蔣文明，王海龍，李思雨

（沈陽化工大學(xué)，遼寧沈陽 110000）

環(huán)氧樹脂是現(xiàn)階段社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)上廣泛流傳的熱固性樹脂之一，這種材料具備較強(qiáng)的黏接力、良好的電絕緣性、較小的收縮性、較強(qiáng)的穩(wěn)定性。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，環(huán)氧樹脂在土木工程、航空、電子工程等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。納米復(fù)合材料主要是指分散相尺度至少有一維小于100nm 的復(fù)合材料，受納米復(fù)合材料自身性能的影響，將其和環(huán)氧樹脂組合使用能夠進(jìn)一步提升環(huán)氧樹脂的使用性能。為此，本文就環(huán)氧樹脂/黏土納米復(fù)合材料的制備和性能強(qiáng)化問題進(jìn)行探究。

1 環(huán)氧樹脂/黏土納米復(fù)合材料的制備

1.1 剝離吸附制備方式

黏土中所包含的層狀硅酸鹽晶片會(huì)依靠微弱分子之間的作用力來堆砌成一種十分有序的疊層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在溶劑中會(huì)呈現(xiàn)出分散的狀態(tài)。剝離吸附就是應(yīng)用這一原理特點(diǎn)將黏土在可溶解的聚合物或者聚合溶劑中分散形成單片硅酸鹽晶片，這種晶片在使用的時(shí)候往往能夠被聚合物吸附。在去除溶劑之后晶片會(huì)被重新分布，通過應(yīng)用重新分布的晶片能夠獲得質(zhì)量上乘的納米復(fù)合材料。

在具體加工操作的時(shí)候會(huì)應(yīng)用多種類型的硅酸鹽晶片來打造出多層結(jié)構(gòu)，這種方法被人們廣泛應(yīng)用在水溶性聚合物、黏土插層類型的納米復(fù)合材料制備，其中具備典型代表的材料包含聚乙烯醇、黏土、聚氧化乙烯等。

1.2 原位插層聚合

原位插層聚合方法主要是將單體或者齊聚物插層到黏性土層上，之后應(yīng)用引發(fā)劑或者其他操作方式來引發(fā)聚合反應(yīng)。借助反應(yīng)放熱來改變之前的黏土層狀結(jié)構(gòu)，將微米尺度的黏土顆粒剝離成厚度為0.94mm 的硅酸鹽晶片，并將其均勻地涂抹在聚合物基體上，從而實(shí)現(xiàn)聚合物和黏土在納米尺度上的復(fù)合。在具體操作的時(shí)候，原位插層聚合按照基本反應(yīng)類型可以劃分為插層縮聚、插層加聚兩種類型，按照混合方式的不同可以具體劃分為直接混合和借助溶劑和插層溶液的混合方法。

1.3 熔融插層處理

在具體操作時(shí)，如果聚合物和硅酸鹽晶片顯示出比較明顯的相容性，在這些材料處于一種熔斷狀態(tài)的時(shí)候，聚合物會(huì)和黏性土共同融合在一起，由此形成一種復(fù)合型材料。這種操作方式在不適用溶劑的情況下就能夠達(dá)到理想的效果，是現(xiàn)階段制備以PP 為代表的聚合物/黏土納米復(fù)合材料。

1.4 模板合成

在具備聚合物和硅酸鹽結(jié)構(gòu)單元的水溶液中能夠直接合成硅酸鹽晶片，這種類型的晶片還能夠用來合成雙層OH 的納米復(fù)合材料。但是在具體操作的時(shí)候受動(dòng)力學(xué)的影響，最終形成的硅酸鹽晶片尺寸大小不符合天然黏性土的使用要求，總體上是后者三分之一的厚度大小。在具體實(shí)踐操作的時(shí)候通過應(yīng)用聚合物能夠促進(jìn)無機(jī)相黏土硅酸鹽晶片的合成。

這種操作方法主要用在水溶性聚合物、PVPyr、聚苯胺、HPMC 和PAN 聚合物之后，在具體實(shí)施操作之后常用的方案是2wt%的硅溶膠、Mg（OH）2膠和LiF，在將這些材料和理想的水溶性聚合物融合在一起之后加熱回流兩天。在實(shí)驗(yàn)操作的時(shí)候?qū)娱g距和加入聚合物的重量分散會(huì)呈現(xiàn)出一種正相關(guān)的關(guān)系。

在先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展支持下，人們開始應(yīng)用原位插層聚合方法綜合制備材料，在制備的過程中會(huì)采用原位插層聚合制備方式。有學(xué)者研究了混合方法和混合時(shí)間對(duì)環(huán)氧樹脂插層黏土性質(zhì)的影響，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)在直接應(yīng)用混合方法和溶液混合方法之后，d001 均從2.4mm 增加到3.7mm，與此同時(shí)，黏土層之間還能夠容納環(huán)氧樹脂的飽和數(shù)值，在達(dá)到這個(gè)數(shù)值之后會(huì)在以往基礎(chǔ)上延長(zhǎng)溶劑的使用時(shí)間，并在實(shí)驗(yàn)操作的時(shí)候增強(qiáng)環(huán)氧樹脂在黏土層之間的安全性和穩(wěn)定性。

2 環(huán)氧樹脂/黏土納米復(fù)合材料的力學(xué)性能

經(jīng)過環(huán)氧樹脂/黏土納米復(fù)合材料的力學(xué)性能測(cè)試分析可以發(fā)現(xiàn)，在一定的研究范圍內(nèi)，隨著蒙脫土含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度會(huì)經(jīng)歷從增大到減小的變化，在這個(gè)過程中所有材料的沖擊強(qiáng)度也會(huì)不斷增加。在蒙脫土的添加數(shù)量達(dá)到6g 的時(shí)候，整個(gè)蒙脫土的拉伸強(qiáng)度會(huì)達(dá)到最大的狀態(tài)，即從純環(huán)氧樹脂的50.25MPa 提升到71.48MPa，伴隨而來的是沖擊強(qiáng)度也從之前的22.4kJ/m2提升到34.56kJ/m2，總體數(shù)值都會(huì)提升到一定的比例。在蒙脫土的含量增加到10g 的時(shí)候，蒙脫土的拉伸強(qiáng)度也會(huì)降低，沖擊強(qiáng)度會(huì)提升到55.24kJ/m2。

在具體實(shí)踐操作的時(shí)候如果蒙脫土的基本屬性是層狀無機(jī)硅酸鹽黏性土的聚集體，那么它的片狀晶體則會(huì)顯示出較大的強(qiáng)度和剛度，固化之后的蒙脫土在樹脂基體中會(huì)以層片狀的形態(tài)分布，總體表面積較大。在受到外力影響的情況下，納米級(jí)別的蒙脫土層會(huì)產(chǎn)生較多的銀紋，吸收能力和沖擊能力和之前相比也有所提升。少量蒙脫土的使用會(huì)在較大范圍內(nèi)提升環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能，使其顯示出和其他微米級(jí)別填料不可相比的優(yōu)勢(shì)性。

3 環(huán)氧樹脂/黏土納米復(fù)合材料的熱學(xué)性能

從實(shí)踐操作上來看，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也是衡量聚合物復(fù)合材料熱性能的一個(gè)重要參數(shù)指標(biāo)，但是目前對(duì)聚合物、黏土納米復(fù)合材料的轉(zhuǎn)化研究存在較多的爭(zhēng)議。有學(xué)者在實(shí)驗(yàn)中無法看到聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變，而出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是處于蒙脫土片層坑道高分子鏈段運(yùn)動(dòng)和自身狀態(tài)不同變化所引起的，但是關(guān)于其是否會(huì)超出觀測(cè)范圍，仍然沒有更深入的研究報(bào)道。

在以往研究基礎(chǔ)上人們選擇應(yīng)用DSC 對(duì)環(huán)氧樹脂/黏土納米復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變進(jìn)行了深入的研究，經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)研究證明，在材料提升溫度為20℃/min，材料的性能轉(zhuǎn)變不夠明顯，僅僅能夠觀察到一個(gè)斜向上的直線。在升溫速率為40℃/min 就會(huì)明顯地觀察到玻璃的轉(zhuǎn)變。由此可以證明，在環(huán)氧樹脂/黏土納米復(fù)合材料體系中，蒙脫土片晶或者單層晶會(huì)以納米尺度均勻分布在樹脂基體中，自由體積減少，因而受熱時(shí)所能夠開展的鏈段運(yùn)動(dòng)更加困難，熱穩(wěn)定性能會(huì)提升。

4 結(jié)束語

綜上所述，雖然當(dāng)前人們對(duì)環(huán)氧樹脂/黏土納米復(fù)合材料的研究處于一種起步階段，但是現(xiàn)有的研究結(jié)果已經(jīng)證明這類材料擁有廣闊的應(yīng)用空間。但是從研究上來看，人們對(duì)環(huán)氧樹脂材料的應(yīng)用認(rèn)識(shí)還處于比較膚淺的階段，主要關(guān)注的是環(huán)氧樹脂和黏性復(fù)合前后拉伸強(qiáng)度和模量的變化，沒有充分考慮到環(huán)氧樹脂材料的沖擊性和柔韌性，這一方面的研究是未來需要改進(jìn)和完善的。在先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展支持下，未來關(guān)于環(huán)氧樹脂的研究將會(huì)集中在環(huán)氧樹脂和黏土二元結(jié)合、橡膠增韌和熱塑性樹脂材料工藝改進(jìn)方面，并借助先進(jìn)的技術(shù)形式對(duì)這一材料的加工工藝和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究，不斷優(yōu)化材料的加工操作流程，節(jié)省加工成本。