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1、第22卷第1期宁波大学学报（理工版）Vol.22No.12009年3月JOURNALOFNINGBOUNIVERSITY(NSEE)Mar.2009文章编号:1001-5132（2009）01-0112-05纳米橡胶填充环氧树脂的压缩力学性能*廖绍凯,杨黎明（宁波大学力学与材料科学研究中心,浙江宁波315211）摘要:鉴于复合材料具有不同于一般材料优异的性能,因此有必要在宽广应变率的范围内(从准静态到冲击动态)来认识纳米粒子的增强增韧效应及其机理.为了对纳米橡胶/环氧树脂的动静态压缩力学性能进行研究,分别在霍普金森压杆(SHPB)和MTS液压伺服材料试验机
2、上进行了纳米橡胶填充环氧树脂复合材料的动静态压缩实验,并将实验结果与细观力学方法的预测性能进行了比较分析,探讨了纳米级橡胶颗粒对基体材料环氧树脂的改性效果.关键词:纳米复合材料;增强增韧;动静态力学性能;细观力学中图分类号:O346文献标识码:A环氧树脂(ER)是泛指分子中含有2个或2个以减震防震材料和传动材料.正由于橡胶的高弹性[2]上环氧基团的有机高分子化合物,除个别情况外,能,也常被作为分散相来增韧塑料,可以提高脆它们的相对分子量都不高.环氧树脂分子结构是性高分子材料的韧性,降低内应力,提高抗热冲击[3]以分子链中含有活泼的环氧基团为特征,环氧基性能
3、.从20世纪60年代末国内外进行了大量的[4]团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构.由工作,其中用液体端羧基丁氰橡胶(CTBN)增韧于分子结构中含有活泼的环氧基团,使它们可与环氧树脂已成功地应用于胶粘剂、复合材料及涂料[5]多种类型的固化剂发生交联反应,而形成不溶、不等方面.熔的具有三向网状结构的高聚物,具有形式多样、研究结果表明:采用大颗粒(微米量级以上)橡固化方便、粘附力强、收缩性低、化学和尺寸稳定胶增韧环氧树脂,会使材料强度及刚度明显下降;性好的优点.但通常使用的环氧树脂在固化后的如采用填料增强,韧性又会下降.而在环氧树脂中性脆、冲击强度低,限制
4、了环氧树脂的使用.因此加入纳米材料被认为是一种有效的改性方法,由提高环氧树脂的抗冲击强度而不显著影响其他力于纳米材料表面的非配对原子多,与环氧树脂发[1]学性能指标和耐热性,一直是重要的研究热点.生物理或化学结合的可能性大,增强了粒子与基橡胶是一种具有极高弹性的高分子材料,其体的界面结合,进而可承担一定的载荷,具有增强[6,7][8]弹性变形量可达100%~1000%,且回弹性好、回弹增韧的可能,而且具有更好的耐磨性能.已有速度快.同时,橡胶还有一定的耐磨性、很好的绝的大量研究表明在高聚物中加入纳米CaCO3、TiO2[9,10]缘性和不透气、不透水性,是
5、常用的弹性、密封、等对基体材料具有良好的改性效果.收稿日期:2008-10-02.宁波大学学报（理工版）网址:http://3xb.nbu.edu.cn基金项目:国家自然科学基金（10672083）.第一作者:廖绍凯（1983－）,男,江西吉安人,在读硕士研究生,主要研究方向:材料动态响应.E-mail:liaoshaokai@163.com*通讯作者:杨黎明（1957－）,男,北京人,教授,主要研究方向:材料冲击动力学.E-mail:yangliming@nbu.edu.cn第1期廖绍凯,等:纳米橡胶填充环氧树脂的压缩力学性能113本文利用MTS和SHP
6、B实验装置对纳米橡胶填充环氧树脂复合材料的准静态和冲击动态性能进行了研究,探讨纳米橡胶颗粒含量和应变率对其基体材料的影响.建立复合材料性质与复合材料的相材料性质和微结构参数的关联是实现复合材料设计乃至优化的基础,研究已取得一系列的结[11,12]果.但随着颗粒深入到纳米尺度,传统细观力学的方法已不能适用于计及纳米效应的复合材料中,图1VP-501增韧环氧树脂的透射电镜照片现已有相关理论探讨了预测加入纳米粒子后复合[13,14]材料宏观力学性能改变的情况.为此,本文在准静态和动态实验结果分析的基础上,通过与细观力学预测理论结性能结果进行比较,从宏观层次上来体
7、现纳米填充效应.1实验部分1.1实验材料-1图2应变率为0.001s各含量的应力应变图本实验采用的纳米橡胶填充环氧树脂复合材料由国家纳米中心提供,原料为在双酚A环氧树脂中添加不同含量的超细全硫化粉末羧基丁氰橡胶(VP-501)纳米颗粒,颗粒尺度在50~100nm之间,固化剂为甲基六氢苯酐(MHHPA),其具体组成见表1.表1纳米材料组份样品材料组份纳米颗粒含量/(vol%)ER0E51/MHHPA0ER3E51/MHHPA/Nanorubber3-1图3应变率为0.01s时各含量的应力应变图ER6E51/MHHPA/Nanorubber6ER9E51/MH
8、HPA/Nanorubber9Hopkinson压杆相同的试样尺寸
