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摘 要：采用偶聯(lián)劑對玻璃微珠表面進行改性處理,借助超聲波振動,使改性空心玻璃微珠在環(huán)氧樹脂中均勻、穩(wěn)定分散,增強了玻璃微珠與環(huán)氧樹脂之間的相容并探討了改性空心玻璃微珠對環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,復(fù)合材料中改性空心玻璃微珠添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時,其拉伸強度達到最大值68·54 MPa,與空白樣相比提高了20·3%;沖擊強度達到最大值24·42 kJ/m2,比純環(huán)氧樹脂提高了166%;KIC(斷裂韌性)達到最大值2·338 MPa/m2,是空白試樣的2·27倍,增韌效果較為明顯。
關(guān)鍵詞：改性;空心玻璃微珠;環(huán)氧樹脂;復(fù)合材料;力學(xué)性能
中圖分類號：TQ323·5; TB323 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7432(2008)06-0021-03
0 引 言
環(huán)氧樹脂因優(yōu)良的力學(xué)性能、電氣性能及粘接性能、化學(xué)穩(wěn)定性能、易加工成型和成本低廉等在涂料、膠粘劑、機械、航空航天、電子封裝及先進復(fù)合材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1~3]。隨著高新技術(shù)特別是以航空航天為代表的高新領(lǐng)域的不斷發(fā)展,對環(huán)氧樹脂的性能、用途提出了更高的要求。近年來,國內(nèi)外學(xué)者在增韌增強環(huán)氧樹脂方面做了大量的研究工作[4~6],取得了許多成果。
本文將空心玻璃微珠經(jīng)硅烷類偶聯(lián)劑KH55表面處理后用于環(huán)氧樹脂改性,兩者界面結(jié)合較為緊密,相容性好,所得復(fù)合材料的拉伸性能、沖擊強度和斷裂韌性KIC得到了較大的提高,增韌效果較為明顯。 
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2·3 復(fù)合材料的斷裂韌性
從圖3可以看出,改性空心玻璃微珠的加入量對改性樹脂的斷裂韌性有較大的影響。當(dāng)改性空心玻璃微珠的用量為1%時,KIC為1·335 MPa/m2,比未改性環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了29·61%,隨著改性空心玻璃微珠用量的繼續(xù)增加,樹脂的斷裂韌性增加很快,當(dāng)改性空心玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到3%時,KIC為最大值2·338 MPa/m2,是空白試樣的2·27倍,可見改性空心玻璃微珠明顯增強了環(huán)氧樹脂的韌性。 
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分析KIC增加的原因,可能由于表面改性的空心玻璃微珠加入,偶聯(lián)劑的活性基團已經(jīng)鍵入環(huán)氧樹脂的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中,在一定程度上起到了網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的作用,在固化物受到?jīng)_擊的時候,可以起到應(yīng)力分散和承受應(yīng)力的作用,增加了體系的斷裂能,使改性體系的KIC比純環(huán)氧樹脂體系有很大提高。但改性空心玻璃微珠含量超過8%,容易聚集影響其分散性,因而會影響樹脂體系的網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)均勻性,當(dāng)受到外力作用時,在界面應(yīng)力集中區(qū)會首先斷裂,此時外加應(yīng)力將會全部集中在連續(xù)的環(huán)氧樹脂相上,使其在較高的應(yīng)變速率下迅速斷裂,導(dǎo)致斷裂韌性降低。
2·4 試樣沖擊斷面的SEM分析
分別用空心玻璃微珠和經(jīng)表面改性的空心玻璃微珠為填料,在相同的固化工藝條件下得到的試樣,其沖擊斷面的SEM形貌如圖4所示。
圖4表明,固化體系均存在明顯的兩相結(jié)構(gòu)。表面改性空心玻璃微珠在樹脂基體中分散比較均勻,與環(huán)氧樹脂表面相容性好,試樣受到?jīng)_擊斷裂后,改性微珠表面還包裹或纏繞著薄層的環(huán)氧樹脂,這對于提高增韌效果、改善樹脂的力學(xué)和熱學(xué)性能以及增強樹脂體系的穩(wěn)定性將起到極大的促進作用。出現(xiàn)這一結(jié)果與改性微珠表面具有活性基團并與環(huán)氧樹脂基體間存在很強的作用力有關(guān)。未經(jīng)表面改性的微珠/環(huán)氧體系受到?jīng)_擊時,很容易形成明顯的兩相界面,部分甚至與基體完全脫離,其增韌效果相比要差得多。
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3 結(jié) 論
空心玻璃微珠經(jīng)過KH550偶聯(lián)劑表面處理后用于環(huán)氧樹脂體系,能較好地改善其與基體樹脂界面相容性,使得改性環(huán)氧樹脂體系的力學(xué)性能有明顯的提高。當(dāng)改性空心玻璃微珠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時,改性環(huán)氧樹脂拉伸強度和沖擊強度均達到最大值,且分別比純環(huán)氧樹脂提高了20·3%和166%。
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