納米纖維素對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂改性體系結(jié)構(gòu)及性能影響研究.pdf

1、環(huán)氧樹(shù)脂（EP）由于具有優(yōu)異的粘結(jié)性、尺寸穩(wěn)定性及耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于涂料、膠黏劑、復(fù)合材料等領(lǐng)域。然而由于環(huán)氧樹(shù)脂固化后交聯(lián)密度高、內(nèi)應(yīng)力大，存在質(zhì)脆、耐沖擊性差、容易開(kāi)裂等缺陷，一定程度上限制了其在工程上的應(yīng)用。因此，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性是十分必要的。
　　納米纖維素（CNF）由于具有力學(xué)性能優(yōu)越、可生物降解和來(lái)源廣泛等特點(diǎn)在理論和應(yīng)用方面引起了廣泛關(guān)注。因此，本課題首先選擇納米纖維素為增強(qiáng)相，研究了CNF對(duì)兩種不同環(huán)氧

2、樹(shù)脂固化體系力學(xué)性能的影響。通過(guò)沖擊、拉伸性能測(cè)試研究了納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果表明，添加CNF后EP/CNF復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度隨著CNF添加量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律，EP-CNF最佳的添加量為0.2％，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值，與純環(huán)氧樹(shù)脂相比提高了60.96%。隨著CNF含量的增加復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度整體呈現(xiàn)一直降低的趨勢(shì)。
　　為了進(jìn)一步改善純體系的力學(xué)缺點(diǎn)，將高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和力學(xué)性能的熱塑性樹(shù)脂加入到

3、EP/CNF共混體系中，采用溶劑交換和熔融共混相結(jié)合的方法制備了納米纖維素/聚砜改性的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。通過(guò)沖擊、拉伸性能測(cè)試和掃描電鏡（SEM）研究了復(fù)合材料力學(xué)性能及斷面形貌。結(jié)果表明：對(duì)于聚砜改性的環(huán)氧樹(shù)脂二元復(fù)合體系，當(dāng)聚砜含量為10%時(shí)，材料的沖擊強(qiáng)度升高，但拉伸強(qiáng)度略有降低；而對(duì)于聚砜和納米纖維素共同改性的環(huán)氧樹(shù)脂三元復(fù)合體系，材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均能提高，與純的環(huán)氧樹(shù)脂基體相比，添加0.3%CNF后的三元復(fù)合材料拉伸強(qiáng)

4、度提高了5%，沖擊強(qiáng)度提高了39.8%。采用熱重分析（TGA）對(duì)復(fù)合材料熱穩(wěn)定性進(jìn)行分析。結(jié)果表明CNF和PSF的加入可以提高環(huán)氧樹(shù)脂體系的熱穩(wěn)定性。通過(guò)動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀（DMA）研究了復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。結(jié)果表明納米纖維素（CNF）的加入促使復(fù)合體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高。
　　另一方面，為了與聚砜改性效果進(jìn)行對(duì)比，我們對(duì)低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及機(jī)械性能的熱塑性樹(shù)脂如聚己內(nèi)酯（PCL）采用溶劑交換的方法將納米纖維素（CNF）均勻分散

5、到環(huán)氧樹(shù)脂，并結(jié)合熔融共混法成功制備了環(huán)氧/聚己內(nèi)酯（PCL）/CNF復(fù)合體系。
　　通過(guò)掃描電鏡（SEM）、拉力和沖擊試驗(yàn)機(jī)考察了CNF的加入對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂/PCL共混體系形貌結(jié)構(gòu)及性能影響。結(jié)果表明，CNF的加入對(duì)低濃度環(huán)氧樹(shù)脂/PCL共混體系形貌結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能影響不大。而對(duì)高濃度環(huán)氧樹(shù)脂/PCL共混體系形貌結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能影響較為明顯：隨著CNF加入量的增加，均能觀察到比較明顯的兩相結(jié)構(gòu)，但兩相相區(qū)尺寸逐漸減小，PCL富集相的連續(xù)