壞氧樹脂是一種應(yīng)用非常廣泛的基體樹脂，固化過程收縮率小，固化產(chǎn)物具有優(yōu)異的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、耐老化性，電性能好，機械強度高和對基材的黏附性能好，是熱固性樹脂中用量{zd0}的品種之一，在膠黏劑、涂料、密封膠和復(fù)合材料方面有廣泛應(yīng)用。但也存在固化產(chǎn)物脆性大、韌性差、耐疲勞性不足等，難以滿足工業(yè)需求，使其使用受到限制，因此需要對環(huán)氧樹脂進行增韌改性。

    目前，對環(huán)氧樹脂增韌的方法很多。硅灰石是一種無機針狀或放射狀礦物，其主要化學(xué)成分為CaSi03，廣泛虛用于塑料、橡膠、油漆、涂料等領(lǐng)域，可增加制品的硬度、彎曲強度、沖擊強度，提高制品熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性，具有發(fā)展前途。但硅灰石與有機聚合物也存在相容性的問題，共混時在聚合物中分散不均，工藝性變差，導(dǎo)致制品力學(xué)性能下降，限制了硅灰石在聚合物中的應(yīng)用。因此需要對硅灰石進行表面改性，改善其與聚合物的相容性，提高其分散性和加工成型性，增強其與聚合物界面結(jié)合力，提高材料的機械性能和降低生產(chǎn)成本。硅灰石表面含有Si-0鍵和Si-OH鍵，能與硅烷偶聯(lián)劑形成化學(xué)鍵和作用，這是對硅灰石進行表面改性的基礎(chǔ)。本研究采用微米級改性硅灰石對環(huán)氧樹脂進行增韌改性，研究硅灰石表面改性方法及改性硅灰石用量對環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能的影響。

l實驗部分

1.1試驗原料

    硅灰石：1250目，長徑比15：1-17：1，江西奧特精細粉體有限公司：雙酚A型環(huán)氧樹脂：GELR-127，臺灣宏昌公司：固化劑甲基四氫苯酐( METH-PA)，浙江嘉興清洋化工有限公司：促進劑(AO-1)：上海壯景化工有限公司：引發(fā)劑（一縮二乙二醇）：上海凌峰化學(xué)試劑有限公司：偶聯(lián)劑( KH550、KH560)：上海九邦化工有限公司：硬脂酸1.2試驗設(shè)備真空烘箱：DAF-6050，上海一恒科技有限公司；

電磁攪拌機：JJ-I精密增力電動攪拌器：三輥研磨機：QGM-65，上海精密儀器儀表有限公司；接觸角測試儀：JC2000D3，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司；壓片機：HY -12，天津天光光學(xué)儀器有限公司：掃描電鏡：JSM-6360LV，日本JEOL公司：拉力機：CMT5202，深圳市新三思材料檢測有限公司：沖擊試驗機：JB-300B，上海久濱儀器有限公司：

1.3硅灰石的表面改性

1.3.1  改性方案

    稱取一定量的硅灰石(使用前在120℃干燥12h)，加入三口燒瓶，燒瓶固定于恒溫水浴鍋中，在80℃水浴中活化30 min，攪拌速度為800 r/min。將一定量的改性劑緩慢加入燒瓶中，同時攪拌20 min，降至室溫，即得到干法改性粉體。

1.3.2改性效果評價

    沉降體積法：稱取2g改性硅灰石置于25 mL量筒中，加入20 mL苯，強力攪拌1 min，靜置30 s后讀取界面高度。在相同條件下，界面高度越大，說明改性效果越好。

    接觸角：稱取2g硅灰石粉壓片，用JC2000D3型接觸角測試儀測量改性硅灰石與水面接觸角。與未改性硅灰石相比，接觸角變大，說明改性硅灰石親油性增強，旦接觸角越大改性效果越好。

1.4  改性硅灰石增韌環(huán)氧樹脂

1.4.1  實驗方案

    稱取一定量的改性硅灰石加入環(huán)氧樹月旨中，使用三輥研磨機研磨3 h，使硅灰石充分分散，制成一定固含量的環(huán)氧樹脂，改性硅灰石母料。按計量比加入環(huán)氧樹脂、固化劑和促進劑等，加入到500 mL三口燒瓶中，在85 cc水浴中攪拌1h，趁熱倒入模具，將模具置于真空烘箱中在85℃、-71 kPa條件下脫氣泡l h，升溫至120℃、-51 kPa，預(yù)固化1 h，升溫至150℃、-51 kPa后固化2h，緩慢冷卻至室溫，脫模，取出樣條進行力學(xué)性能測試。

1.4.2材料性能檢測

    按GB /T 1043.1-2008進行無缺口沖擊強度測試：按GB /T 2568-1995進行拉伸強度測試。采用掃描電鏡觀察環(huán)氧樹脂沖擊斷面形貌。

2結(jié)果與討論

2.1  改性劑用量對硅灰石表面改性的影響

    分別加入質(zhì)量分數(shù)（占硅灰石質(zhì)量）為O%、石進行表面改性。樣品在二甲苯中沉降體積和接觸角分別如圖l和圖2。從圖1和圖2可以看出，隨改性劑用量的增加，改性效果提升很快，硬脂酸用量為2%，硅烷偶聯(lián)劑KH550用量為2.5%，KH560用量為2%時改性效果{zh0}。

2.2改性硅灰石增韌環(huán)氧樹脂

    圖3為硅灰石用量對增韌環(huán)氧樹脂沖擊強度和拉伸強度的影響。從圖中可以看出，環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度隨改性硅灰石加入量的增加先升后降。改性硅灰石用量為環(huán)氧樹脂用量的10%時，改性效果{zh0}，且硬脂酸改性硅灰石增韌效果{zj0}，硅烷偶聯(lián)劑KH550改性硅灰石增韌效果次之。空白環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸強度為62.57 MPa，沖擊強度為12.43 kj/m2。當硬脂酸改性硅灰石的加入量為10%時，拉伸強度達到92.47 MPa，沖擊強度為21.07 kj/m2，均有明顯提高。當改性硅灰石用量超過10%時，隨硅灰石用量的增加，拉伸強度和沖擊強度逐漸降低，這是由于硅灰石用量過多時易發(fā)生團聚，造成應(yīng)力集中，體系受力不均，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。

    圖4為硅灰石增韌環(huán)氧樹脂體系斷面形貌的到分散應(yīng)力和吸收能量的作用：2）硅灰石在環(huán)氧樹脂基體中作為應(yīng)力集中點，在基體受到?jīng)_擊時引發(fā)周圍樹脂基體屈服，產(chǎn)生裂紋，吸收大量能量，同時剛性粒子會阻止裂紋的擴展，避免基體的破壞。硅灰石的表面改性效果雖然與改性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料機械強度沒有直接關(guān)系，但改性硅灰石增韌環(huán)氧樹脂體系拉伸強度和沖擊強度均有明顯改善。

3  結(jié)論

    1)硬脂酸、硅烷偶聯(lián)劑KH550相KH560對硅灰石的改性效果為：硬脂酸優(yōu)于硅烷偶聯(lián)劑KH550，硅烷偶聯(lián)劑KH550優(yōu)于硅烷偶聯(lián)劑KH560。

    2)與未經(jīng)改性處理的硅灰石相比，改性硅灰石與環(huán)氧樹脂相容性提高，界面性能改善。改性硅灰石可以顯著提高環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度。

    3)與純環(huán)氧樹脂和未改性硅灰石增韌環(huán)氧樹脂相比，改性硅灰石增韌環(huán)氧樹脂沖擊斷面呈現(xiàn)韌性斷裂，硅灰石在環(huán)氧樹脂中分散程度提高。