环氧树脂复合材料

环氧树脂复合材料（共8篇）

环氧树脂复合材料 篇1

(1)环氧树脂基体是指环氧树脂胶液的固化物。环氧树脂胶液是由环氧树脂、固化剂以及促进剂、改性剂、稀释剂、偶联剂和其他助剂组成。根据不同的使用及工艺要求进行选配。

(2)增强材料多采用纤维及其织物，以及微粒状(粉状)材料。增强效果一般随增强材料长径比的增大而增大。微粒材料的增强效果较低，多用于功能性的复合，如Si02粉用于绝缘料，胶体石墨用于塑料轴承等。但是，随着当前纳米级材料的迅速开发与应用，预计其增强效果和功能性复合效果将会有大幅度提高。

大量采用的纤维材料是玻璃纤维及其织物。早期曾用过棉织物，因来源的限制，现在除特殊需要外已很少应用。也可采用化学纤维如聚酯纤维等。在环氧工程塑料中多采用短玻璃纤维，也可使用石棉纤维、棉纤维等。

在高性能环氧复合材料中主要采用碳纤维，以及它与芳纶纤维、高强玻璃纤维的混杂纤维。在雷达罩中除了采用E一玻璃纤维和D—玻璃纤维外，还可采用介电性能更好的石英纤维。

(3)界面层是在环氧树脂与增强材料复合的过程中，树脂发光字在它们之间形成了界面层。界面层的结构及性能与环氧树脂基体及增强材料都不相同。高质量的界面层性能保证了基体和纤维潜在能力的高度发挥和复合效应的充分实现。

环氧树脂复合材料 篇2

笔者采用超声分散法将环氧树脂(EP)和碳纳米管(MWCNTs-COOH)均匀混合,采用溶液共混法制备MWCNTs/EP复合材料,并研究不同含量的MWCNTs对EP的阻燃性、热稳定性等的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

Araldite LY1564SP环氧树脂;羧基化碳纳米管,直径为10~20nm,长度为10~20μm,纯度99%;十二烷基苯磺酸钠,分析纯。

1.2 主要设备及仪器

SB-5200DNT型超声波清洗机,DK-98-ⅡA型电热恒温水浴锅,DGX-9073B-2型鼓风干燥箱,FTT型氧指数仪,DTG-60AH型热重分析仪,FTT0242型锥形量热仪。

1.3 样品的制备

称取一定量的碳纳米管、分散剂(十二烷基苯磺酸钠)和无水乙醇,倒入烧杯中,用超声波清洗机分散30min,量取环氧树脂并用搅拌机均匀混合,再在超声波清洗机分散30min。将混合溶液在70~80℃的电热恒温水浴锅中不断搅拌至无水乙醇完全挥发。然后查看混合液是否有大量气泡,若有则进行脱泡处理后再以环氧树脂与固化剂的质量比为100∶34量取固化剂,并均匀混合,最后将混合液浇注到涂好脱模蜡并预热的模具中,放入90℃的鼓风干燥箱中,干燥3h脱模。MWCNTs的质量分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%。

1.4 性能测试

热重分析测试,测试样品的热稳定性,样品质量约为4mg;氧指数测试,试件尺寸为150 mm×10 mm×4mm,测试样品的阻燃性;锥形量热测试,试样尺寸为100mm×100mm×3.5mm,每组3个试样,取平均值。

2 结果与讨论

2.1 热失重分析(TGA)

在空气气氛下,以20℃/min的升温速率,将样品从20℃升到800℃,研究温度与质量的变化关系。图1为不同样品的TGA曲线,表1为由图1所得的质量损失50%的温度(T50%)和燃尽温度(T)。图1和表1表明,加入碳纳米管后,环氧树脂复合材料的T50%和T整体有所提高。T50%体现了环氧树脂复合材料的热分解温度,表1显示碳纳米管提高了环氧树脂的热分解温度,原因是碳纳米管具有极大的长径比、比表面积大和热稳定好等优点,引入环氧树脂复合材料后,会形成稳定的化学键,从而提高环氧树脂复合材料的热分解温度。结果表明,碳纳米管质量分数为1.5%时复合材料的T50%和T提升效果最好,与纯环氧树脂相比,分别提高了7%和30.3%,达到了较好的阻燃效果。

2.2 氧指数分析

表2为不同样品的氧指数。由表2可以知道,随着MWCNTs含量增加,复合材料的氧指数(LOI)呈先上升后下降的趋势,MWCNTs质量分数为2.0%时,复合材料的氧指数由19.8提高到21.0,MWCNTs质量分数为2.5%时,氧指数为20.5。这可能是由于随着碳纳米管含量的增多,分散性下降,再团聚现象明显,使复合材料内部出现较多孔隙,造成阻燃性能下降。

2.3 锥形量热分析

采用热辐射功率为35kW/m2的热辐射强度对不同样品的燃烧特性进行分析,得到的不同样品的热释放速率(HRR)曲线,如图2所示。热释放速率峰值(pHRR)、平均热释放速率(Ave-HRR)和总烟产量(TSP),如表3所示。由表3可知,添加碳纳米管后,环氧树脂复合材料的pHRR、Ave-HRR和TSP与纯环氧树脂相比几乎都有所降低,表明碳纳米管提高了环氧树脂复合材料的阻燃性能。

由图2、表3可以看出,添加碳纳米管后环氧树脂复合材料的pHRR整体呈下降趋势,碳纳米管质量分数为0.5%时复合材料的pHRR降低最多。由此可以得出,碳纳米管质量分数为0.5%时,复合材料的危险性较低。从环氧树脂复合材料的Ave-HRR和pHRR两者综合比较,知MWCNTs质量分数为0.5%时,复合材料的阻燃性能最佳。由表3中的TSP值可知,添加碳纳米管后环氧树脂复合材料的总烟产量均有所降低,表明碳纳米管对烟的抑制作用较明显,而MWCNTs质量分数为1.5%时,复合材料的抑烟性能最佳。

3 结论

(1)添加MWCNTs提升了环氧树脂复合材料的热稳定性,其分解温度(T50%)和燃尽温度(T)都有所提高,当添加量为1.5%时,两者提高的幅度最大,其中T50%提高了近25℃,T提高了近186℃。

(2)MWCNTs的质量分数为2%时,环氧树脂复合材料的氧指数最高,由19.8上升到21.0。

(3)MWCNTs质量分数为0.5%时,环氧树脂复合材料的阻燃性能最佳;MWCNTs质量分数为1.5%时,复合材料的抑烟性能最佳。

参考文献

[1]王志刚,王飞,祝利善,等.环氧树脂增韧改性研究进展[J].天津化工,2014,28(2):1-4.

[2]廖波,李鸿岩,张步峰,等.环氧树脂增韧改性的研究进展[J].化工新型材料,2010,38(6):28-30.

[3]张亚明,张云刚,李楠,等.阻燃环氧树脂研究进展[J].热固性树脂,2013,28(5):60-63.

[4]王志,杨甜甜,雷卓研,等.PMMA/MWNT复合材料燃烧特性[J].消防科学与技术,2014,33(10):1178-1180.

[5]马莉娜,齐暑华,程博,等.纳米材料改性环氧树脂的研究进展[J].粘接,2014,35(1):75-80.

[6]刘明贤,郭宝春,贾德民.环氧树脂/碳纳米管纳米复合材料的制备与性能研究进展[J].塑料工业,2007,35(8):1-6.

[7]雷佑安,李晓燕,陈湘等.碳纳米管/环氧复合材料制备与性能研究[J].化工新型材料,2012,40(5):27-30.

[8]SALAM M B A.Improvement in mechanical and thermo-mechanical properties of epoxy composite using two different functionalized multi-walled carbon nanotubes[J].Open Journal of Composite Materials,2013,(3):1-9.

[9]MA Peng-cheng,MO Shan-yin,TANG Ben-zhong,et al.Dispersion,interfacial interaction and re-agglomeration of functionalized carbon nanotubes in epoxy composites[J].Carbon,2010,48:1824-1834.

[10]邓火英,安瑛,蒋文革,等.碳纳米管在环氧树脂中的分散性[J].宇航材料工艺,2015,(2):33-36.

[11]胡乃强,刘秀军,李同起.碳纳米管增强环氧树脂基复合材料研究进展及建议[J].化工新型材料,2015,43(5):1-3.

环氧树脂复合材料 篇3

关键词：热稳定性；环氧树脂；改性纳米SiO2；介电性能

中图分类号： O631文献标识码：A

Abstract：The blending method was used to prepare nanoSiO2/epoxy composites， where nanoSiO2 was premodified using silane coupling agent. The influences of nanoSiO2 content on the microstructure， thermal stability and dielectric properties of SiO2/EP composites were studied by using IR， SEM， TGA， impedance analyzer et al. The microscopic mechanism of thermal stability and dielectric property evolutions of the SiO2/EP composites were also discussed. with the increase of nanoSiO2 content， the thermal stability of SiO2/EP composites gradually increased， while the dielectric constant and dielectric loss factor of the composites decreased first and then increased. When the content of nanoSiO2 equaled 4%， the nanoparticles exhibited a uniform dispersion in composite， its dielectric constant was 2.86， and its corresponding dielectric loss was 0.023 53.

Key words：thermal stability； epoxy resin； modified nanoSiO2； dielectric properties

随着信息产业的飞速发展， 人类社会正稳步朝着高度信息化的方向发展，信息处理与信息通讯正构成高度信息化科学技术领域发展中的两大技术支柱.以高速计算机、示波器、IC测试仪器为主体的信息处理技术追求信息处理的高速化、容量的增大化和体积的小型化；以手机、卫星通讯及蓝牙技术等为代表的信息通讯技术追求多通道数、高性能化和多功能化，使得使用频率不断提高，进入高频甚至超高频领域.在高频电路中，由于基板介电常数越低，信号传播得越快；基板的介电常数越小，损耗因数越小，信号传播的衰减越小[1]，因此，要实现高速传输、低能量损耗与小的传输延时，则对基板材料提出了更高的要求，即要求基板材料为低ε、低tanδ.此外，高的耐热性，低的吸水性和高的尺寸稳定性也是高频电路对基板材料的基本要求[2].传统的基板材料（FR4）所用的基体树脂主要为环氧树脂，因其成本低、工艺成熟而在印刷电路板中大量使用；但作为高频电路基板材料，却暴露出介电性能低劣、耐热性不佳、热膨胀率偏高、耐湿性差等缺陷.因此开发适合高频电路基板材料用的树脂体系是印刷电路板行业目前研究的一个重要方向，而对EP进行改性并借助EP较为成熟的生产和加工工艺研究、开发和制备新型的树脂体系，是制备高性能电路基板的一条非常经济有效的途径[3-5] .

研究表明，无机纳米粒子弥散分布的树脂基体材料，由于纳米粒子具有的表面特性和晶体结构使基体材料显示出一系列优异的性能[6-7]，其中纳米SiO2 改性树脂基体具有很多优异的性能[8-10]，但纳米SiO2表面存在大量的羟基使其表现为亲水性、易团聚，贮存稳定性差等缺点.因此纳米颗粒在树脂中的均匀分散是制备高性能纳米颗粒弥散分布有机树脂的一个重要环节[11].

本文采用硅烷偶联剂KH570改性纳米SiO2粉体，通过共混法制备了高性能SiO2EP树脂复合材料，并对其微观结构、热稳定性和介电性能进行研究.

1实验部分

1.1原料

纳米SiO2质量分数≥99.5%，粒径15 nm，杭州万景新材料有限公司；苯（A.R.）、二甲苯（A.R.）、无水乙醇、H2O2 （30 %，A.R.），γ2（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（A.R. KH570）、环氧树脂（E44，6101）（湖南三雄化工厂）、固化剂聚酰亚胺（低分子650）（湖南三雄化工厂）.

1.2SiO2改性环氧树脂复合材料的制备

参考文献[11]，采用 γ2（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（KH570）对纳米SiO2进行表面改性处理得到亲油性纳米SiO2粉体.

SiO2改性环氧树脂复合材料的制备工艺如下（以2% SiO2EP为例）：取2 g亲油性SiO2粉体，超声分散于80 mL二甲苯中，然后加入49 g环氧树脂，搅拌均匀后再加入49 g的聚酰胺固化剂，超声分散搅拌均匀，最后将混合体系倾入铝制模具中，放置于烘箱中先于120 ℃预固化2 h，再升温至150 ℃固化3 h，最后于180 ℃固化1 h得最终试样.

为对比不同试样的性能，采用相同工艺制备了未添加纳米SiO2的EP.不同组成的试样编号如表1所示.

1.3性能测试

采用傅立叶变换红外光谱（FTIR，Avatar360，Nicolet）研究改性纳米SiO2前后，不同试样中化学键的变化，判断可能发生的反应.操作条件：采用KBr压片法制样，测量的波长范围为（4 000～400） cm-1.

采用扫描电子显微镜（SEM，JSM6700F，Jeol）表征微观形貌，观察纳米颗粒在复合材料中的分散情况.

用STA449C综合热分析仪研究试样的热稳定性.操作条件：样品质量为25～35 mg，Ar流量为50 mL·min-1，升温速率为10 ℃·min-1，温度变化范围为（0～800） ℃.

介电常数是指介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，在相同的原电场中某一介质中的电容率与真空中的电容率的比值. 介电损耗是电介质在交变电场中，由于消耗部分电能而使电介质本身发热的现象.SiO2改性环氧树脂复合材料的介电常数和介电损耗采用美国安捷伦公司生产的Agilent 4991A高频阻抗分析仪测试，测试频率为1 M～1 G，测试夹具为美国安捷伦公司生产的Agilent16453A介电性能测试夹具.

2结果与讨论

2.1FTIR分析

图1为3种试样的红外图谱.对改性纳米SiO2而言，位于1 103 cm-1左右的一个宽强峰及812 cm-1附近的一个尖峰属于Si-O-Si键的对称振动峰（νSi-O-Si） .波数为1 395 cm- 1 的吸收峰属于νSiO-H的伸缩振动峰；波数为1 637 cm-1 处的吸收峰属于νC = C 的伸缩振动峰，波数为1 606 cm-1 处的吸收峰归属于νC-C的收缩振动峰，这两种化学键均来自于硅烷偶联剂KH570，从这几个吸收峰来看，硅烷偶联剂已经成功地连接在SiO2表面[11-12].同时由于改性纳米SiO2中仍存在Si-OH键振动峰，表明偶联剂在纳米SiO2表面的反应进行得并不完全，偶联剂用量对SiO2改性效果的影响有待进一步研究.

由于聚酰亚胺固化EP材料的官能团较多，本文重点分析添加改性SiO2后，相应官能团的变化.对比添加改性纳米SiO2前后EP的红外吸收，可知纳米SiO2在1 395 cm- 1处的峰消失，同时EP材料中出现于1 628 cm-1处的δCO-H和1 405 cm-1处的δN-H的强度降低甚至消失，表明硅烷偶联剂和改性纳米SiO2与EP树脂材料发生了化学反应，导致δCO-H和δN-H吸收峰强度降低或者消失.

波数/cm-1

2.2纳米SiO2添加量对EP热稳定性能的影响

图2为不同样品在Ar气氛下的热重（TG）曲线和微分热重（DTG）曲线.从图2（a）所示TG曲线可以看出，不同组成的试样在Ar气氛中的热失重过程相似，在300～500 ℃，在相同的温度下，随SiO2含量的增加，失重率显著升高；而当失重率相同时，随SiO2含量的增加，复合树脂对应的温度升高，表明其热稳定性增加.表2给出了不同试样一定失重率对应的温度.

从图2（b）所示DTG曲线可以看出，0#试样有两个峰值，这表明EP基体的分解可大致分为两个步骤，这两个失重峰对应的分别是环氧树脂基体的热分解和裂解残碳的氧化[13-14].随着添加量的增加，第一个峰值逐渐变平缓直到最后消失，而失重速率最大时对应的峰值温度（见表2）则逐渐升高，这也表明随添加量的增加，偶联剂的官能团和改性纳米SiO2表面残留的Si-OH与基体树脂的官能团发生了化学反应，从而提高了树脂基体的“牢固度”[15].添加量越多，“牢固度”增加的程度越大，从而导致基体材料的热稳定性逐渐提高.

由于环氧树脂及其固化剂含有较多的氧，因此尽管在惰性气氛中进行热分解研究，但其裂解后的残炭量几乎完全消失，残余质量与添加在其中的SiO2量相一致[14].

2.3纳米SiO2添加量对EP微观形貌的影响

图3为添加不同纳米SiO2颗粒的SiO2/EP复合材料的微观形貌图谱.从图3（a）中可以看出，未添加SiO2的试样断面较为粗糙；从图3（b）～（e）可以看出，随SiO2添加量的增加，其在EP中的分布由分散均匀，团聚少（图3（b） 和3（c）），逐步改为团聚明显，分散均匀性差（图3（d） 和3（e））.当添加量为4%时，纳米SiO2均匀地分散在EP基体中，粒径约为30 nm，对比原始SiO2尺寸，纳米颗粒还存在微弱的团聚现象.随添加量的增加，纳米SiO2团聚现象明显增加，当添加量增加到16%时，纳米颗粒出现严重的团聚现象，这将影响其介电性能.这种团聚一方面是由于纳米颗粒有很高的比表面积，同时由于偶联剂与纳米SiO2颗粒表面Si-OH反应得并不完全，导致纳米颗粒表面仍存在Si-OH，这些官能团彼此之间可以发生缩合反应导致颗粒团聚.

2.4纳米SiO2添加量对EP基体介电性能的影响

2.4.1纳米SiO2添加量对EP介电常数的影响

图4为不同试样的介电常数与测试频率的关系曲线图.从图4可以看出，5组试样的介电常数均随着频率的升高呈下降趋势.同时随着纳米SiO2添加量的增加，试样的介电常数呈先降低后升高的趋势.当添加量为4%时，试样的介电常数具有最低值.

log（f/Hz）

析认为，当纳米SiO2的添加量小于4%时，纳米SiO2添加到树脂基体后，形成了“ 核壳过渡层”结构，以“核”作为交联点使得复合材料的交联度提高，其极性基团取向活动变得困难， 因而复合材料的介电常数下降.而当纳米SiO2的添加量大于4%时，纳米SiO2本身介电性能较高的影响超过了其对树脂基体极性基团的“束缚”作用而产生了介电性能降低效应，这就导致复合材料介电常数的增加[16].

2.4.2纳米SiO2添加量对EP介电损耗的影响

图5为5种试样的介电损耗随频率的变化曲线.从图5可以看出，试样的介电损耗均随测试频率的增加先升高后降低；随着纳米SiO2加入量的增多呈现先降低后升高的趋势.同一测试频率下，当纳米SiO2的添加量为4%时，材料的介电损耗最低；当纳米SiO2的添加量为6%时，材料的介电损耗开始增加；当纳米SiO2的添加量为16%时，材料的介电损耗接近纯EP试样的介电损耗.

分析认为，复合材料的介电损耗取决于环氧树脂极性基团的松弛损耗和极性杂质电导损耗的共同作用.加入纳米SiO2后，一方面改性纳米SiO2表面的官能团可以与聚酰亚胺固化EP中的官能团反应，束缚了树脂基体中极性基团的运动，从而降低了松弛损耗；另一方面，改性后的纳米颗粒表面不可避免地存在一些极性基团，这些基团同时增加了电导损耗，复合材料的介电损耗正是这二者共同作用的结果.当纳米SiO2的添加量小于6%时，试样的松弛损耗的降低效果高于电导损耗的增加效果，所以试样的介电损耗均比纯EP的小.而当纳米SiO2的添加量为16%时，纳米SiO2出现明显的团聚现象，这就导致松弛损耗的效果迅速降低，从而导致试样总体的介电损耗接近纯EP试样[17].

3结论

利用硅烷偶联剂对纳米SiO2进行表面改性，通过共混法制备了不同纳米SiO2含量的SiO2/EP纳米复合材料，研究了SiO2的添加对复合材料微观结构、耐热性和介电性能的影响.结论如下：

1 ） 当纳米SiO2含量在0～16%时，随着纳米SiO2含量的增加，SiO2/EP纳米复合材料的热稳定性逐渐升高.

2） SiO2/EP纳米复合材料的介电性能随着测试频率的升高呈下降趋势.同一测试频率下，随着纳米SiO2添加量的增加，试样的介电常数呈先降低后升高趋势.

3）当纳米SiO2含量为4%时，复合材料的综合性能最优.其耐热性较好，介电性能最优（频率为1 GHz时，介电常数为2.86，介电损耗为0.023 53）.

参考文献

[1]祝大同. 高频基板材料的新技术发展[J].印制电路信息， 2001（8）：15- 19.

ZHU Datong. Development of new technology in high frequency PCB[J]. Printed Circuit Information， 2001（8）：15-19.（In Chinese）

[2]祝大同. 印制电路板制造技术的发展趋势[J].印制电路信息， 2003（12）：14 -21.

ZHU Datong. Developing trends of manufacturing technology for PCB [J]. Printed Circuit Information， 2003（12）：14-21.（In Chinese）

[3]孟季茹，梁国正. 聚苯醚改性环氧树脂基覆铜板的研制[J].复合材料学报， 2003， 20（1）： 74-78.

MENG Jiru， LIANG Guozheng. Preparation of the copper clad laminate based on modified epoxy with poly （2，6dimethyl1，4phenylene ether [J]. Acta Materiae Compositae Sinica， 2003， 20（1）：74-78. （In Chinese）

[4]赵立英， 马会茹，官建国. 聚醚链段长度对氨基聚醚环氧树脂力学性能的影响[J]. 高等学校化学学报， 2009， 30（7）： 1454-1458.

ZHAO Liying， MA Huiru， GUAN Jianguo. Influence of polyether segment length on mechanical properties of cured epoxy resins based on aminoterminated Poly（ethylene glycol） and diglycidyl ether of bisphenol [J]. Chemical Journal of Chinese Universities， 2009， 30（7）：1454-1458.（In Chinese）

[5]钱军民，李旭祥. 环氧树脂改性研究进展[J].工程塑料应用， 2001， 29 （10）： 50-53.

QIAN Junmin， LI Xuxiang. Advances in modification of epoxy[J]. Engineering Plastics Application， 2001，29（10）：50-53.（In Chinese）

[6]WANG Zhengzhi，GU Ping， WU Xiaoping，et al. Micro/nanowear studies on epoxy/silica nanocomposites [J]. Composites Science and Technology， 2013， 79： 49-57.

[7]LIN Jing， WU Xu， ZHENG Cheng，et al. Synthesis and properties of epoxypolyurethane/silica nanocomposites by a novel sol method and insitu solution polymerization route[J]. Applied Surface Science， 2014， 303： 67-75.

[8]柯昌美，段辉.环氧树脂基纳米复合材料研究进展[J]. 武汉科技大学学报：自然科学版， 2003（6）： 120-121.

KE Canmei， DUAN Hui. Research progress in epoxynanocomposites[J]. Journal of Wuhan Yejin University of Science and Technology：Natural Sciences，2003（6）：120-121.（In Chinese）

[9]MATEJKA L，DUSEK K， PLESTIL J，et al. Formation and structure of the epoxy silica hybrids [J].Polymer， 1998，40：171-181.

[10]张小华，徐伟箭.无机纳米粒子在环氧树脂增韧改性中的应用[J]. 高分子通报， 2005， 6： 100-112.

ZHANG Xiaohua， XU Weijian. Application of inorganic nanoparticals in epoxy resin toughening[J]. Polymer Bulletin， 2005， 6： 100-112.（In Chinese）

[11]张祺，毕成，李耀刚，等. 纳米SiO2表面改性及其分散性能研究[J] 化工新型材料， 2008， 36（5）： 41-42.

ZHANG Qi， BI Cheng， LI Yaogang，et al. Study on surface modification of the SiO2 nanoparticles and dispersion[J].New Chemical Materials， 2008， 36（5）： 41-42.（In Chinese）

[12]常建华， 董绮功. 波谱原理及解析[M].2版.北京：科学出版社，2006：2.

CHANG Jianhua， DONG Yigong. The principle and analysis of spectrum[M].2nd ed. Beijing： Science Press， 2006：2.（In Chinese）

[13]陈敏孙，江厚满，刘泽金. 玻璃纤维/环氧树脂复合材料热分解动力学参数的确 定[J]. 强激光与粒子束， 2010， 22（9）： 1969-1972.

CHEN Minsun， JIANG Houman， LIU Zejin. Determination of thermal decomposition kinetic parameters of glassfiber /epoxy composite [J]. High Power Laser and Particle Beams， 2010， 22（9）：1969-1972.（In Chinese）

[14]WANG Xin， HU Yuan， SONG Lei，et al. Thermal degradation mechanism of flame retarded epoxy resins with a DOPOsubstitued organophosphorus oligomer by TGFTIR and DPMS[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis， 2011， 92： 164-170.

[15]LIN Chinghsuan，FENG Chenchia，HWANG Tingyu. Preparation， thermal properties， morphology， and microstructure of phosphorus containing epoxy/SiO2 and polyimide/SiO2 nanocomposites[J]. European Polymer Journal， 2007， 43： 725-742.

[16]徐曼，曹晓珑，俞秉莉. 纳米SiO2/环氧树脂复合体系性能研究— （SymbolIA@ ）复合材料的性介电特性和力学特性[J]. 高分子材料科学与工程，2005，21（1）：156-159.

XU Man， CAO Xiaolong ，YU Bingli. Study on properties of nanoSiO2/epoxy resin composite—（Ⅱ） electrical and mechanical properties[J]. Polymer Materials Science & Engineering， 2005， 21（1）：156-159.（In Chinese）

环氧树脂复合材料 篇4

新型复合环氧光学树脂的制备与性能研究

通过2,2'-二巯基乙硫醚(MES)与环氧氯丙烷反应合成了2,2'-二巯基二乙硫醚二缩水甘油醚型环氧树脂(DGEMES),通过FTIR和MS对其进行表征;用乙二胺作为固化剂,将DGEMES与双酚A型环氧树脂(DGEBA)复合固化,得到了新型高折射率和低色散的`光学树脂.DGEMES是一种较好的共聚单体,可以同时提高共聚树脂的折射率和阿贝数;DGEBA/DGEMES/乙二胺共固化树脂的nd=1.59～1.62,v=35～39;当DGEMES的质量分数为40%时,固化树脂的折射率达到1.60以上,冲击强度22.5 kJ/m2,且其它性能较均衡.此外,以甲基六氢苯酐(B-650)为固化剂,还合成了具有中等折射率的DGEBA/DGEMES/B-650共固化树脂(nd=1.54～1.56,Vσ=38～40),并对其光学和机械性能进行了研究.

作 者：吕长利 崔占臣 赵冬雪 杨柏 作者单位：吉林大学化学系,长春,,130023刊 名：高等学校化学学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES年，卷(期)：200122(11)分类号：O631关键词：环氧树脂 固化剂 光学树脂 折射率

环氧树脂复合材料 篇5

树脂基复合材料长时间烧蚀防热的应用研究

介绍了不同再入飞行器热防护材料的`特点,指出长时间飞行器对防热层的要求.通过纤维织物改性和树脂基体改性研制了新型防隔热材料,并进行了性能测试和研究.结果表明:新型改性纤维/酚醛复合材料比传统的树脂基防热材料具有更好的隔热性能和抗烧蚀剥蚀性能,能够满足中低焓值、较低热流、烧蚀时间较长(300～700 s)防热部件的防隔热要求.

作 者：张宗强 匡松连 尚龙 华小玲 Zhang Zongqiang Kuang Songlian Shang Long Hua Xiaoling 作者单位：航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室,北京,100076刊 名：宇航材料工艺 ISTIC PKU英文刊名：AEROSPACE MATERIALS & TECHNOLOGY年，卷(期)：37(6)分类号：V4关键词：树脂基复合材料 长时间 烧蚀 防热 隔热

超硬材料树脂磨具的固化工艺 篇6

1、固化机理

酚醛树脂属于热塑性线型高分子化合物，具有可溶可熔性，分子量通常在300~1000左右。由于在树脂结构中还存在未反应的活性点，因此当遇到固化剂乌洛托品时，就会进一步产生缩聚反应，形成不溶不熔的网状或体型结构的产物。

聚酰亚胺的固化属于一个不加固化剂的内聚过程，它分两步进行：（1）双马来酰亚胺与4，4—二胺基二苯甲烷预聚成可熔性聚酰亚胺；（2）将预聚物在较高的温度下环化成不熔性聚酰亚胺。

2、固化方法

常用的固化方法有两种

（1）一次固化法：砂轮在压机内保压时，加热固化30~40 min后即成产品，它特别适合小而薄的砂轮及异型砂轮。

（2）二次固化法：对于大而厚的产品，一次在压机上只能进行初步加热固化，必须送进电烘箱内进行二次补充固化。

3、固化设备及装炉

固化所用的主要设备是电热干燥箱。

经热压成型的砂轮制品，已具有一定的强度，并有基体支撑，为了充分利用烘箱空间，可将多片砂轮重叠装炉进行二次固化。但对个别异型砂轮和容易变形的砂轮还需采用铁板夹好进行固化，甚至还要装模固化，对于φ10mm以下的冷压砂轮则必须垂直埋入石英砂中进行固化，以保证制品受热均匀，不受烘箱内温度波动的影响。

4、固化规范

（1）最高固化温度的确定

根据结合剂性质的不同而采用不同的温度。对于酚醛树脂来说，它与固化剂产生反应的温度一般是180℃左右，所以砂轮最高固化温度范围应在（180±5）℃为好，低于或高于这个温度范围，就会出现生烧或碳化，砂轮的机械性能就无法保证。

对于聚酰亚胺树脂来说，它需要在高温下脱水生成环化的聚酰亚胺链，以增加分子的刚度，变为不溶不熔产物，故聚酰亚胺树脂磨具最高固化温度应在230℃左右。温度降低时，环化反应不易进行，制品强度低。

（2）升温速度

升温速度应根据磨具的特性来确定。它与下列因素有关： ①热压时的固化时间有关

在热压机上固化时间长的，挥发物基本上已排出干净，可以升温快，压机上固化时间短的，则二次固化时升温要慢，冷压砂轮挥发物多，升温速度更宜缓慢。

②结合剂种类

热塑性酚醛树脂的聚合温度为100℃。因此在低于100℃以前，没有什么聚合反应发生，故可以自由升温。140℃以后，树脂与固化剂有固化反应发生，升温宜慢。对于聚酰亚胺来说，由于预聚温度高，故在180℃以后，应慢速升温至230℃。

③磨具的形状、粒度

磨具形状复杂的，粒度，宜采用慢速升温，反之，则可快速升温。④保温时间

环氧树脂复合材料 篇7

随着电子、信息工业和科学技术的发展,人们要求封装材料既满足导热要求,又满足绝缘要求,同时还要满足必要的力学和耐化学环境要求。金属材料具有高的热导率,但不绝缘,同时耐化学腐蚀性能差;高分子材料绝缘性能和耐化学腐蚀性能好,但热导率很低;因此这2种材料都无法满足特殊领域对导热材料的要求。将高导热的金属或无机填料(AlN、SiC、BeO、Al2O3、NiO、CaO、BN、B4C5等)填充到聚合物中,通过热压或浇注工艺,可以得到高导热、高绝缘的复合材料体系[1,2,3,4,5]。然而,由于无机填料的导热主要是靠晶格声子振动来完成[6],要使复合材料达到高的热导率,就应增大颗粒间的接触,使导热颗粒在复合材料体系中形成导热通道。复合材料导热通道的增加可以通过2种方式来实现。一是增加填料的体积含量,或将不同粒径的填料进行匹配,以增加材料中颗粒的接触。二是通过改变导热填料的形态,如用纤维状填料代替颗粒状填料[7],方便导热通道的形成。

事实上,绝缘导热填料的添加量和综合性能受成型工艺的影响非常大。复合材料在制备过程中引入的缺陷,如空隙和界面缺陷等,能够较大程度上降低其导热和绝缘性能。对于浇注型电子封装用绝缘导热复合材料,采用常温或低温固化、低粘度的树脂体系是减少材料缺陷,提高绝缘导热性能的重要措施。

作者将不同体积含量的AlN粉末分散到常温固化、低粘度、耐热环氧树脂中制备复合材料,研究AlN含量对复合材料电和热学性能的影响。

1 实 验

将AlN陶瓷粉末(三河燕郊新宇高新技术陶瓷材料有限公司,平均粒径为15 μm)600 ℃处理2 h后,用钛酸酯偶联剂进行表面处理、烘干后备用。

将改性液体咪唑(自制)、胺类固化剂XZ92594.00(陶氏化学公司)和环氧树脂XZ92742.00(陶氏化学公司)按质量比为5∶30∶100的比例混合,加入一定量处理后的AlN陶瓷粉末。搅拌均匀后浇注到ϕ100 mm×8 mm和120 mm×15 mm×8 mm的钢制模具中,真空脱泡后常温固化24 h,然后80 ℃固化6 h,冷却脱模、表面打磨后得到导热、电阻、介电、热膨胀及弯曲性能测试试样。复合材料中AlN陶瓷的体积含量分别为0、14%、20%、27%、36%和46%。低粘度环氧树脂的基本性能如表1所示。

固化制度:常温/24 h+80 ℃/6 h。

利用TC-2热导率测定仪(复旦大学科教仪器厂)测试复合材料的热导率;利用ZC43超高阻计(上海第六电表厂)测试复合材料体积电阻和表面电阻率;利用QBG-3型高频Q表(上海无线电仪器厂)测试复合材料的介电性能;利用Pyris Diamond DMA系统测试复合材料的热膨胀系数,频率为1 Hz,升温速率为2 ℃/min;利用RGT-30电子万能材料试验机(深圳瑞格尔有限公司)测试复合材料的弯曲性能。

2 结果与讨论

2.1 AlN含量对复合材料介电性能的影响

不同AlN含量复合材料的介电性能由图1给出。由图看出,复合材料的介电常数εr随AlN体积分数增加而升高,当AlN含量由0增加到27%时,体系的εr由3.71迅速提高到8.85;当AlN含量进一步增加时,体系的介电常数变化不大。复合材料εr随陶瓷体积含量增加而上升主要由2个原因。一是高εr(≈15)的AlN含量增加提高了复合材料的介电常数,二是高含量的AlN增加了复合材料的界面极化能力。由图还可以看出,复合材料的介电损耗随AlN含量增加而下降,其原因主要是AlN的tan δ (0.001 8)明显低于环氧树脂。

2.2 AlN含量对复合材料电阻率的影响

复合材料电阻率随AlN体积含量的变化如表2所示。可以看出,当AlN在复合材料中的体积分数高达46%时,体系的体积电阻率和表面电阻率仍分别保持在1015 Ω·m和1014 Ω的数量级,具有良好的绝缘性能。这说明高电阻率的AlN加入对绝缘导热复合材料的电阻率影响很小。

2.3 AlN含量对复合材料热导率的影响

图2给出了复合材料热导率随AlN体积分数的变化。图2中显示,复合材料的热导率随AlN含量的增加而上升。当AlN含量低于20%时,体系的热导率缓慢上升;而当AlN含量高于20%时,体系的热导率迅速上升,并在46%是达到1.14 W·m-1K-1。导热复合材料只有当体系中形成导热网络后才能有效实现导热功能,而导热网络是通过导热颗粒相互接触来建立的。只有复合材料中的导热颗粒体积含量达到一定值是有效形成导热网络。图2表明,当AlN含量低于20%时,复合材料中导热网络尚未形成,热导率上升较慢;而当AlN含量超过20%时,参与形成导热网络的颗粒增多,复合材料的热导率迅速上升。

2.4 AlN含量对复合材料热膨胀的影响

AlN/环氧树脂复合材料的线膨胀系数由下式计算得到

$\alpha =\frac{(l{}_t-l{}_0)/l{}_0}{{\rm T}}(1)$

式中,α为复合材料的线膨胀系数,lt、l0分别为实验温度和0 ℃时复合材料试样的长度,T为实验温度,单位为℃。

复合材料的热膨胀系数随AlN含量的变化如图3所示。由图3看出,不同温度下,复合材料的线膨胀系数随AlN含量的增加而下降。当AlN含量由14%增加到46%时,复合材料在90 ℃时的热膨胀系数由4.35×10-5K-1下降到1.95×10-5K-1。和金属的线膨胀系数(钢:1.1×10-5K-1;铜:1.6～1.8×10-5K-1)相近。导热复合材料的热膨胀系数下降有利于与封装金属导线或电子元件的热匹配。复合材料在受热过程中,可以忽略AlN颗粒的热膨胀,体系的热膨胀主要来源于树脂基体。AlN填料的体积含量越高,因树脂膨胀导致的复合材料膨胀就越小。

3 结 论

利用浇注工艺制备AlN/低粘度环氧树脂复合材料,测试了复合材料电学和热学性能,得到如下结论:

a.复合材料的介电常数随AlN含量增加而升高,介电损耗下降,而电阻率变化不大。当AlN体积含量高达46%时,复合材料的体积和表面电阻率仍分别保持在1015 Ω·m和1014 Ω的数量级,具有良好的绝缘性能。

b.复合材料的热导率随AlN含量增加而升高,热膨胀系数下降。当AlN体积含量为46%时,复合材料的热导率为1.14 W·m-1K-1,线膨胀系数为1.95×10-5K-1。

参考文献

[1]Xu Y S,Chung D D L,Mroz C.Thermal ConductivityAluminium Nitride Polymer Material Composites[J].Composites:Part A,2001,32(12):1749-1757.

[2]Nathaniel C,Hassan M,Vijaya K,et al.Fabricationand Mechanical Characterization of Carbon/SiC-epoxyNanocomposites[J].Composites Structures,2005,67(1):115-124.

[3]Lee G W,Park M,Kim J,et al.Enhanced ThermalConductivity of Polymer Composite Filled with HybridFiller[J].Composites:Part A,2006,37A(5):727-734.

[4]张诚,周平,乔梁,等.聚全氟丙稀/氮化铝高导热绝缘复合材料的研究[J].绝缘材料,2007,40(2):10-13.

[5]周文英,齐暑华,王彩凤,等.高温导热绝缘涂料[J].复合材料学报,2007,24(2):28-32.

[6]储九荣,张晓辉,徐传骧.导热高分子材料的研究与应用[J].高分子材料科学与工程,2000,16(4):17-21.

环氧树脂复合材料 篇8

关键词：被塑造；介质；摹仿；异化

中图分类号：J301 文献标识码：A 文章编号：2095-4115（2014）02-23-1

20世纪中后期，合成树脂类材料在雕塑制作中被广泛使用，虽不算是新型材料，亦非传统的雕塑媒材（区别于金、石、木等）。合成树脂因其可塑性极强，表面易着色加工而较为“廉价”地去模仿其他材质，材料自身的“材料性格”大多时候却被偏向于“取其形”的我们惯性忽略，又或者“假作真时真亦假”，令观者被动地沉溺于某种虚假审美，少有人会去关注该类材料被艺术家们一而再、再而三地使用，可能因此折射出的社会文化符码等意义。没有材料会被艺术家无意义地选取，其中必然包含创作的逻辑。笔者将以个案分析的方式阐释这一命题。

如曹晖09年的雕塑作品《可视的体温·骨头》，其材质是树脂上色。这件作品的视觉形象很显然是在“摹仿”现实生活中的骨肉却又不尽相同。引用美国艺术批评家丹托著作中的一段文字：

[1]就摹仿而论，其快感来源于实在却又不限于实在（且不论这意味着什么）；对于那些享受这种快感的人来说，对实在有概念是一个先决条件。孩子在摹仿中获得的快感可能会少于成人，因为他们还没发展出对实在的感觉，或获得实在的概念……只有当人们明知是摹仿还乐在其中，只有当“这是摹仿”成为产生快乐的一项理由时才构成亚里士多德所说的那种快感。

亚里士多德所说的快感即所谓“发现”（recognition）的欣喜。从上段文字中可得出一个结论——在观看摹仿实在之物的艺术品时，也许我们内心深处并不“热爱”，但我们在欣赏作品中的一部分快感产生的原因是因为我们知道“这一切不是真的”，而并非我们从摹仿品中学到了什么。

对于《可视的体温·骨头》这件作品，艺术家便是以超写实的手法挑战着人们日常化的观看——对折断骨骼的表达不仅隐含着艺术家对“身体”的关注，同时正是在颠覆人们既有的观看经验。于是，我们在欣赏这类模仿血肉之躯的雕塑作品时，审美体验很大一部分源自发现的欣喜、被颠覆与刺激的感官经验。然而，笔者有这样一种想法：倘若我们现在有条件利用人造生物组织的技术来实现血肉之躯的视觉呈现，会不會比合成树脂这种最接近实在之物的替代品更具震撼力呢？假设是我们拥有这种技术，就像我们一开始在树脂还未成为雕塑材料时用传统硬质材料进行超写实，而一旦发展出更易于成型并且在触感上更接近艺术家所想表达的“真实”，我们恐怕不会舍近求远去使用旧时的材质。合成树脂因此在物质条件的限制下成为了模仿血肉之躯的不二选择，那么这仅仅是无奈的偶然吗？

答案中势必包含否定，因为有相当一部分树脂材料在运用于雕塑制作前，我们已然对日常生活中的它们有了些概念。笔者列举一些字眼：“假肢”、“隆胸”、“隐形眼镜”等，我们不难发现这些字眼下共同的实体是高分子有机化合物——“树脂”。在科技快速发展的今天，它们有意无意地成为了特定人群身体中的某部分，却又没有血脉相连地与肌体融合，不免就被视作“异物”。镶嵌在生命体中的异物，总是会引发人们的不适、疏离等负面情绪。在成为摹仿血肉之躯的雕塑材质之前，树脂已经与我们的身体发生了关系。我们对该类材料是拥有“生命体验”的，它们并不是纯粹的介质与仿制品。

在当代雕塑作品中树脂被塑造成了很多怪诞的生命形态，“怪诞”在构成时采用超自然、超现实、不同质事物混合及异化等方式。进入欣赏领域后，怪诞审美中其滑稽或说反常之形式引发的笑声与新鲜，正好否定了它并不美好的内容，反倒是一种积极、正性的审美对象。树脂在该类作品中充当的角色亦是在精心包裹异化中，去呈现物的某种可能被人们忽视的本质。材料自身与对象看似不切合的物质属性，如同文学中的反衬手法“写鲁肃老实，以衬托孔明之乖巧”。人造有机化合物对纯然之物与生俱来的消解力，使我们的视觉经验与意识同样被塑造。

回到《可视的体温·骨头》这件作品，笔者对于材料扮演的角色并非纯粹介质的言判，是因为树脂被塑造成骨肉形象与它所可能被观者预设的符号“生命体中的异物”，此先验将促使观看者在产生快感的时候伴随着疏离与违和感。当然，后者亦被视为一种非传统的、后现代的消极审美体验。也许会有人认为那不过是一种“虚假审美认同”现象所致，是对现代主义之后艺术审美时的非审美因素。所谓“审美情调”理论，[2]即是认为由于艺术作品本身所表现出的色彩、肌理、形状等特征，正好与审美者内在的精神情趣指向相匹配，因而唤醒了审美者的种种回忆，激发了他们的想象，才使得各种微妙复杂的审美快感在这种特定的境域状态中油然而生。在笔者的文章中是不反对将审美情调作为审美过程的一部分的。

合成树脂类材料因其良好的可塑性丰富了我们的创作途径，然则物极必反，艺术家们的思路亦会被反向驾驭。我们沉迷于虚幻的形象，同时在人造自然艺术的趋向中又向往潜默思想的回归。谁是科技发展与人文精神懈怠的受害者？值得我们以本文作为诸多切入口之一去反思。

参考文献：

[1][美]阿瑟·丹托.寻常物的嬗变[M]南京：江苏人民出版社，2012.

[2]简圣宇.“虚假审美认同”现象[J].黑龙江社会科学，2009，（03）.

作者简介：