聚二甲基硅氧烷-二氧化硅復(fù)合網(wǎng)絡(luò)及環(huán)氧樹(shù)脂-聚二甲基硅氧烷互穿網(wǎng)絡(luò)的研究.pdf

1、互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)(Interpenetrating Polymer Network，IPN)是由兩種或兩種以上聚合物通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的互相貫穿纏結(jié)而形成的一類(lèi)獨(dú)特的聚合物共混物或聚合物合金。網(wǎng)絡(luò)之間的互穿為材料帶來(lái)許多獨(dú)特性能，如“強(qiáng)迫互容”和協(xié)同效應(yīng)等，使得IPN在增韌樹(shù)脂、增強(qiáng)橡膠、阻尼材料等多方面得到廣泛應(yīng)用。
　　 環(huán)氧樹(shù)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(kāi)裂的弱點(diǎn)限制了環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用。

2、用聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性環(huán)氧樹(shù)脂既能降低環(huán)氧樹(shù)脂的內(nèi)應(yīng)力，又能保持環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂是較好的選擇。但由于PDMS與環(huán)氧樹(shù)脂熱力學(xué)不相容，故PDMS增韌環(huán)氧樹(shù)脂僅限于官能團(tuán)端基反應(yīng)、嵌段及接枝改性等方法，這些方法在增韌環(huán)氧樹(shù)脂的同時(shí)常會(huì)帶來(lái)環(huán)氧樹(shù)脂某些性能如模量的大幅下降。故合成環(huán)氧樹(shù)脂/PDMS IPN成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。絡(luò)[(DGEBA/e-silica)/PDMS IP

3、N]。在制備過(guò)程中首先在二氧化硅表面接枝環(huán)氧基團(tuán)，然后將經(jīng)過(guò)適當(dāng)預(yù)聚的PDMS與DGEBA、e-silica混合于三氯甲烷中。在此過(guò)程中，e-silica充當(dāng)增容劑：一方面，e-silica表面的環(huán)氧基團(tuán)能參與DGEBA固化反應(yīng)；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(shí)間有關(guān)，故在PDMS適當(dāng)預(yù)聚后再與DGEBA及e-silica體系混合進(jìn)行同步反應(yīng)，這是

4、該方法采用半分步、半同步的原因。在接下來(lái)的反應(yīng)中，PDMS與DGEBA的反應(yīng)同步但獨(dú)立進(jìn)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(jìn)行表征。DSC表征發(fā)現(xiàn)IPN存在三個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變，其中兩個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變向中間靠攏并變寬，第三個(gè)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(luò)拉伸強(qiáng)度隨PDMS及二氧化硅含量的增加出現(xiàn)一個(gè)極大值，該值大于純DGEBA的拉伸強(qiáng)度。沖擊強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)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?xún)?yōu)于純DGEBA。
　　 本文設(shè)計(jì)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(luò)。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(dòng)態(tài)儲(chǔ)能模量下降較少。DSC研究發(fā)現(xiàn)IPN呈現(xiàn)兩個(gè)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(xiàn)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(fù)合網(wǎng)絡(luò)法用乙烯基二氧化硅(vi-silica)對(duì)PDMS進(jìn)行增強(qiáng)的新方法。先通過(guò)干法用乙烯基三乙氧基硅烷對(duì)二氧化硅進(jìn)行表面處理，得到的vi-silica能夠參與硅氫化反應(yīng)，從而在二氧化硅與PDMS之間形成化學(xué)鍵，形成無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合網(wǎng)絡(luò)。在不同氣氛及不同乙烯基與氫基摩爾比情況下測(cè)得的凝膠含量均證實(shí)vi-silica參與了硅氫化作用。正是由于無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合網(wǎng)絡(luò)的生成使二氧化硅填充PDMS體系具有良好的機(jī)械性能。
　　 針對(duì)

8、二氧化硅填充PDMS體系的凝膠時(shí)間及性能，本文研究了二氧化硅預(yù)處理溫度對(duì)改性的影響。當(dāng)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(shí)，發(fā)現(xiàn)二氧化硅預(yù)處理溫度越高，二氧化硅填充PDMS體系凝膠時(shí)間越長(zhǎng)，但機(jī)械性能并隨之下降；預(yù)處理溫度越低，二氧化硅填充體系凝膠時(shí)間越短，機(jī)械性能增強(qiáng)。
　　 本論文通過(guò)對(duì)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(luò)、增強(qiáng)PDMS的制備新方法，提出