量的研究表明:即使填料
與基體之間沒(méi)有較強(qiáng)的相互作用,含有剛性微粒填料的聚合物模量也有所提高。復(fù)合體系力學(xué)性能的下降則是由于填料與樹脂間極性的差異造成的。在填充體系中填料為分散相,實(shí)際上是被分割在基體樹脂構(gòu)成的連續(xù)相中。即使填料顆粒與基體樹脂結(jié)合良好沒(méi)有氣泡和孔洞,但在受力截面上基體樹脂的面積必然小于純樹脂纖維體系。由于填料與基體樹脂間的作用力較弱,在承受外力作用時(shí),基體樹脂從顆粒表面被拉開,致使填充體系的強(qiáng)度較未填充體系有所下降。鈦酸酯偶聯(lián)劑ＮＤＺ-401含有兩種類型的官能團(tuán),其中一端為易水解的短鏈烷氧基,當(dāng)碳酸鈣表面單分子層結(jié)合水作用而結(jié)合在碳酸鈣填料表面,使填料表面非極性化,而偶聯(lián)劑另一端的長(zhǎng)鏈烷氧基則與ＵＰ樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鈦酸酯偶聯(lián)劑事實(shí)上起到了一種“橋聯(lián)”的作用,改善了填料與樹脂間的界面粘結(jié)�；瘜W(xué)鍵理論認(rèn)為通過(guò)化學(xué)鍵的形成而實(shí)現(xiàn)的界面粘結(jié),理論上可以獲得很高的粘結(jié)強(qiáng)度。對(duì)試件的測(cè)試結(jié)果表明經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑改性后的填料填充ＵＰ樹脂澆鑄體、ＧＦＲＰ的強(qiáng)度、模量均有不同程度的提高。
4 結(jié) 論碳酸鈣的加入使ＵＰ樹脂澆鑄體、ＧＦＲＰ的拉伸和彎曲強(qiáng)度顯著下降,且隨填料用量的增加而愈趨顯著。而經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑ＮＤＺ-401改性后的填料填充ＵＰ樹脂澆鑄體、ＧＦＲＰ的拉伸彎曲強(qiáng)度則較未改性的填充體系有顯著提高。表明ＮＤＺ-401對(duì)碳酸鈣有較好的表面改性效果。
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