《复合材料概论》课程论文

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1、湖北工程学院《复合材料概论》课程论文院系化材学院专业材料化学班级1013241学生姓名叶磊学号38任课教师杨雄2021年9月8日9纳米SiO2/EP复合材料的研究进展学生:叶磊专业:材料化学学号：101324138摘要：本文首先对环氧树脂纳米复合材料做了简单的介绍，然后综述了环氧树脂/纳米二氧化硅复合材料的研究进展。主要介绍了环氧树脂/纳米复合材料的制备方法，并对该复合材料的发展提出了自己的看法关键词：环氧树脂；纳米二氧化硅复合材料制备表征研究引言：自20世纪80年代以来，随着纳米复合材料的出现和

2、纳米技术的形成，环氧树脂纳米复合材料以其卓越的性能引起了人们的广泛关注。在高聚物的基体材料中，环氧树脂以其优异的粘接性、耐磨性、机械强度、电绝缘性能、化学稳定性、耐高低温性、收缩率低、易加工成型和成本低廉等特性，广泛用于电子电器、工程建设等方面。但由于纯环氧树脂固化后呈三维交联网络结构、交联密度高、内应力大、质脆、抗冲击韧性差等缺点。难以满足日益发展的工程技术的要求，使其应用受到一定的限制。因此，近几十年来逐步发展了应用橡胶类弹性体、热塑性树脂、液晶聚合物(TLCP)、纳米材料等对环氧树脂的多种改

3、性方法。然而，前三种方法在改善韧性的同时，材料的耐热性和其它力学性能(如拉伸强度、弹性模量等)，则有所下降；TLCP改性法因成本昂贵难以实现工业化。纳米改性环氧树脂复合材料具有卓越的综合性能，并且成本适中，成为目前研究的一大热点。9一．简介纳米二氧化硅（nano-SiO2）为无定型白色粉末（团聚体），是一种无毒、无味和无污染的非金属功能材料。由于其具有较大的比表面积，并且表面存在着羟基，故具有奇异或反常的特性，如表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，因而在橡胶、塑料、胶粘剂和涂料等

4、领域中应用广泛[1-3]。目前，研究nano-SiO2的制备方法已成为纳米技术领域的一大热点。环氧树脂自身的黏度较大，而纳米粒子比表面积大，表面活性高，易发生集聚，在聚合物基体中很难达到纳米尺寸的均匀分散。另外，纳米粒子与有机基体的界面结构及粘接强度也影响复合材料的性能，一般认为，若纳米粒子表面基团和表面结构与有机基体结构相似或存在静电作用、氢键或化学键作用，则复合容易。因此，通常将纳米粒子表面先用适当的表面活性剂或偶联剂进行预处理，以使纳米粒子在环氧树脂中达到较好的分散效果。环氧树脂基纳米复合材

5、料目前多使用插层复合法、混合法和溶胶–凝胶法来制备。Nano-SiO2粒子因存在着表面缺陷和非配对原子多等特点，与聚合物发生物理或化学结合的可能性较大，故可用于增强与聚合物基体的界面结合，提高聚合物的承载能力，从而达到增强增韧聚合物的目的。（一）Nano-SiO2的微观结构[7-8]Nano-SiO2分子呈三维网状结构，与其它纳米材料一样，表面都存在着不饱和残键和不同键合状态的羟基（包括未受干扰的孤立羟基、彼此形成氢键的连生的缔合羟基以及两个羟基连在一个硅原子上的双生羟基），因此nano-SiO2

6、具有很高的活性（其结构如图1所示）。9二．Nano-SiO2的制备制备nano-SiO2的方法主要有干法和湿法两种。干法包括气相分解法和电弧法；湿法包括化学沉淀法、溶胶-凝胶法和微乳液法。由于干法工艺制备的nano-SiO2纯度高、性能好，但设备投资较大，生产过程中能耗大、成本高，故目前国内外多采用湿法工艺制备nano-SiO2。（一）.化学沉淀法化学沉淀法是以硅酸钠和酸化剂（H2SO4、HCl等）为原料，反应生成的沉淀物经分离、干燥后得到SiO2。化学沉淀法是目前最主要的生产方法[9]，最终的产

7、品粒径主要受所选择的酸化剂、硅酸盐浓度及搅拌条件等影响。其制备原理如式（1）、式（2）所示（二）.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法一般以硅酸酯为原料，经水解缩聚后逐渐胶化，然后经过一定的后处理（陈化、干燥）得到所需的材料。采用溶胶-凝胶法技术制备的nano-SiO2，其最终粒径受反应物水和NH3的浓度、硅酸酯的类型[正硅酸四甲酯（TMOS）、正硅酸四乙酯（TEOS）和正硅酸四丙酯（TPOS）等]、醇的种类（甲醇、乙醇、丙醇和戊醇等）、催化剂的种类（酸或碱）和温度等因素的影响而有所不同。通过对这些影响因素的

8、调控，可获得不同结构的纳米材料[10]。9最常用的硅酸酯是TEOS。首先将TEOS水解成原硅酸[见式（3）]；然后原硅酸分子间脱水，逐步形成Si-O-Si长链；最终形成硅氧四面体组成的SiO2大分子[见式（4）]。（三）.微乳液法微乳液法是液相化学制备法中较新颖的一种。微乳液是一种直径为10～100nm、热力学稳定的、各向同性的、外观透明或半透明的分散体系，主要由表面活性剂、助表面活性剂（通常为醇类）、油和水等组成，可分为“油包水（W/O）型”和“水包油（O/W）型”两种。由于反胶