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摘 要

本文以无机刚性纳米粒子SiO₂为改性剂，利用接枝聚合的方法在SiO₂表面包覆聚合物PGMA，得到具有核-壳结构的改性气相法SiO₂以增强纳米粒子与基体的相容性；与环氧树脂共混制成纳米复合材料以达到增韧改性的目的。为了克服纳米粒子与基体间相容性差的缺点，以γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷(KH-570)和甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）为改性剂，对气相法纳米二氧化硅粒子进行了表面接枝改性。研究了单体浓度对二氧化硅接枝率的影响以及改性微粒填充量对复合材料力学性能的影响，并借助红外（FT-IR）、热失重（TG）和透射电镜（TEM）对改性SiO₂进行分析表征。力学性能测试结果表明，二氧化硅粒子经GMA表面接枝聚合改性后，对环氧树脂复合材料的力学性能有明显的改善作用，当使用0.5mol/L的GMA单体接枝改性二氧化硅，填充量为1%时其冲击强度较原环氧树脂提高了95.65%。

关键词：环氧树脂 纳米二氧化硅 接枝改性 力学性能 甲基丙烯酸缩水甘油酯

Study on GMA-g-SiO₂ / Epoxy Composites

ABSTRACT

In this paper, inorganic rigid silica particle was employed as reinforcing filler to improve toughness of epoxy resin. In order to enhance the compatibility between nano particles and the matrix, the polymer PGMA was coated on the SiO₂ surface by grafting polymerization and the composite particles had typical core-shell structure.In order to enhance its compatibility with EP matrix, fumed silica particle was modified by surface grafted polymerization, in which γ-methyl acryloyloxypropyl trimethoxyl silane(KH-570) acted as coupling agent and glycidyl methylacrylate(GMA) acted as monomer.The effects of monomer concentration on thegrafting yield and grafted particles filler on mechanical properties of composites.The grafted particles is characterized by FT-IR,TG and TEM.

Mechanical properties of EP/ SiO₂ composites measured show that the addition of GMA grafted silica particles into EP resin by co-blending method can effectively improve the tensile strength and impact strength of epoxy resin simultaneously,When using 0.5mol / L of GMA monomer graft-modified silica filler content of 1%, the impact strength than the original increase of 95.65% epoxy resin.

Keywords: Epoxy resin; Nano-silica; Grafting modification;Mechanical property; GMA

目录

摘要………………………………………………………………………………………………I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1纳米复合材料性能及特点 1

1.2纳米粒子的特性 1

1.2. 1纳米粒子的团聚 1

1.2. 2纳米粒子的分散 2

1.2.3纳米粒子的分散方法 2

1.3纳米二氧化硅的表面改性方法 2

1.3.1物理改性 3

1.3.2 化学改性 3

1.3.3物理、化学同步改性 3

1.4应用于本课题的纳米二氧化硅颗粒 4

1.5环氧树脂 4

1.5.1环氧树脂简介 4

1.5.2环氧树脂及其固化物的性能特点 4

1.5.3环氧树脂的增韧 5

1.6 环氧树脂基纳米SiO₂复合材料的制备 5

1.7本论文研究的主要内容及意义 5

1.7.1本论文主要研究内容 5

1.7.2目前研究存在的问题 6

1.7.3尚需解决的关键问题 6

第二章 实验部分 7

2.1 实验试剂和仪器 7

2.2 纳米二氧化硅的表面改性实验 8

2.2.1 引言 8

2.2.2 KH-570 水解 8

2.2.3 KH-570改性纳米二氧化硅（一次改性） 8

2.2.4精制GMA单体 9

2.2.5 GMA接枝纳米二氧化硅的工艺 9

2.2.6不同改性程度GMA-g-SiO₂微粒的表征方法 10

2.3 GMA-g-SiO₂/环氧树脂复合材料的制备与测试方法 11

2.3.1 GMA-g-SiO₂/环氧树脂复合材料的制备 11

2.3.2纳米二氧化硅/环氧树脂复合材料的表征 12

第三章 实验部分 15

3.1 改性纳米二氧化硅的表征与分析 13

3.1.1红外分析 13

3.1.2 热失重分析 13

3.1.3 TEM分析 14

3.2 GMA-g-SiO2/EP复合材料性能测试与分析 16

3.2.1 冲击性能 16

3.2.2 拉伸性能 17

3.2.3 动态热力学分析 19

第四章 全文主要结论 20

4.1结论 20

参考文献 22

致谢 23

第一章 绪论

1.1纳米复合材料性能及特点

纳米复合材料^[1]是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体作为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维等改性剂作为分散相，这一体系材料称之为纳米复合材料。

在各种高分子材料领域中，纳米复合材料具有优异的综合性能，广泛用于机械制造医学、航空航天、汽车、纺织和化工等各个行业，是当代材料界较具有前景的材料之一。同时也是应用和规模最大，研究最多的一类科研项目。为了增韧增强环氧树脂，研究人员从理论到实践上都做了大量的工作，无机粒子填料在环氧树脂固化体系中的应用较为广泛。

1.2纳米粒子的特性

纳米微粒的主要特征表现在表面效应、小尺寸效应以及量子尺寸效应。

1.2. 1纳米粒子的团聚

纳米粒子的团聚过程表示如下:

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