材料加工形态学3-2[1].环氧树脂的形态与性能.ppt

复合材料断裂形貌分析
图5 改性前后CYD128 的冲击断面图
图5a为纯环氧树脂冲击断面扫描电镜图, 其断面光滑, 裂纹方向单一, 呈直线扩展, 呈现明显的脆性断裂特征; 图5b为改性环氧树脂的冲击断面扫描电镜, 断面出现大小不一的韧窝, 是典型的韧性破坏。
滑石粉和二氧化硅粒子增韧环氧树脂断面形貌
(a) 二氧化硅(脱模剂处理) (b) 二氧化硅(偶联剂处理) (c) 滑石粉
(a) 与基体是完全剥离的,表面裸露,说明粒子与树脂基体没有任何粘合; (b) ,没有裸露的二氧化硅粒子,见到的粒子都被树脂基体包裹着,表明粒子与树脂基体有很好的粘合。
刚性粒子增韧环氧树脂
通过选用强度差的滑石粉及强度高的二氧化硅填充改性环氧树脂,后者并分别用脱模剂和偶联剂进行处理,对上述材料的断裂韧性及其他主要性能以及粒子与基体间的界面情况进行了研究。实验结果表明:刚性粒子能够提高环氧树脂的断裂韧性,滑石粉和经脱模剂处理的二氧化硅粒子具有与弹性粒子相类似的增韧机理。
脱模剂处理二氧化硅粒子增韧环氧树脂断面形貌
(a)裂纹快速扩展断裂面(b) 裂纹快速扩展向慢速扩展转变的断面
(c) 裂纹慢速扩展断面
(a)表现出的脆性断裂形貌。(b)左半边是断裂韧性试样断面的快速扩展区,右半边是慢速扩展区,它们的微观形貌有很大的不同.(c)展示的是裂纹尖端区在所受张力接近临界裂纹扩展力时,基体发生了形变所呈现出的韧性断裂形貌。
滑石粉粒子填充环氧体系各种性能测试结果
偶联剂处理的二氧化硅粒子填充的环氧体系各种性能测试结果
从表可以看出,滑石粉、二氧化硅粒子都能够大幅度地提高环氧树脂的断裂韧性,尤其是滑石粉粒子增韧效果。还表明了刚性粒子增韧的环氧树脂,其冲击韧性都没有太大的变化,基本上与纯环氧树脂接近。这是因为热固性树脂是交联体系,产生形变的难度较大。
采用超声波分散和硅烷偶联剂处理的方法使纳米SiO2 粒子在EP 中充分分散,
制得了SiO2/ EP 纳米复合材料,大大提高了EP 的力学性能和热稳定性,具体见下表
SiO2/ EP/ 固化剂体系的力学性能和热性能
以经偶联剂表面处理后的纳米二氧化钛( TiO2 ) 为填料与EP 共混进行增韧增强改性,
当填料质量分数为3 %时,EP/ TiO2 纳米复合材料的拉伸弹性模量较EP提高370 % ,
拉伸强度提高44 % , 冲击强度提高878 %,其他性能也有明显提高
EP/ TiO2 纳米复合材料的力学性能
刘竟超等研究了纳米SiO2 在偶联剂的作用下较均匀地分散于环氧树脂基体中,
有效地增加了环氧树脂的强度及韧性,并提高了环氧树脂的耐热性。
Nano-SiO2/ E244 = 3/ 100 (质量比)
(a) nano-SiO2/ E244/ MeTHPA 体系SEM 照片
A858/ nano-SiO2 = 5/ 100
(b) nano-SiO2/ MeTHPA/ A858 体系的SE M照片
相比之下,图(a) 中nano-SiO2 的聚集态较大,体系受力后产生的微裂纹和微孔穴较少。这也说明了偶联剂可促使nano-SiO2 与环氧树脂之间的界面结合,有利于nano-SiO2在环氧树脂中的分散,提高了它对环氧树脂的改性效果。
Nano-SiO2/ E2442MeTHPA体系的力学性能(未加偶联剂)
从图中可看出,复合材料的力学性能随nano2SiO2 添加量的增多先变优后变劣,当nano-SiO2/ E244 为3/ 100 (质量比) 时, 复合材料冲击强度、拉伸强度的极大值分别为11. 8 kJ / m2 、47. 1 MPa ,与基体相比,复合体系冲击强度提高了39 % ,拉伸强度提高了21 %。
nano-SiO2/ E244/ MeTHPA/ A858体系的力学性能(加偶联剂)
加有偶联剂的复合体系冲击强度、拉伸强度的极大值分别为19. 0 kJ /m2 、50. 8 MPa ,比基体分别提高了124 %和30 %。显然,用偶联剂处理的nano-SiO2 比未用偶联剂处理的nano-SiO2 有更好的增韧增强作用。这说明所用硅烷偶联剂增强了
Nano-SiO2 和环氧树脂间的界面结合,有助于nano-SiO2 在基体树脂中的分散。