不同纳米粒子改性不饱和聚酯树脂的对比研究

第2 3卷第 6期V0 . 3 No 6 12 .

20年 1月 08 1N v2 O o .o 8

热固性树脂Th r s tn sn emoet gRei i 3 5

不同纳米粒子改性不饱和聚酯树脂的对比研究雷文，徐菡芳，朱智慧(南京林业大学信息学院，江苏南京 20 3 ) 107

摘

要：分别采用纳米二氧化硅、纳米蒙脱土及其复配体系改性不饱和聚酯树脂 ( P,对比研究了不同样品的 u R)

弯曲性能、冲击性能及吸水性能。结果表明：纳米蒙脱土质量分数为 3%的样品的弯曲强度及冲击强度均明显低于含纳米二氧化硅的样品，但模量值却正好相反。选用 2种纳米粒子按不同比例复配后，可使 U R弯曲模量及 P冲击强度得到进一步提高，但对弯曲强度无积极效果。温度对吸水率及吸水平衡存在显著影响，升高温度，所有样品的吸水率急剧增大，更加不容易达到吸水平衡。关键词：不饱和聚酯树脂；纳米二氧化硅；纳米蒙脱土；力学性能；吸水性中图分类号：T 334文献标识码：A文章编号：10 7 3 (0 80—03 0 Q 2 .2 02— 4 220 )6 05— 3

Co a a i e su y o n a u a e p le tr r sn l d wih dfe e tn n a ils mp r tv t d n u s t r td o y se e i f l t ifr n a o p tce i eLEIW e n, XU n— fn Ha a g, ZHU Zh— h i i u

( oeeo n rai c nead Tcnl y,N n n ei o syN n 107 hn ) Clg f m tnSic n eho g fI o o e o a gU irto rt a g203,C i vsy fF er aA src: na rt o et s a oie yf ignn i2 aom n oioi ( M )adt im x r bt t st a dpl s r ei w s dfdb Hn aoS0,nn ot rl t M T n e i u s a U u e y er n m i i m ln e h r ters e t ey T e f x rl, i a ta d wae b op in p o et s o e dfee tsmp e r n e t ae T e rs ls ep c i l. h e ua v l mp c n tr a s r t rp ri ft i rn a ls we

e i v i td. h eu t o e h s g s o d h tte fe u a te gh a d i a tsrn t ft es pe o tiig 3 n n i r c i h rta o e h we ta x rls n t mp c t gh o a lsc nan n % a o S02wee mu h hg e n t s h l r n e h m h h c nan n wt n n nmoilni . efe u a d u fte fr rsmp e sls h n t a fteltro e .— o tiig 3% a o mo t rl t T x rlmo u so o me a lswa e sta to ae n Mi o e h l l h h h s xn e t a o p ril o e e o d i rv e feu a d u d i a tsrn t u temoe a d h d n o i v i g t wo n n a t e tg t rc u mp o e t x rlmo u sa mp c te gh f r r r a op st e h cs h l h l l n h n i e e t n t efe u a te gh. e tmp r tr a b iu f t n t e wae b o pin a d i q iiru .T e wae f cso x rlsrn t T e e u e h d o vo s e e s o tra sr to t e u l im h l h a c h n s b h tr a s r t n i ces d rp d ywi e ic sn ftmp rt r n tWa l i c tt e c e e ulb im . b o i n ra e a i l t t n l i g o e eau e a d i s mo e df u o ra h t q i ru p o h h e i fl h i Ke r s u s t rt o y se e i y wo d: n au ae p le trrsn;n n i d a o S02; n n nmo i o i a o mo t rl n t me h ia r p ris wae s r in l e; c a c lp o e t; n e tra opt b o

0引言

2 n 5B,蒙脱石质量分数> 5 i 9%,河北丰润化工厂产品。1 2主要实验设备 .

不饱和聚酯树脂具有价格便宜、易成型加工、 固化后产品质量较轻、强度较高、耐腐蚀等优点，

因而可在许多领

域得以应用。但其较低的硬度和韧性、较差的耐磨性、较高的固化收缩率等缺陷却对其应用产生了不利影响。近些年来，纳米技术发展迅速，利用刚性纳米粒子改性 U R的研究更是引 P

电动搅拌器，G 1一I S2 I,上海机械专机厂；电子万能试验机，M 40,深圳新三思材料检测有 T 24限公司；冲击强度试验机，XJ,承德实验机有 J一5限责任公司；电子天平，S2 S 14,塞多利斯公司。1 3制作工艺 .工艺流程：纳米粒子环烷酸钴 ME P K

人瞩目E 3。为了对比分析不同纳米粒子对 U R树 11￣ P脂的改性效果，本文选用纳米二氧化硅 (i2和纳 s0 )

米蒙脱土( M ) M T分别对 U R树脂进行改性，对其 P不同的改性效果及吸水情况进行对比分析。 1实验部分 11原 . 料

圈

一

圆

一

圃

一

不饱和聚酯树脂 ( P ) U R:南京玻璃钢公司；环烷酸钴，常州前进化工厂；过氧化甲乙酮 ( E P, M K )浙江黄岩焦坑化工厂；纳米 s’ i,粒径 2—4 i, 0 0 0B n南京海泰纳米公司；纳米 MM,平均晶片厚度< T【收稿 1期】20— 7 2;【回1期】20— 8 6 3 08 0— 8修 3 08 0—1 【作者简介】雷文 (97 ) 1一，男，安徽来安人，副教授，博士，硕 6导，从事复合材料及胶粘剂方面的研究，已发表论文 5余篇，申 0请专利 5 6项。

3 61 4性能测试 .

热固性树脂

第2 3卷

度及弯曲模量的改善。但和上述 2种性能不同，图1a的实验结果表明，2种纳米粒子复配对弯曲强 ()度并无积极效果。

弯曲强度及模量测试按 G/ 50-19脂 BT27- 95树 -浇注铸体弯曲性能试验方法进行。 冲击强度按 G/ 58 19 BT26- 95树脂浇铸体冲击实验方法进行。

日

吸水性能：将样品分别浸泡在不同温度的蒸馏水中，定期取样，擦干后称重。吸水率按照以下公式进行计算： 吸水率 (=(m%)一 m )m/ 式中， m分别代表吸水前后样品的质量。 m、:2结果与讨论

宴

鼎趣抑

3: 0

2: 1

1 5: . . 15

12:

0: 3

(米SO) (纳 i:纳米 MMT

) ( )弯曲强度 a

2 1纳米改性 U R的力学性能 . P纳米 MM T及纳米 SO均可改善 U R的力学性 i, P

能，原因分别是纳米 M T与 U'] M F R复合材料中，

M T的硅酸盐片层 ( M单层厚度仅为 1 n,以单层 3 n)形式分散在聚合物基体中，制备的纳米复合材料中分散相 M T与基体 U R之间的界面面积大，能越慧是 M P一山. 把 .分散相和基体的性能充分结合起来，使该材料与基4 3 2● 0

广 _]3

(0删 1 (米MM )纳米SO垣静 : T\i )纳 2 O

( )冲击强度 b

体材料相比性能有大幅度提高L。而纳米 SO改 5 i2性 U R,由于纳米 sO P i,比表面大，表面缺陷少， 非配对原子多，表面活性高，与 U R发生物理或 P化学结合的可能性大，增强了粒子与 U R的界面 P

结合，因而可承担一定的载荷，吸收大量冲击能，具有增强增韧的功效。3: 0 2: 1 1 5: . . 15 1: 2 0: 3

为了对比分析纳米胛及纳米 s)2种纳米粒 i2 (子对 U R的改善效果，本文按照 U R质量的 3 P P%分别

(米SO) (纳 i:纳米 MMT )

()弯曲模量 c

图 1纳米改性 U R的力学性能 PFi. Me h nc l r p re fn n a t ls mo i d UPR g1 c a i o e t s o a o p rce df a p i i i e

选用此 2种纳米粒子填充改性 U R P,同时保持体系中 纳米粒子总质量为树脂质量的 3%不变，将 2纳米种粒子按不同配比复配后再填充改. U R陛 P,得到不同样品的力学性能实验结果如图 1所示。 从图 1可知，质量分数为 3%纳米 S0的样品 i2

2 2纳米改性 U R的吸水性能 . P

图2为纳米 s 2 i改性 U R浇注体、纳米 M T 0 P M改性 U R浇注体及 2种纳米粒子混合改性 U R浇 P P注体吸水实验的结果。 可以看出，浸泡时间及温度对复合材料吸水率

的弯曲强度及冲击强度分别为 7 M a和 4 P2 6 J n,比质量分数为 3 .3I/ 2 (r%纳米 MM T的样品对

均存在明显影响。无论哪种体系，吸水率均随着浸泡时间的延长而逐渐增大，起始

时吸水增重变化率较大，之后逐渐趋缓。复合材料的吸水可能是由于以下几方面原因造成的：树脂基体固化时逸出挥发

应的强度值分别高出 5 .7 41%和 4 .2,说明纳 37%米 S 2 U R弯曲强度及冲击强度具有更好的改 i对 P 0性效果，但模量值却正好相反，添加纳米 MM T的

样品的弯曲模量反而比纳米 s, i改性样品高。另 O外，选用 2种纳米粒子按不同比例复配后，U R弯 P曲模量及冲击强度均可得到进一步提高，当二者按

性小分子从而使其产生微孔、填料本身存在缺陷及其与树脂基体界面存在缺陷等_。随着浸泡时间的 6]延长，越来越多的水分子可透过上述通道进入材料

质量比 2 1 11:或：复配后，改性样品的冲击强度及弯曲模量得到最大幅度的提高，其中冲击强度比 2 种纳米粒子单独加入时分别提高 4 .9和 44% 154%,而弯曲模量却分别提高 1.0和 0 .1 95%9 1%,说明纳米粒子复配更有利于 U R冲击强 .7 P

内部，从而使其样品总质量逐渐增加，但随着水分子渗透的不断进行，上述通道越来越多的地方被水分子占据，此时能够再进人的水分越来越少，也即材料吸水逐渐趋向平衡。和浸泡时间相比，水温对

样品的吸水率及吸水平衡的影响更加显著。实验结

第6期

雷

文等：不同纳米粒子改性不饱和聚酯树脂的对比研究

3 7

果表明，室温下，所有样品的吸水率均较低，且在

3

2

、 .鬻室2

6h 左右即达到吸水平衡，此时样品的质量并不随浸泡时间的延长而继续增加，有的甚至还将下降。 然而，升高温度后，样品的吸水率增加很快，特别是从 7 5℃升至 10o时，吸水率的增加幅度远远 0 C高于从室温(5o) 2升至 5或从 5 C 0c C 0℃升至 7 5℃时吸水率的增加，其原因可能是由于过高的温度造成基体树脂破坏的缘故。另外，还可发现，随着水温的升高，所有样品吸水越来越不容易达到平衡， 特别是 1 的环境下，品的吸水率即使在实验 0 o 0C样 8后仍在急剧增加。 h图 3反映了不同样品浸泡 8h后的吸水率。室 温下，几种复合材料在水中浸泡 8h后的吸水率相

吸水时问/ h ( )m ( d纳米 S ): ( m纳米

MM )=12复配改性 U R T: P

差不大，其中，纳米 s 2 P i/ R复合材料的吸水率 0U甚至比纳米 M TU R复合材料吸水率略高一点， M/P 可能是由于 s0亲水的缘故，在 5 j2 0℃、7 5℃下，\数的增随着 MM T质量分哥*加，复合材料的吸水率逐3 O 2 5 2 0 l 5 l 0 0 5 O 0

、

()纳米 M e MT改性 U R P

3 2 ~觐 o 0 图 2纳米粒子改性 U R样品的吸水性能 P

渐增大，10 o,除了纯 MM 0 C下 T复合材料外，其

吐1』 h Fg 2 Wae pa e o e s mpe df d i. tru tk ft a lsmo ie i

wi iee tn r at ls h f t d frn al p rce o i

他复合材料的吸水变化趋势也基本如此。说明在较高的温度下，使用 M T M增强 U R P,不利于复合材料的耐水性。

懿网 矾 J样品

图 3纳米粒子改性 U R浸泡 8h后的吸水率 PFg 3 W ae b opin rt f i. tr s rt ae o a o n n rce d i a op t ls mo i d UPR s mpe o kn o a i f e a l s a igf r h s 8

()纳米 S 2 a i改性 U R 0 P

3结

论

1 )使用质量分数为 3%的纳米 s 2 i改性 U R o P具有比纳米 MM T改性 U R更高的弯曲强度及冲击 P

强度，但模量值却正好相反。 2 )选用纳米 s0与纳米 M 种纳米粒子按 i, MT2不同比例复配后，U R弯曲模量及冲击强度均可得 P吸水时 f h可/

( )m( b纳米 S ):m( 纳米 M T)=2 l M:复配改性 U R P30 25 2. 0

到进一步提高，但对弯曲强度并无积极效果。 3 )纳米粒子改性 U R样品的吸水率随着吸水 P时间的延长而逐渐增加，室温下，浸泡约 6 h左

右，所有样品基本达到吸水平衡；温度对纳米改性

U R吸水率及吸水平衡影响更加显著，升高温度， P 所有样品吸水率大幅度提高，平衡时间延长。参考文献：[] 1董丙祥，孙海霞，孙根班 .不饱和聚酯/粘土纳米复合材料的制 备与性能[]热固性树脂，072 ( )2— 3 J. 20, 4:1 2 .

22 4 6 8

辇1O . 0. 5

吸水时问/ h

[] 2洪奕 .不饱和聚酯/蒙脱土纳米复合材料的研究[]天津： D.河北工、大学 (士论文 )20 . l 硕，02

:m (纳米 M )=15 15复配改性 U R MT .: . P

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