聚二甲基硅氧烷-二氧化硅復合網(wǎng)絡及環(huán)氧樹脂-聚二甲基硅氧烷互穿網(wǎng)絡的研究.pdf

1、互穿聚合物網(wǎng)絡(Interpenetrating Polymer Network，IPN)是由兩種或兩種以上聚合物通過網(wǎng)絡的互相貫穿纏結(jié)而形成的一類獨特的聚合物共混物或聚合物合金。網(wǎng)絡之間的互穿為材料帶來許多獨特性能，如“強迫互容”和協(xié)同效應等，使得IPN在增韌樹脂、增強橡膠、阻尼材料等多方面得到廣泛應用。
　　 環(huán)氧樹脂作為一種工業(yè)廣泛使用的材料，它具有許多優(yōu)異的性能，但質(zhì)脆、耐沖擊性較差和容易開裂的弱點限制了環(huán)氧樹脂的應用。

2、用聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性環(huán)氧樹脂既能降低環(huán)氧樹脂的內(nèi)應力，又能保持環(huán)氧樹脂體系原有特性并提高其熱穩(wěn)定性和阻燃能力，因此PDMS用于改性環(huán)氧樹脂是較好的選擇。但由于PDMS與環(huán)氧樹脂熱力學不相容，故PDMS增韌環(huán)氧樹脂僅限于官能團端基反應、嵌段及接枝改性等方法，這些方法在增韌環(huán)氧樹脂的同時常會帶來環(huán)氧樹脂某些性能如模量的大幅下降。故合成環(huán)氧樹脂/PDMS IPN成為一個研究熱點。絡[(DGEBA/e-silica)/PDMS IP

3、N]。在制備過程中首先在二氧化硅表面接枝環(huán)氧基團，然后將經(jīng)過適當預聚的PDMS與DGEBA、e-silica混合于三氯甲烷中。在此過程中，e-silica充當增容劑：一方面，e-silica表面的環(huán)氧基團能參與DGEBA固化反應；另一方面，二氧化硅表面的羥基與PDMS之間又發(fā)生氫鍵作用。依靠e-silica的增容，相分離被有效抑制。因氫鍵生成與作用時間有關，故在PDMS適當預聚后再與DGEBA及e-silica體系混合進行同步反應，這是

4、該方法采用半分步、半同步的原因。在接下來的反應中，PDMS與DGEBA的反應同步但獨立進行。合成的(DGEBA/m-silica)/PDMS IPN用示差掃描量熱法(DSC)、透射電鏡(TEM)及掃描電鏡(SEM)等進行表征。DSC表征發(fā)現(xiàn)IPN存在三個玻璃化轉(zhuǎn)變，其中兩個玻璃化轉(zhuǎn)變向中間靠攏并變寬，第三個玻璃化溫度表明分子水平的互穿。TEM研究發(fā)現(xiàn)二氧化硅在IPN呈納米水平分散，試樣斷面的SEM照片表明DGEBA由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)镮PN

5、的韌性斷裂。互穿網(wǎng)絡拉伸強度隨PDMS及二氧化硅含量的增加出現(xiàn)一個極大值，該值大于純DGEBA的拉伸強度。沖擊強度及斷裂伸長率則隨PDMS含量的增加而增加。IPN耐熱性能隨PDMS含量的增加而提高，熱穩(wěn)定性優(yōu)于純DGEBA。
　　 本文設計了共同溶劑法同步合成了最小相疇尺寸為5納米的DGEBA/PDMS互穿網(wǎng)絡。共同溶劑的使用保證了DGEBA與PDMS處于單體階段的相容性。保證DGEBA與PDMS在凝膠前固化速率一致，就能夠獲得

6、接近分子水平的互穿。與一般共混法制備的DGEBA/PDMS共混物相比，IPN中相疇顯著變小，動態(tài)儲能模量下降較少。DSC研究發(fā)現(xiàn)IPN呈現(xiàn)兩個明顯相互靠攏的玻璃化溫度區(qū)。IPN掃描斷面均較光滑，看不到明顯的兩相結(jié)構(gòu)及界面。掃描電鏡結(jié)合X射線能譜儀(SEM-EDX)結(jié)果發(fā)現(xiàn)IPN斷面20μm區(qū)域中與其中任意局部約1μm區(qū)域中的元素分布相同。原子力顯微鏡(AFM)研究發(fā)現(xiàn)DGEBA/PDMS IPN的相疇尺寸為5～10nm。
　　

7、本文提出了復合網(wǎng)絡法用乙烯基二氧化硅(vi-silica)對PDMS進行增強的新方法。先通過干法用乙烯基三乙氧基硅烷對二氧化硅進行表面處理，得到的vi-silica能夠參與硅氫化反應，從而在二氧化硅與PDMS之間形成化學鍵，形成無機-有機復合網(wǎng)絡。在不同氣氛及不同乙烯基與氫基摩爾比情況下測得的凝膠含量均證實vi-silica參與了硅氫化作用。正是由于無機有機復合網(wǎng)絡的生成使二氧化硅填充PDMS體系具有良好的機械性能。
　　 針對

8、二氧化硅填充PDMS體系的凝膠時間及性能，本文研究了二氧化硅預處理溫度對改性的影響。當二氧化硅用六甲基二硅胺烷及六甲基環(huán)三硅氧烷(D3)處理時，發(fā)現(xiàn)二氧化硅預處理溫度越高，二氧化硅填充PDMS體系凝膠時間越長，但機械性能并隨之下降；預處理溫度越低，二氧化硅填充體系凝膠時間越短，機械性能增強。
　　 本論文通過對DGEBA、PDMS、二氧化硅各種組合體系的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)了DGEBA/PDMS互穿網(wǎng)絡、增強PDMS的制備新方法，提出