纳米粒子/UPR复合材料及BMC的制备和性能研究

论文摘要

纳米复合材料由于结合了纳米粒子在电、磁、光、声、热力学、催化和生物等方面呈现出的特有的性能,它的制备已经成为获得高性能复合材料的重要方法之一。本文用硅烷偶联剂KH-570和油酸对纳米Al2O3以及用油酸和硬脂酸对纳米ZnO进行表面改性,将改性后的纳米粒子分别以粉末形式直接加入或制成苯乙烯悬浮液的形式经过高能超声作用加入不饱和聚酯中制备不同粒子含量的纳米粒子/UPR复合材料。通过亲油化度、红外图谱来表征纳米粒子改性后的效果;通过观察加入不同含量固化剂所制备的复合材料形态研究了固化剂含量对纳米粒子/UPR复合材料固化成型的影响;通过TEM分析粒子在UPR中的分散效果;在万能试验机上测量纳米粒子/UPR复合材料的弯曲强度;通过SEM观察了复合材料弯曲断口处的形貌及纳米粒子的分布情况;通过DSC实验分析了不同含量的纳米ZnO/UPR的初始固化温度和最大放热量。结果表明,KH-570改性纳米Al2O3的效果略好于油酸,而油酸改性纳米ZnO的效果好于硬脂酸;固化剂含量不宜过高,占树脂质量分数为1.5%时较为合适,含量过高可能会因反应过于剧烈而发生爆聚;TEM结果表明纳米粒子以苯乙烯悬浮液形式加入到UPR中的分散效果更好;高能超声作用可以很大程度提高纳米粒子在UPR中的分散性;纳米粒子含量在3wt%时,复合材料的力学性能最好;DSC分析结果表明,纳米ZnO/UPR反应活性高于纯UPR;SEM结果表明纳米粒子在UPR中的分布直接影响复合材料的性能,适当含量的纳米粒子在纳米粒子/UPR复合材料中起着增强增韧的作用。在纳米粒子/UPR的基础上,本文对纳米ZnO/BMC的制备与性能进行了研究。先是在BMC配方的基础上,将纳米ZnO均匀添加到UPR基体中制备纳米ZnO/BMC复合材料,并改进工艺制备出较高含量的纳米ZnO/BMC复合材料。力学性能、巴氏硬度及击穿电压试验结果表明,适当含量的纳米粒子以苯乙烯悬浮液形式加入到原BMC配方中制备成纳米粒子/BMC后,获得了综合性能较好的复合材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚合物基纳米复合材料的概述
• 1.1.1 聚合物基纳米复合材料分类及制备方法
• 1.1.2 热塑性树脂基复合材料的研究现状
• 1.1.3 不饱和聚酯基纳米复合材料的研究现状
• 1.1.4 BMC 材料增韧改性的研究现状
• 1.2 高能超声辅助制备复合材料研究现状
• 1.3 纳米粒子的表面处理
• 1.3.1 纳米粒子的团聚原理
• 1.3.2 纳米粒子的表面改性
• 1.4 选题依据
• 1.5 研究思路
• 1.6 研究内容
• 20₃/不饱和聚酯复合材料的制备及性能研究'>第二章 纳米A1₂0₃/不饱和聚酯复合材料的制备及性能研究
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验仪器及装备
• 2.1.3 实验固化模具
• 120₃ 的表面改性'>2.2 纳米A₁20₃的表面改性
• 2.3 改性效果表征
• 2.3.1 红外表征
• 2.3.2 亲油化度表征
• 120₃/UPR 复合材料的制备'>2.4 纳米A₁20₃/UPR 复合材料的制备
• 2.5 高能超声分散纳米粒子
• 2.5.1 纳米粒子在不饱和聚酯中分散处理工艺原理
• 2.5.2 高能超声作用机理
• 2.5.3 高能超声实验过程
• 2.6 固化剂含量对纳米复合材料成型的影响
• 120₃/UPR 复合材料的力学性能实验'>2.7 纳米A₁20₃/UPR 复合材料的力学性能实验
• 2.7.1 试样制备
• 2.7.2 三点弯曲性能测试
• 2.8 SEM 表征
• 20₃/不饱和聚酯复合材料增强增韧机理探讨'>2.9 纳米A1₂0₃/不饱和聚酯复合材料增强增韧机理探讨
• 第三章 纳米ZnO/不饱和聚酯复合材料的制备及性能研究
• 3.1 实验材料及设备
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验仪器及装备
• 3.2 改性纳米ZnO/不饱和聚酯复合材料的制备、表征及性能研究
• 3.2.1 纳米ZnO 的表面处理
• 3.2.2 改性纳米ZnO/不饱和聚酯复合材料的制备
• 3.3 纳米ZnO 改性效果的表征
• 3.3.1 红外分析
• 3.3.2 亲油化度的测定
• 3.4 纳米ZnO 在UPR 中的分散情况
• 3.5 TEM 表征
• 3.6 纳米ZnO/UPR 复合材料的弯曲性能
• 3.7 SEM 表征
• 3.8 不饱和聚酯固化原理
• 3.8.1 不饱和聚酯固化过程中的温度变化
• 3.8.2 DSC 分析
• 第四章 纳米ZnO/BMC 的制备与性能研究
• 4.1 BMC 的生产工艺流程及配方
• 4.2 纳米ZnO/BMC 的制备与性能研究
• 4.2.1 本实验的BMC 配方
• 4.2.2 纳米ZnO/BMC 制备第一阶段工艺流程
• 4.2.3 力学性能测试
• 4.2.4 稀释剂的添加
• 4.2.5 纳米ZnO/BMC 制备第二阶段工艺流程
• 4.2.6 纳米ZnO/BMC 复合材料的击穿电压性能研究
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果