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摘 要

本文介绍以无机刚性粒子二氧化硅填充改性环氧树脂，从而对其起到增韧效果的目的。但单纯的二氧化硅不能很好的填充环氧树脂，为了改善填充效果，对二氧化硅进行接枝改性。先以KH-570（γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷）和二氧化硅进行反应，反应掉-OH。再接枝GMA，接枝改性过的二氧化硅和环氧树脂有着很好的相容性。为了明确GMA的接枝效果，分别以IR（红外）、TG（热重）对不同单体浓度接枝改性的二氧化硅进行分析。依照红外分析、热重分析、透射电镜分析等，随着浓度的增大，其接枝效果明显。再以（SEM）扫描电子显微、冲击试验机、等诸多仪器对样条进行分析测定。力学性能测试结果显示，当使用0.5mol/L的GMA单体接枝改性二氧化硅，填充量为1%时其冲击强度较纯环氧树脂提高了72.0%。

关键词：环氧树脂 二氧化硅 接枝改性 增韧 KH570 PGMA

Study on Mechanical Properties of PGMA - g - SiO2 Filled Epoxy Resin

ABSTRACT

This article describes the inorganic rigid particles filled with silica modified epoxy resin, so as to achieve the purpose of toughening effect. However, the compatibility of pure silica with epoxy resin is not good, in order to better improve the compatibility, the need for grafting silica modification. The reaction was carried out with silane coupling agent KH570(ℽ- (methacryioyl-

oxy) propyltrimethoxysilane) and silica, followed by GMA (glycidyl methacrylate). Grafted modified silica and epoxy have good compatibility. In order to clarify the grafting effect of GMA, the silica with different monomer concentration was analyzed by IR (infrared) and TG (thermogravimetric) respectively. From the infrared spectrum and thermogravimetric analysis, it can be seen that the grafting effect is obvious with the increase of the concentration. The micro- structures were analyzed by SEM scanning electron microscopy, impact testing machine and so on. The mechanical properties of the test showed that when the 0.5 mol / L GMA monomer was used to graft the modified silica, the impact strength was 72.0% higher than that of the pure epoxy resin.

Key words: Epoxy resin；silica ；Graft modification； Toughening ；KH570 ；PGMA

目录

目 录

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

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1环氧树脂的简介 1

1.1.1环氧树脂的性质 1

1.1.2环氧树脂的用途 1

1.2二氧化硅的简介 2

1.2.1二氧化硅的性质 2

1.2.2二氧化硅的用途 2

1.3环氧树脂复合材料 3

1.3.1现状 3

1.3.2未来方向 3

1.3.3本文研究方向 3

第二章 实验内容 4

2.1 实验试剂和仪器 4

2.2 二氧化硅的改性 6

2.2.1 解决问题 6

2.2.2 硅烷偶联剂KH-570 的水解 6

2.2.3 KH-570改性二氧化硅（一步改性） 6

2.2.4精制GMA单体和AIBN引发剂 6

2.2.5 GMA接枝二氧化硅的工艺（二步改性） 7

2.2.6不同改性程度PGMA-g-SiO₂微粒的表征方法 8

2.3 PGMA-g-SiO₂填充环氧树脂复合材料的制备与表征 9

2.3.1 PGMA-g-SiO₂填充环氧树脂复合材料的制备 9

2.3.2 PGMA-g-SiO₂填充环氧树脂复合材料的表征 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 改性SiO₂的测试与分析 11

3.1.1红外分析 11

3.1.2 热重分析 11

3.1.3 TEM及SEM分析 12

3.2 PGMA-g-SiO2填充环氧树脂力学性能测试与分析 15

3.2.1 冲击性能 15

3.2.2 拉伸性能 16

第四章 总结 18

4.1结论 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 绪论

1.1环氧树脂的简介

1.1.1环氧树脂的性质

在环氧分子中有很多-CH(O)CH-的存在，并且在一定条件下可以形成三维网状固化物的化合物的一类高聚物的总称。它是一类重要的热固性树脂。它具有很多极佳的性能，例如粘结效果很好，环氧树脂具有很强的粘聚力，EP分子结构十分紧凑的，因此，EP的力学性能比起PF和一般的不饱和聚酯等树脂是要高的。 附着力强，在环氧树脂固化体系中有一些极性基团，例如：-CH(O)CH-、-OH以及-C-O-C-、-CO-NH-、-COO-等，这些基团使得环氧树脂对一些极性材料有着很好的附着力。收缩率低，环氧树脂一般为百分之一到百分之二，酚醛树脂是百分之八到百分之十，而不饱和聚酯树脂大概是百分之四到百分之六，相比而言它的收缩率是很小的。线胀系数也很小，一般为6×10-5/℃，所以固化后体积变化不大。除此之外，环氧树脂还有很好的工艺性，不用很苛刻的条件就可以成型。在热固性树脂中，环氧树脂有着很好的电绝缘性，因为在固化后，环氧树脂失去了可以导电的物质。其抗化学药品性也是极好的，只要不含酸、碱、盐等杂质，不易变质。当然，环氧树脂也有一些缺点，EP的耐候性较差。一般的双酚A型环氧树脂固化物在太阳下放置太久的话，表面会变得不再光亮，慢慢地变成粉末状。这是因为环氧树脂中存在芳香醚键，在太阳光照射下会降解断链。另外，环氧树脂在较低的温度下由液态凝固成固态很难，一般需在十摄氏度以上固化，如果低于这个温度的话，则固化就不会那么快了。其相对较差的冲击强度和相对易碎的特性也是颇受关注的，对其的增韧改性也就油然而生了。

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