離心輔助法制備環(huán)氧樹脂/納米氧化硅復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明離心輔助法制備環(huán)氧樹脂/納米氧化硅復(fù)合材料的方法，屬于新材料的制 備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于離心輔助法得到環(huán)氧樹脂/納米氧化硅復(fù)合材料的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 環(huán)氧樹脂是一種在許多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的合成樹脂，它以優(yōu)良的力學(xué)性能、粘結(jié) 性能、耐熱性能、尺寸穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、航空航天、膠粘劑、涂料等領(lǐng)域。自20世 紀(jì)80年代以來，隨著納米復(fù)合材料的出現(xiàn)和納米技術(shù)的形成，聚合物/納米復(fù)合材料以其 卓越的綜合性能和廉價的處理成本引起了人們的廣泛關(guān)注，已制備出各種類型的納米復(fù)合 材料。如王立等人（Li Wang et al, Macromolecular Materials and Engineering)通過 原位聚合法制備了納米氧化硅/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，結(jié)果表明：復(fù)合材料的韌性得到提高 (拉伸應(yīng)變提高），但該方法工序較多，制備繁瑣。此外，采用液晶分子或其它柔性分子改性 環(huán)氧樹脂也可以取得一些不錯的效果，但這些成分的引入會使環(huán)氧樹脂的尺寸穩(wěn)定性和熱 穩(wěn)定性降低，且成本有很大的提高。另外，在現(xiàn)有的改性方法中，很難使復(fù)合材料的綜合性 能得到提尚。
[0003] 納米氧化硅粒子表面的非配位原子多，與環(huán)氧樹脂發(fā)生物理和化學(xué)結(jié)合的可能性 大，可起到增強(qiáng)界面結(jié)合，并承擔(dān)一定載荷的作用。納米粒子的粒徑較小，易團(tuán)聚。因此，在 納米粒子制備和應(yīng)用過程中應(yīng)對納米粒子進(jìn)行表面處理。納米粒子的表面處理方法主要 有物理法和化學(xué)法兩大類，其中物理法是通過球磨、研磨、膠體磨和超聲波法等分散納米粒 子，其中超聲波法效果最好?；瘜W(xué)法是使用偶聯(lián)劑對納米粒子進(jìn)行表面改性，也就是通過物 理吸附和化學(xué)吸附改善納米粒子的表面可潤濕性，該方法效果也較好，但存在的不足之處 是容易在成型及混合過程中引入氣泡。
[0004] 綜上所述，無機(jī)納米粒子能夠顯著改善環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的性能，但是，納米粒子 的均勻分散及氣泡的消除是環(huán)氧樹脂復(fù)合材料首先應(yīng)該解決的問題。在現(xiàn)有的制備方法 中，氧化硅顆粒添加到環(huán)氧樹脂中很容易出現(xiàn)混合不均以及引入氣泡等方面的問題。因此， 合理解決上述問題，對于環(huán)氧樹脂/納米氧化硅復(fù)合材料的發(fā)展意義重大。但是目前沒有 這一方面的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明離心輔助法制備環(huán)氧樹脂/納米氧化硅復(fù)合材料的方法，目的在于為了解 決納米粒子易團(tuán)聚和引入氣泡的問題是，提供一種保證納米顆粒與環(huán)氧樹脂混合均勻，解 決了納米粒子易團(tuán)聚問題，且可以消除氣泡的基于納米氧化硅顆粒的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的 制備方法。
[0006] 本發(fā)明離心輔助法制備環(huán)氧樹脂/納米氧化硅復(fù)合材料的方法，其特征在于保證 納米顆粒與環(huán)氧樹脂混合均勻，解決了納米粒子易團(tuán)聚問題，且可以消除氣泡的基于納米 氧化硅顆粒的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，具體工藝步驟如下：
[0007] 1)取濃度為95 %的乙醇并先后加入偶聯(lián)劑和納米氧化硅顆粒，機(jī)械攪拌 30-50min，再超聲波分散50-60min，其中，所述的偶聯(lián)劑為硅烷類偶聯(lián)劑、鋁酸酯類偶聯(lián)劑、 鋯鋁酸酯類偶聯(lián)劑或鈦酸酯類偶聯(lián)劑，所述的納米氧化硅顆粒的粒徑為30-150nm ;
[0008] 2)將步驟1)中的乙醇溶液加熱烘干后，得到預(yù)處理過的納米氧化硅顆粒，將預(yù)處 理過的納米氧化硅顆粒研磨30-50min后，得到改性的納米氧化硅顆粒；
[0009] 3)取環(huán)氧樹脂并在65-70°C的條件下預(yù)熱20-30min，將步驟（2)中得到的改性 的納米氧化硅顆粒和固化劑加入到預(yù)熱好的環(huán)氧樹脂中，機(jī)械攪拌30-40min，超聲波分散 30?60min，其中，環(huán)氧樹脂、納米氧化娃顆粒、偶聯(lián)劑和固化劑四者的質(zhì)量比為100: (2? 6) : (0. 02?0. 24) : (30?80)，所述的固化劑為芳香族胺類固化劑和酸酐類固化劑；
[0010] 4)將步驟3)得到的環(huán)氧樹脂膠液進(jìn)行低速離心處理，離心速度為1000?3000r/ min，離心時間為3-6min，取上層清液進(jìn)行真空脫泡20?60min ;
[0011] 5)將步驟4)中得到的環(huán)氧樹脂溶液澆筑到模具中，在真空脫泡的條件下，以 180?230°C的溫度加熱至環(huán)氧樹脂溶液完全固化，脫模后即得到基于納米氧化硅顆粒的 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
[0012] 本發(fā)明離心輔助法制備環(huán)氧樹脂/納米氧化硅復(fù)合材料的方法的優(yōu)點(diǎn)在于：第 一、納米氧化硅的分散性好，無團(tuán)聚現(xiàn)象；第二、工藝簡單，流程便捷，操作簡單易行；第三、 納米氧化硅廉價、易得，降低了復(fù)合材料的成本；第四、制備的復(fù)合材料具有較高的力學(xué)性 能。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 實(shí)施方式1
[0014] 離心輔助法得到環(huán)氧樹脂/納米氧化硅復(fù)合材料的制備方法，按照如下工藝步驟 實(shí)施：
[0015] 1)取濃度為95%的乙醇并先后加入偶聯(lián)劑和納米氧化硅顆粒，機(jī)械攪拌30min， 再超聲波分散60min。其中，偶聯(lián)劑的質(zhì)量占乙醇質(zhì)量的3%，所述的偶聯(lián)劑為KH-550硅烷 偶聯(lián)劑，所述的納米氧化娃顆粒的粒徑為IOOnm ;
[0016] 2)將步驟1)中的乙醇溶液加熱烘干后得到預(yù)處理過的納米氧化硅顆粒，將預(yù)處 理過的納米氧化硅顆粒研磨50min后得到改性的納米氧化硅顆粒；
[0017] 3)取環(huán)氧樹脂并在70°C的條件下預(yù)熱20min，將步驟2)中得到的改性納米氧化 硅顆粒和固化劑加入到預(yù)熱好的環(huán)氧樹脂中，接著再向環(huán)氧樹脂中添加固化劑，機(jī)械攪拌 30min，超聲波分散30min，其中，環(huán)氧樹脂、納米氧化硅顆粒、偶聯(lián)劑和固化劑四者的質(zhì)量比 為100:2:0. 02:30,所述的固化劑為二胺基二苯砜；
[0018] 4)將步驟3)得到的環(huán)氧樹脂膠液進(jìn)行進(jìn)行低速離心處理，離心速度為IOOOr/ min，離心時間為3min，取上層清液進(jìn)行真空脫泡20min ;
[0019] 5)將步驟4)中得到的環(huán)氧樹脂清液澆筑到模具中，在真空脫泡的條件下，以 210°C的溫度加熱至環(huán)氧樹脂溶液完全固化，脫模后即得到基于納米氧化硅顆粒的環(huán)氧樹 脂復(fù)合材料。
[0020] 實(shí)施方式1制備得到的基于離心輔助法得到環(huán)氧樹脂/納米氧化硅復(fù)合材料的性 能見表1。
[0021] 實(shí)施方式2
[0022] 離心輔助法得到環(huán)氧樹脂/納米氧化硅復(fù)合材料的制備方法，按照如下工藝步驟 實(shí)施：
[0023] 1)取濃度為95%的乙醇并先后加入偶聯(lián)劑和納米氧化硅顆粒，機(jī)械攪拌30min， 再超聲波分散60min。其中，偶聯(lián)劑的質(zhì)量占乙醇質(zhì)量的3%，所述的偶聯(lián)劑為KH-550硅烷 偶聯(lián)劑，所述的納米氧化娃顆粒的粒徑為80nm ;
[0024] 2)將步驟1)中的乙醇溶液加熱烘干后得到預(yù)處理過的納米氧化硅顆粒，將預(yù)處 理過的納米氧化硅顆粒研磨50min后得到改性的納米氧化硅顆粒；
[0025] 3)取環(huán)氧樹脂并在70°C的條件下預(yù)熱20min，將步驟2)中得到的改性納米氧化 硅顆粒和固化劑加入到預(yù)熱好的環(huán)氧樹脂中，接著再向環(huán)氧樹脂中添加固化劑，機(jī)械攪拌 30min，超聲波分散50min，其中，環(huán)氧樹脂、納米氧化硅顆粒、偶聯(lián)劑和固化劑四者的質(zhì)量比 為100:3:0. 1:50,所述的固化劑為間苯