紫外光辐射纳米SiO<,2>有机复合材料的制备与表征

• 作 者: 徐国财
• 机 构: 中国科学院固体物理研究所
• 出 处: 中国科学院合肥分院固体物理研究所 中国科学院固体物理研究所
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 无机-有机纳米复合材料 纳米二氧化硅 紫外光原位聚合 内耗 纳米压痕

以环氧丙烯酸酯齐聚体,1,6-二丙烯酸己酯、丙烯酸酯为活性单体,紫外光敏剂Dacrocur 1173、以及纳米SiO<,2>粉体为组分,借助机械/超声分散,形成稳定的纳米SiO<,2>紫外光可聚合分散体系,以紫外光辐射聚合技术原位合成了一种新型的纳米SiO<,2>有机复合材料.为使纳米SiO<,2>在紫外光有机可聚合体系中具有良好的分散性,在丙酮有机溶液中以表面改性剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷对纳米SiO<,2>进行表面改性.光电子能谱测试表明,硅烷偶联剂成功地连接到纳米SiO<,2>的表面上.作为一种纳米粒子表面的组成,光电子能谱检测到了来自硅烷偶联剂分子中的碳,提高了表面改性的纳米SiO<,2>在紫外光有机可聚合体系中的相容性,增强了纳米SiO<,2>的分散性,提高了偶联剂改性纳米SiO<,2>复合材料的力学性能.将纳米SiO<,2>分散到紫外光可聚合体系中,通过紫外光原位聚合制得了纳米SiO<,2>/环氧丙烯酸酯复合材料.研究了影响纳米SiO<,2>紫外光可聚合体系分散稳定性的四个影响因素.红外光谱表征发现,纳米SiO<,2>和有机基体间存在化学作用力.测试了纳米SiO<,2>复合材料的力学性质,诸如材料受力形变下的拉伸强度、冲击韧性等,在添加3％纳米SiO<,2>的情况下,复合材料的拉伸强度、冲击韧性分别提高73％和387％;纳米SiO<,2>经表面改性后的复合材料的拉伸强度、冲击韧性比改性前又分别提高110％和420％;测试了纳米SiO<,2>复合材料的纳米深敏压痕下的压痕硬度、压痕膜量等,针对3％纳米SiO<,2>的复合材料,其压痕硬度、压痕膜量分别提高了288％和100％;通过压痕模量和拉伸模量比较发现,纳米压痕增益E<,I,ratio>=E<,I>/E<,I,0>=1.7-2.0与拉伸增益E<,T,ratio>=E<,T>/E<,T,0>=1.8-2.2具有一致性.为了解释纳米SiO<,2>对其复合材料的力学性质的贡献,提出了复合材料微观结构的核-壳模型,即纳米SiO<,2>粒子处于有机聚合物基体的包裹之中,而彼此间还存在着过渡层.用"核-过渡壳"结构模型和分散强度理论对纳米SiO<,2>提高复合材料力学性能进行了解释.对纳米SiO<,2>复合材料进行了热失重分析,热失重曲线表明纳米SiO<,2>的存在使得的复合材料的低温区耐热性有所提高,而高温区的耐热性有所降低,同时纳米SiO<,2>复合材料的热失重率所增加.这些现象表明:纳米SiO<,2>对复合材料具有热催化分解作用.