简述纳米材料在环氧树脂中的应用

日期:2019-01-07 / 人气: / 来源:未知

  纳米资料是指粒子均匀粒径在l00nm以下的资料。其间均匀粒径为20~100nm的称为超细粉,均匀粒径小于20nm的称为超微粉。纳米资料具有相当大的相界面面积,它具有许多微观物体所不具备的新异的物理、化学特性,既是一种多组分物质的涣散系统,又是一种新型的资料。纳米资料的研讨是从金属粉末、陶瓷等范畴开端的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等范畴得到了广泛的运用。近年来将纳米资料涣散于聚合物中以进步高分子资料功能的研讨也日益活泼,并获得了许多可观的作用。

  1、纳米资料的特性

  因为纳米资料晶粒极小,外表积特大,在晶粒外表无序排列的原子分数远远大于晶态资料外表原子所占的百分数,导致了纳米资料具有传统固体所不具备的许多特殊根本性质,如体积效应、外表效应、量子尺寸效应、微观量子地道效应和介电限域效应等,从而使纳米资料具有微波吸收功能、高外表活性、强氧化性、超顺磁性及吸收光谱体现显着的蓝移或红移现象等。除上述的根本特性,纳米资料还具有特殊的光学性质、催化性质、光催化性质、光电化学性质、化学反响性质、化学反响动力学性质和特殊的物理机械性质。

  2、纳米资料的品种

  (1)纳米二氧化硅

  纳米二氧化硅的团聚体是无定型白色粉末,外表分子状况呈三维网状结构。这种结构赋予涂料优秀的触变功能和涣散稳定性。纳米二氧化硅具有极强的紫外线吸收、红外线反射特性,能进步涂料的抗老化功能。对纳米二氧化硅外表进行处理,可使二氧化硅纳米粒子外表一起具有亲水基团和亲油基团,纳米资料的这种两亲性大大扩展了其运用范畴。针对不同类型的涂料,纳米二氧化硅的增加量一般为0.1%-1.0%,最多不超越5%。

  (2)纳米二氧化钛

  纳米二氧化钛是20世纪80年代末开展起来的主要纳米资料之一。纳米二氧化钛的光学效应随粒径而变,尤其是纳米金红石二氧化钛具有随视点变色效应。纳米二氧化钛的粒度一般为10~50 nm,增加量操控在1.0%以下。

  (3)纳米氧化锌

  纳米氧化锌具有一般氧化锌无法比拟的新功能和新用处,具有屏蔽紫外线、吸收红外线及灭菌防霉作用。纳米氧化锌还具有增稠作用,有助于颜料涣散的稳定性。

  (4)其他纳米资料

  常用的其他纳米资料还有超细炭黑、气相二氧化硅、纳米级碳酸钙等,均归于纳米资料范畴。但炭黑的涣散问题、气相二氧化硅的增加问题及碳酸钙合理运用仍需进一步研讨。

  3、纳米资料在环氧树脂中的运用

  纳米资料在环氧树脂中的运用主要是在复合资料和涂料方面。

  在现有的复合资料中,通常以纤维作增强资料,因为纤维与基体的相容性问题,约束复合资料功能的发挥。为了处理相容性问题,充分发挥复合资料的优异功能,人们从分子水平规划复合资料。经过操控纳米资料在高聚物中的涣散与复合,能够在树脂较弱的微区内起补强、填充、增加界面作用力,减少自由体积的作用,可能仅以很少的无机粒子体积含量,就能在一个相当大的范围内有效地改动复合资料的归纳功能,且不影响资料的加工功能。

  Zhang L D等人的研讨标明,a-Al2O3与环氧树脂复合,使其模量增加,当粒径为27nm,a-Al2O3增加量为1%~5%(质量比)时,进步了环氧树脂的Tg,模量达极大值;增加量超越10%(质量比)时,模量下降。

  王立新等选用己二胺对粘土经过离子交换反响进行改性,然后将改性后的粘土与E-51在二甲基甲酰胺(DMF)中拌和混合,制备出环氧树脂/粘土纳米复合资料。当纳米粘土增加量为3wt%时,马丁耐热为61.5℃,冲击韧性为8.95kj/m2,别离比不加粘土的固化树脂进步了仅20℃和190%。

  Muks Wang等人选用粉末法使低分子环氧树脂在粘土层间聚组成醚。这一研讨是用E-51与处理过的黏土在混合情况下,高温自聚生成聚醚粉末,聚合时随同粘土的层离反响,二者为一协同反响。

  Usuki-A等人述及的粘土改性环氧树脂选用了溶剂法,在溶剂N,N’-二甲基甲酰胺中,E-51在其作用下穿插于黏土晶层之间,然后参加固化剂固化,使两者复合杰出,功能有很大进步。除此以外,有人选用插层原位复合法,将单体嵌入到粘土夹层中再固化的方法制备环氧/黏土纳米复合资料。

  4、我国纳米资料研讨及出产概况

  据专家剖析,我国纳米资料的归纳研讨水平处于先进部队之中,但就纳米资料的运用而言,我国现在仍处于起步阶段。

  自20世纪80年代中期以来,纳米科学和纳米技术越来越遭到我国政府的注重。1991年11月召开的纳米科技开展战略学术研讨会上,一致以为纳米科技是正在鼓起的跨世纪的战略性科技范畴,纳米科技正处于重大突破时期。会上拟定了纳米科技开展战略对策,对开展我国纳米科技进行布置,其间,把纳米资料的制备科学与功能研讨列为“八五”重点项目。为期10年的“纳米科学攀登方案(1990~1999年)”和一系列先进资料研讨方案是中心活动。

  据《生活时报》报导,现在我国现已建成了9个纳米技术研讨基地,我国科学院固体物理研讨所、南京大学、上海硅酸盐研讨所、清华大学、北京大学等单位现已形成了一支从事纳米技术研讨的部队,并在国际上获得了一系列令人鼓舞的作用,单个方面乃至走在了国际最前沿。我国有实力的研讨范畴是纳米碳针和运用纳米管的出产工艺开发。我国物理学会和我国粒子学会致力于纳米技术传达。我国的纳米科技已获得突破性发展。现在我国现已有多家企业在从事纳米资料的出产和研发,并有一批产品投放市场,获得了杰出的经济效益和社会效益。纳米资料现已在北京的一些体育场馆运用,作用非常明显,为我国争取2008年的“奥运”申办权做出民奉献。


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